【结构设计】地下室结构设计要点和易错总结

地下室结构设计要点和易错总结
1、暗梁当楼面梁使用.
这是最常见的错误.暗梁之所以不能当楼面梁是因为其刚度不够,荷载不能按自己设想的方式传递,即楼面荷载-板-暗梁-柱的传递方式几乎是不可能的.这样将大大低估板的内力.根据内力按最短距离传递的原则,用暗梁代替梁只有在板受集中力时,
在集中力处沿板的最短方向（双向板沿两个垂直方向）设置暗梁,可以认为集中力由暗梁承受以满足抗弯强度和裂缝要求,此时板的计算跨度绝对不能按支承于暗梁来考虑.但很多时候,这种做法也没有必要,直接加大板的受力钢筋即可,除非因抗剪（冲切）需要箍筋而使用暗梁.
2、与上一个问题相对应的是,在刚度发生较大突变（增加）处,应视为梁.
典型的问题是不同高程的板之间出现的错台,错台本身平面外刚度比较大,而板的平面外刚度较小,不管你是否愿意,板上的荷载都要传递到错台上,因此应当按梁来设计,尤其是抗剪钢筋应满足要求.地下通道、车站遇到的这种情况较多,其荷载又比较大,但大多数人对错台的处理却非常草率,这很令人担忧.
3、框架结构形成事实上的铰接.
最常见的是梁刚度比柱大的多,使柱对梁的约束作用较弱,形成事实上的铰.这样减少了超静定次数,于抗震不利,也难以形成“强柱弱梁”.日本坂神地震时,地铁车站柱的破坏相当严重,也提醒我们不能忽视这个问题.
地铁车站顶底板可看作筏板,其梁的刚度当然大于柱,但中板处不宜将梁的刚度做得较大.
另外,地下工程如通道、涵洞、地铁车站等,有时不小心也容易作成刚度较大的顶底板和刚度较小的侧墙,这样横剖面就形成铰接的四边形,两侧墙土压力相差较大时很容易失稳,也不利于抗震.
4、板墙受力钢筋置于分布钢筋的内侧.
很多人总把分布钢筋想象成类似梁的箍筋,因此配筋不小心就这样倒置.分布钢筋的作用在于固定受力钢筋位置,传递受力及防止温度收缩裂缝,它不需要象梁柱箍筋那样外包以防止钢筋受压向外鼓出,更重要的是,板墙截面高度较小,为增加有效高度发挥受力筋作用,一般情况下应当外置受力钢筋.某些特殊情况,如地下连续墙,由于施工方便原因可牺牲板有效高度,将受力钢筋内置.
5、在紧靠柱的位置框架梁上搭梁.
由于紧靠柱支承的位置,框架梁的转动受到约束,当其上所搭的梁荷载较大时,将产生很大的扭矩,使框架梁的配筋变得困难.某些设计人员将此处框架梁与搭接梁的连接看作铰接,这是很不安全的,因为梁的塑性变形能力有限.
6、板钢筋不伸入上翻梁受力钢筋之上.
这在地面上结构中还不容易出现,但在地下工程中,由于结构形式不够直观,稍有疏忽就会犯错.最常见的是通道入口处顶板有一道收口的横梁,其底部顺板向下倾斜,形成不规则的梁.多数人配筋将此梁受力钢筋仍然沿水平方向布置,板的纵向钢筋则从下侧锚入梁内.地下工程没有完全的分布钢筋,在这个横梁处,板的纵向钢筋实际上是受力钢筋,不但要按受力钢筋锚固,还应当在梁受力钢筋之上.另外,很多人认为此梁受力小,因而配筋马虎.实际上,此梁由于单边受力,有一定的扭矩,配筋应考虑板上荷载传递到此梁上.
7、地铁车站不计中板开洞.
由于开洞的影响比较难算,也由于部分人对开洞影响没有当成一回事,因而计算时都加以忽略.
当开洞较小时,这样也许没有多大影响,但地铁车站有时在中板沿横向平行布置三排楼、扶梯,严重削弱该处楼板刚度,虽然洞边有加强的梁,但梁高受到限制,中板厚度通常都为400~500,因此不足以弥补其刚度的损失.至于加暗梁来加强洞口,更不能弥补计算模式与实际不符的不足.鉴于加强梁高度受限,建议采用通用软件计算时按空间结构预先计入这一不利影响,否则应加强该处侧墙抗弯、剪能力,并加强该处楼板配筋.
一.地下室抗浮设计问题
近年来,由于土地资源的宝贵,地下室层数越来越多,不少地下室因为地下水的原因,在施工过程中出现整体上浮,造成梁、板、柱出现大量裂缝渗水等等,造成了重大的安全隐患和财产损失.因此地下室的抗浮设计的重要性可想而知,应引起足够重视.地下室的抗浮设计基本上可分为三种情况考虑：
1.地下室未施工完毕或地下室施工完毕便停止降水,这时即便地上结构层数较多,但因上部结构层还没有施工,恒载还没有施加,地下室的自重无法抵抗地下水的浮力.这种情况下应对地下室进行施工阶段的抗浮验算,并采取相关的抗浮措施.
2.地下水位较高,且地下室埋深较大、地上结构层数较少.这种情况下,结构自重不足于抵抗地下水的浮力,需对整体结构进行抗浮验算.
