《结构地下室设计要点》(一). 地下室建筑材料要求:混凝土强度等级:高层≥C30,多层≥C25;混凝土强度等级越高,水泥用量大,易产生裂缝;当地下室有防水要求时,地下室外墙的抗渗等级应由最大水头与墙厚之比确定,但任何情况下都不应低于0.6MPa。
(二). 保护层厚度及垫层:《地下工程防水技术规范》(GB50108-2008)对防水混凝土结构规定,迎水面钢筋保护层厚度≥50mm;但实际操作有困难之处。
一方面外墙截面有效厚度损失较大,另一方面外墙一般较厚,且拆模早,养护困难。
施工单位为了避免开裂,在50mm厚保护层内附加Φ8@200构造筋,与外墙受力筋间距很小,垂直浇捣混凝土困难。
按〈混凝土结构设计规范〉50010-2010,外墙外侧环境类别为“二b”,内侧“二a”,据此,外侧保护层厚度25mm,内侧20mm。
也是强制性条文。
按〈混凝土结构设计规范〉执行。
全国技术措施人防工程分册里也明确指出,当有外包柔性防水层时,迎水面保护层厚度可以取30,与混凝土规范规定的值近似。
只有当无外防水时,才规定要取50。
防水混凝土结构底板混凝土垫层,强度等级≥C15,厚度≥100mm,在软弱土层中≥150mm。
工程实践表明如果结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值常常是引起渗漏水现象的常见原因。
(三).墙厚:多高层≥250mm。
地下室侧壁厚度取值主要取决于地下室深度。
多高层≥250mm。
地下室侧壁厚度取值主要取决于地下室深度,同时也要考虑到承受水压的最大水头H与相应壁厚t的比值,H/t的比值一般宜控制在25以内以取得较好的防水效果。
普通地下室的侧壁厚度:一层地下室可取250—400mm;二层可取400—500mm;三层可取500—600mm。
(四). 力与配筋设计要点:1. 在实际工程中,地下室外墙的配筋主要由垂直于墙面的水平荷载(包括室外地面活荷载产生的侧压力、地基土的侧压力、地下水压力等)控制,近似按受弯构件设计。
地下室外墙在垂直于墙平面的地基土侧压力作用下,通常不会发生整体侧移,土压力类似于静止土压力,工程上一般取静止土压力系数Ka=0.5 来进行计算。
当地下室施工采用护坡桩时,静止土压力系数可以乘以折减系数0.66 而取0.33。
2. 地下室外墙按支承条件可能是单向板,也可能是双向板,在实际工程中要对这些板块逐一进行计算是相当麻烦的,一般情况下也没必要这么做。
工程中常用做法是,视地下室楼板和基础底板为地下室外墙的支点(地下室墙与底板为固接,与顶板为铰接),沿竖向取1m宽的外墙按单、双或多跨板(视地下室层数而定)来计算地下室外墙的弯矩配筋;(五). 荷载:1.竖向荷载有上部及各层地下室顶板传来的荷载和外墙自重;水平荷载有室外地坪活荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静荷载。
2.室外地坪活荷载:一般民用建筑的室外地面(包括可能停放消防车的室外地面),活荷载可取5kN/m2。
有特殊较重荷载时,按实际情况确定。
(京院技措2.0.6)----- Px=qx.Ka= qx/3, qx为地面活荷载,但工程上一般取静止土压力系数Ka=0.5 来进行计算3. 水压力:水位高度可按最近3~5年的最高水位确定,不包括上层滞水。
(京院技措3.1.8)4. 土压力:a. 当地下室采用大开挖方式,无护坡桩或连续墙支护时,地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力,土压力系数K0,对一般固结土可取K0=1-sinφ(φ为土的有效内摩擦角),一般情况可取0.5。
(京院技措2.0.16)当地下室施工采用护坡桩或连续墙支护时,地下室外墙土压力计算中可以考虑基坑支护与地下室外墙的共同作用,或按静止土压力乘以折减系数0.66近似计算,Ka=0.5x0.66=0.33,相当于主动土压力。
(京院技措2.0.16)------当无试验条件时,对砂土可取0.34~0.45,对粘性土可取0.5~0.7。
上海一般取0.5;地下水位以下土的容重,可近似取11kn/m2。
(京院技措2.0.5)实际上,风荷载和地震区地面运动使土压力超过静态土压力而有所增加,但其对外墙平面外产生的内力较小,可以不予考虑。
5.风荷载:地下室在底面以下,不受风荷载的影响;如果地下室层数不填0,表示有地下室,程序自动取地下室部分的基本风压为0,并从上部结构风荷载中自动扣除地下室部分的高度。
6.地震作用:地下室的地震作用主要被室外回填土吸收,只有少部分由地下室构件承担,因此“抗规”第5.2.5条要求的最小地震剪力调整,地下室部分可不考虑,即不考虑剪重比,不作为不合格的指标,但程序仍然给出调整,影响不大。
结构在地震作用下的反应(周期、振型、位移、内力)受地下室外的回填土约束程度的影响,但竖向位移不受侧向约束的影响;约束越强,地下室地震作用考虑越少,约束非常大时,相当于不考虑地下室地震作用。
柱的弯矩、剪力随地下室楼层的变化,可以看到弯矩在地下室楼层中急剧减小。
剪力在地下室1层有应力集中现象,导致地下室1层的剪力反而有所增加。
(六).外墙计算高度:有的工程基础底板上有较厚的覆土,这时最下层外墙的计算高度应视该层地面做法而定。
如为混凝土面层较厚的刚性地面,且在基坑肥槽回填之前完成地面做法,则外墙计算高度可算至地下室地坪。
而实际施工顺序往往是出地面后肥槽立即回填,而地下室地面在完成机电管线布置后才施工,相隔很长时间。
这种情况下,外墙计算高度就应算至底板上皮。
为了减小外墙计算高度,可在外墙根部与基础底板交接处覆土厚度范围内设八字角,并配构造钢筋,作为外墙根部的加腋,加腋坡度按1:2。
这时外墙计算高度仍可算至地下室地坪。
(七). 外墙计算模型:考虑到外墙与扶壁柱之间的变形协调,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,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋;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。
