地下室结构设计问题分析

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1工程概况

“新东城L-01-02地块商住楼”位于广州市新塘广园快速与汽车城大道交汇处之南侧。拟建29-30层的住宅楼（带商业裙楼），设一层地下室，地下室面积约46000m2，长约263.92米，宽约175.5米，平面体形复杂；地下室北侧为抗力等级5级的战时人防。建筑物场地地质条件较为复杂，地势高差较大，整个地下室分4次不同标高跌级处理。

2地基与基础

首先基础埋深，一般带地下室的建筑，基础承台面标高与地下室底板平，满足埋深要求。但若是半地下室，设计人员往往容易忽略。本项目因裙楼沿街商铺，造成“半地下室”，容易出现半地下室埋深不够，此时可以采取降低承台标高，设置承台连梁处理。设计初期，业主追求施工速度快，要求采用静压管桩。但经过计算，塔楼部位因剪力墙间距小，轴力大，桩会非常密集，即使采用跳桩方式，仍无法满足规范要求。通过商议，最终塔楼部位采用钻（冲）孔桩，持力层为中风化花岗岩；纯地下室采用管桩基础，持力层为强风化岩。考虑到两种不同类型基础，带来沉降差问题，设计时抽取了交界处塔楼剪力墙和地下室柱轴力差值较大处进行沉降差计算。结果表明满足基础变形要求。为了更合理设计，在塔楼和地下室交界处，地下室底板采用后浇带，顶板采用加强带等形式处理。根据地基规范规定，有孤石地质不适宜采用管桩基础形式。本项目场地较大，在地下室管桩基础施工时候，难免会遇到孤石的情况。因此我们在施工过程中，采取以下几点技术处理措施：(1)经过触探，了解孤石形状大小，局部埋深较浅的，采用开挖形式，移走孤石。若孤较小，就先合理调整桩承台方向，看能否避开孤石。(2)若孤石面积较大，但厚度较薄，经过调整仍不能避开的话，则应进行引孔后再压桩，以免造成桩身破裂。对于施工过程中，出现断桩的情况，就在断桩周边部位采用“一断二补”（即断一根桩补两根桩）的措施处理，并对桩反力等进行复核验算，避免靠近轴力中心的桩出现受力较大的情况。这类情况，在实际施工过程中比较常遇到，也处理的比较好。(3)遇到孤石面积较大，厚度较厚的情况，此时就只能选择爆破等方法进行处理。

3底板设计

本项目嵌固端选择在承台面，利用基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造了条件，此外基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得更好的经济效益。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据，根据地质勘察报告显示，地下室北侧地下水位较高，而南侧部位因地下室采用跌级处理，考虑到广东属于多雨地区，加上常年水位变化较少，在设计时选取北侧商铺外最低道路地面标高为最高水位考虑。通过计算，地下室中部以上偏北侧，需要考虑抗浮设计。

4侧墙设计

作用在地下室外墙的荷载有侧压力、侧向土压力、地下水压力，对人防地下室还存在水平人防等效静载，而竖向荷载有上部建筑及地下室结构的楼盖传重及墙体自重等。地下室外墙一般存在上部结构延伸下来的柱、剪力墙等竖向构件，也会有本身地下室结构需要布置的柱，还有可能存在钢筋混凝土内墙与外墙垂直相交。因此，准确选择外墙计算简图是外墙设计的重点。有些设计人员在外墙计算时，带扶壁柱的，不区分扶壁柱大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。因此我们建议：除了垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱之间)外墙板块按双向板计算配筋外，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小，可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强，这样计算简图才符合结构的实际工作情况。注意与人防墙共用的地下室外墙配筋出满足正常设计情况下，还应满足人防设计的构造要求，此情况可跟人防结构设计师沟通协调。

5顶板设计

顶板设计主要考虑覆土荷载和消防车荷载的折减问题，以及塔楼的施工荷载。通过控制地下室柱网的合理布置，比如采用地下室柱距为5.3m（5.5m）*8m的方式（其中5.3m*8m为停车位置，5.5m*8m则为车道部位。），不仅方便地下室车库车辆的停放，而且方便顶板在5.3m和5.5m框架处设置450mm*900mm高的梁高，在此短跨处再设置一条300mm*800mm的次梁，其他同次梁方向相同的框架梁也采用300mm*800mm的尺寸。本项目地下室顶板根据园林专业的要求，覆土1.2米厚，顶板跌级高差部位，采用其他轻质材料换填，非消防车道的活荷载取值为5KN/m2。消防车荷载部分，根据地下室顶板被分隔成单向板的情况，并考虑了覆土厚度的折减，最终取值为：单向板2.6～2.8m宽，板荷载计算时取值为25KN/m2；次梁取0.8折减系数，为25*0.8=20KN/m2；主梁及柱设计时取0.6折减系数，为25*0.6=15KN/m2。

6结语

面对复杂地质条件，可根据实际情况合理选择基础形式。地下室柱网的布置也应配合停车车位布局，做到合理的布局，既方便车位的使用，满足建筑功能要求，也控制结构顶板梁高，便于管线合理布置。注意地下室底板的抗浮计算和外墙的合理计算模型的确定，选出符合结构的实际工作的计算受力情况，这样才能确保设计的安全性。

参考文献：

[1]GB50007－2011.建筑地基基础设计规范[S].

[2]JGJ94－2008.建筑桩基技术规范[S].

[3]GB50009－2012.建筑结构荷载规范[S].

作者:黄冠豪