3.结构自重可以抵抗地下水的浮力,但是地下室底板也需进行抗浮设计.
《建筑地基基础设计规范》规定,岩土工程勘察报告应提供用于计算地下水浮力的设计水位.对重要工程抗浮设计水位的确定,应进行水文实验,并经专家论证后确定.
地下室抗浮措施,一般有两种方法“压”和“拉”.“压”即采取增加自重的方法来抗浮要求,一般有加厚地下室底板,增加地下室覆土厚度等,这种方法由于增加了地下室深度,经济效益并不理想.“拉”即是采用抗拔桩、抗浮锚杆,抗拔桩是利用桩身摩擦力和桩自身重量来抵抗水浮力,桩型一般选择灌注桩,抗拔力不大的情况下也可采用预制桩,除了验算正向荷载的桩数外,还要验算兼作抗拔的桩数,此处不再累述；抗浮锚杆是在底板和土层之间的拉杆,锚杆直径一般150～200MM,锚杆桩局限性比较大,不适于底板下为淤泥、卵石及沙土层,当底板下有坚硬土层时,是一种比较简单又经济的抗浮措施.
二．地下室防水设计问题
地下工程防水是一项非常重要的系统性工程,它将涉及设计、施工、材料选择等诸多方面内容.设计是地下工程防水的基础,必须控制裂缝产生及限制裂缝的最大宽度,因此,对于结构防水的要求及所处环境,强化地下室结构自防水能力,并用动态的观点从材料的耐久性、材料的适应性以及不同防水材料之间的相容性的全局选择适用的防水材料,按照设计要求施工,才能有效提高地下结构防水的可靠性和耐久性.
1.结构自防水设计.结构自防水是根本防线.当有防水要求时混凝土抗渗等级应根据地下水最大水头与防水混凝土厚度的比值按规范确定,且不应小于0.6Mpa.近年来,许多地下工程采用补偿收缩混凝土和纤维混凝土作地下室的结构自防水材料,进一步提高了地下结构的抗裂防渗功能.我国目前混凝土外加剂和高性能混凝土技术已基本普及,混凝土质量已大大提高,这是地下结构自防水的保证.
2.附加防水层设计.地下工程中单独采用结构自防水的做法是欠妥的,目前市场上过于夸大外加剂(如减水剂、早强剂、微膨胀剂等)的作用.在地下工程中,由于碱-骨料的反应、氯离子的侵蚀和混凝土冻融破坏等等,很难避免防水混凝土受到地下水的侵蚀、各种内外力的不利影响及混凝土结构产生有害裂缝而导致渗漏,并考虑混凝士的耐久性(如徐变、碳化因素)等,因此,对防潮、防水要求较高的地下室,即使地下水位不高,也应在混凝土结构的迎
水面上设置附加防水层.附加防水层常用材料：防水砂浆、防水涂料、高分子防水卷材等.
三．地下室结构超长问题
随着建筑物高度和数量的不断增加,地下室的层数、长度和宽度也随之增加,带多塔结构超长地下室数量也越来越多.地下结构虽然受温度变化的影响较地上
结构小,但周边的约束作用较强,结构超长问题的重要性仍然不容忽视.为了减少裂缝,要达到抗渗目的,一般可采取以下措施：
1．后浇带.后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施,在基础底板、墙、梁相应位置留设临时施工缝,将结构暂时划分为若干部分,经过构件内部收缩,在若干时间后再浇捣该施工缝混凝土,将结构连成整体,对防止较长久性变形缝已有很大的改进并广泛应用.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,主楼与裙房或纯地下室宜设置沉降后浇带.普通的伸缩后浇带宽度不宜小于800mm,宜设置在柱距三等分的中间范围,后浇带处梁、板宜设附加钢筋,面积宜为原钢筋的20%.补浇时应采用高一级的混凝土,且宜采用早强、补偿收缩的混凝土.地下室底板和地梁钢筋连续贯通后浇带；侧板的钢筋在后浇带全部断开,补浇时采用搭接或焊接；地下室顶板板的钢筋在后浇带全部断开,补浇时采用搭接或焊接；地下室顶板梁的钢筋则梁底钢筋连续贯通后浇带,梁顶负筋和梁侧腰筋在后浇带全部断
开,补浇时采用搭接或焊接.用于释放温度和收缩应力的后浇带最好在两侧砼浇筑二个月后补浇,用于调节沉降差的的后浇带应在主楼结顶一个月后补浇.在有防水要求的部位设置后浇带,应考虑止水带构造.
2．膨胀带.膨胀带简单说就是加了膨胀剂的混凝土带状区域,自身可以膨胀以补偿混凝土的收缩.原理是带内混凝土通过水泥水化产物与膨胀剂的化学反应,使混凝土产生适量膨胀,在钢筋和带边混凝土的约束作用下,在混凝土中产生一定的预压应力,使结构的收缩拉应力得到适当的补偿,从而达到防止混凝土结构开裂破坏的目的.根据一些工程实践,一般超过60m设置膨胀加强带,设置位置位于结构的中间部位即混凝土收缩应力最大的地方.膨胀加强带优点是取消外防水措施、施工方便、降低成本、缩短工期.。