不应计算弯矩调幅(有的地方又说可以);室外出入口与主体结构相连处应设沉降缝;严格来讲,外墙应按偏心受压构件计算配筋。
但在实际工程设计中,考虑竖向荷载产生的截面应力很小,仅按墙板平面外受弯计算配筋。
当竖向荷载很大时,也可分别按受弯和轴心受压计算墙体配筋,然后将二者叠加。
地面层开洞位置(如楼梯间、地下车道)地下室外墙顶部无楼板支撑,为悬臂构件,计算模型的支座条件和配筋构造均应与实际相符。
PKPM软件地下室外墙按支撑在顶板和底板之间的单向板考虑,这种模型对于层高较小而柱距较大的无窗洞地下室计算误差不大。
而对于柱距与层高接近的地下室,外墙按单向板考虑不合适,会导致外墙水平方向配筋偏小,而竖向配筋偏大;由于没有考虑柱的侧压力,将使柱的计算不安全。
特别是对于上部有较多窗洞的半地下室,按此模型考虑不符合实际。
(八).地下水与抗浮:1.增加地下室的层高来增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法,但这种方法还应该结合地基土的承载力而定。
增加基础配重。
此种方法大致有以下3种情况:增加基础底板的厚度、增加基础顶面覆土厚度、基础顶面采用容重大且价格低廉的填料。
2. 设置抗浮桩,抗浮桩具有一定的安全储备,实际上长期起着“抗压桩”的作用。
这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降;如果地下水位长期处于一种较高的水平之上,设置抗浮桩也不乏是一种有效的方式。
3.尽可能提高基坑坑底的设计标高,间接降低抗浮设防水位, 梁式筏基的基础埋深要大于平板式筏基,从而相对提高了抗浮水位,故采用平板式筏板基础更有利于降低抗浮水位。
楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。
一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/22~1/16,宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高,从而相对降低了抗浮设防水位。
4. 施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏;斜坡道应进行抗浮验算,斜坡道与主体分缝处应作处理。
(九).顶底板和柱:地下室柱截面每侧纵向钢筋面积,除应满足计算要求外,不应少于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍;位于地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和。
(十).地下室结构超长:(超过了40~60m,方法有3)a.设置伸缩后浇带。
地下结构一般在结构长度大于40~60m时宜设置一道伸缩后浇带,普通的伸缩后浇带宽度约为800~1000mm,钢筋贯通不切断。
对于平面尺寸特别长的地下结构,应设置钢筋断开的伸缩后浇带。
b.不设置伸缩后浇带,采取其它相应措施。
主要有:采用低强度等级混凝土;混凝土中添加微膨胀剂;采用粉煤灰混凝土技术;适当加大分布钢筋配筋量;施工缝处设置膨胀止水条;设置膨胀加强带。
c.以上两种方法结合使用。
(十一).裂缝:地下室外墙混凝土易出现收缩,受到结构本身和基坑边壁等约束,产生较大拉应力,易产生裂缝,地下室外墙裂缝宽度控制在0.2mm内,其配筋量往往由裂缝宽度验算控制。
裂缝措施:1. 补偿收缩混凝土,即在混凝土中渗入UEA、HEA等微膨胀剂。
以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。
2. 由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿,为了实现混凝土连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩混凝土带,一般超过60m设置膨胀加强带。
3. 后浇带,在混凝土早期短时期释放约束力。
4. 提高钢筋混凝土的抗拉能力,混凝土应考虑增加抗变形钢筋,对于侧壁,增加水平温度筋;侧壁受底板和顶板的约束,混凝土胀缩不一致,可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。
(十二).嵌固部位:嵌固部位就是预期塑性铰出现的部位;从理论上讲,结构下部的嵌固部位应能限制结构上部构件在水平方向的水平位移和转角位移,并将上部结构的剪力全部传递给下部构件。
对没有地下室的建筑物,通常假定上部结构嵌固在基础之上,对带地下室的建筑物,由于地下室周边的挡土墙在平面内有很大的刚度,墙外土体对地下室有很强的约束作用,高层建筑往往在地下室顶部发生刚度突变,在地震作用下很可能使塑性铰由基础顶面转移到地下室顶部或地下室的某一楼层。
(十三).固接,铰接,锚固:地下室铰接和锚固分析外墙根部节点:一般外墙厚度远小于基础底板,底板计算时在外墙端常按铰支座考虑,外墙计算时在底板端常按固端考虑,所以底板上下钢筋伸至外墙外侧即可,端头不必设弯钩。
外墙外侧竖向钢筋在底板底部弯后直段长度满足与底板下筋搭接要求,即可形成对外墙的嵌固。
对于砌体砖墙,施工时通常是先砌墙后浇框架柱,一般可以人为是4边铰接,如果地下室的上部有窗洞,可认为是3边铰接,一边自由;(十四).地下室顶板设转换层:在结构设计中,常有地下室设停车场,而必须在顶板上设转换层;考虑到实际结构为非理想固接,所以对剪力墙结构底部加强区宜取顶板上二层及墙肢总高的1/10 的较大值,墙肢总高从地下室底板计算;若地下室四面有覆土,剪力墙底部加强部位宜从覆土下面第二层楼板标高算起,覆土下面第二层以下剪力墙可按三级或四级构造配筋。