论文部分内容阅读
摘 要：随着城市的发展，大底盘地下室越来越多，针对其出现的问题有必要进行研究探讨。本文主要从地下室的抗浮问题、不均匀沉降问题、地下室裂缝问题、基础形式和外墙设计等几个方面简要介绍了大底盘地下室结构设计中常见的一些问题，针对以上问题提出了一些解决方案，希望能给出大底盘地下室结构设计有益的建议及改进措施。
关键词：大底盘地下室；地下室裂缝；基础形式；外墙设计
1. 引言
随着我国经济的快速发展和人们的生活水平快速提高，人均拥有小车的数量不断攀升，然而土地资有限，这样促使建筑物不断往地下发展带有一层或多层大底盘地下室的多或高层建筑日益增多，地下室越来越大，功能越来越复杂。因此针对地下室结构的设计也比较复杂，其中所存在的问题繁多，主要有：防水问题、外墙裂缝问题、不均匀沉降问题、抗浮问题、基础形式的选取和地基承载力及变形问题等等[1]。
2.大底盘地下室抗浮问题
沿海地区，如广东、福建等，地下水位较高，当基础埋深又较深时，对于大底盘地下室部分，由于结构自重较小，可能出现结构自重小于水浮力的情况。所以设计者在设计时必须采取相应的措施使得结构能够抵抗水浮力的作用，保持稳定。有两种思路可以解决这个问题，其中一个思路是增加结构的自重，比如增加结构构件截面，或者在结构底板上或地下室顶板上填土增加配重，目的都是靠自身重量抵抗住水浮力的作用；另一个办法是拉住，比如在基础底设计抗拔桩或抗拔锚杆，抵抗水浮力的作用[2]。
合理地确定抗浮设防水位。进行实际进行地下室抗浮设计时要重视汛期产生的浮力，不能对此进行忽略。规范针对不同情况的地下室的设防水位给出了建议，譬如，对防水要求严格的地下室，其设防水位应该按历年最高地下水位；一般的地下室其设防水位可参照近3～5年最高水位及勘查时的实测静止地下水位。然而对于大底盘的地下室建议设防水位是按历年最高地下水位。地下室抗浮的一些对策：（1）增加基础配重。此种方法有点在于造价低，易于实现。具体的有以下几种方法：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；存在缺点：虽然对抗浮问题得到一定的帮助，但不可避免地增加了基础地埋置深度，增加了基础配重，这样从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度，增加成本。
（2）增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是：增加了地下室的重量，不增加基坑坑底标高的。此种方法的缺点是会增加地下室顶板框架梁的负荷，而且由于板厚有限。这种方法解决抗浮问题的效果也是有限的。
（3）设置抗浮桩。这是一种解决抗浮问题行之有效的方法。
3 地下室裂缝及控制方法
地下室对裂缝的出现是十分严格的，是防止地下室出现渗流问题，外墙裂缝宽度控制主要依靠配筋量，配筋量往往决定裂缝宽度，规范要求控制地下室外墙裂缝宽度应控制在0.2 mm之内。由于高层建筑地下室底板一般较厚，面积庞大，所以存在大体积混凝土施工一些弊端，容易产生裂缝。其中主要原因是水泥水化热高。如果出现大裂缝，严重的可导致底板渗漏。温度裂缝也是地下室出现的常见问题，特别对于面积较大的地下室，由于面积大的地下室通常需要大体积混凝土浇筑，由于可能出现的温差变化，往往导致混凝土出现裂缝，这事由于温度应力造成的。针对混凝土的体积较大，在混凝土内部热量而不易散发的问题，一般是采用热量较少的水泥作材料，减少热量，因为混凝土内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差会使混凝土出现温度应力，譬如使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。故设计时可以采取以下措施：（1）设置后浇带是减少一次性浇筑混凝土的体积，减少热量的产生，从而减少温度应力的出现。但应恰当地设置后浇带，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛使用。（2）加入掺和料也是一种常用的办法，譬如加在混凝土中掺入微膨胀剂。这种掺和料能很好地减少混凝土的膨胀，从而很好地控制混凝土的裂缝。（3）减少不规则边界，设计时尽量少采用凹凸形式，这样能减少混凝土产生裂缝，如果出现不规则的地方应采用附加钢筋方法减少裂缝的出现 [3]。
4. 地下室混凝土外墙设计问题
针对地下室混凝土外墙设计时，当设计人员仅对上部各类荷载、水、土压力、地震作用下进行墙体受力分析，依据结构计算的配筋率布置钢筋，而没有对混凝土裂缝开展验算 [1]，这样可能导致地下室外墙出现渗流问题。混凝土结构的裂缝分为荷载裂缝和非荷载裂缝。针对荷载裂缝，一般是由于结构设计时，配筋计算出现问题，导致配筋量不足，结构不能承受相应的荷载导致裂缝的出现。所以应该严格设计，并充分考虑结构的各种荷载，通过钢筋的满足裂缝宽度的控制要求。
而对于非荷载裂缝，其中包括由于材料（水泥）产生的温度应力导致的裂缝。合理选择材料是控制非荷载裂缝重要手段：通过合理使用材料，主要是水泥的选择和增加掺入剂去控制控制混凝土的干缩变形和增长率，减少结构的裂缝产生，提高其抗裂性。譬如在水泥的选择方面：应优先采用低水化热水泥，并严格控制水泥用量，严格控制砂石骨料的含泥量和级配；通过增加掺入剂减少混凝土的膨胀，譬如掺入膨胀剂增加膨胀特性；掺入粉煤灰改善混凝土粘塑性，采用收缩补偿混凝土等[4-5]。
5. 地下室基础的选择
基础的选择对大底盘地下室非常重要，由于大底盘基础上高层建筑和裙房的高度相差很大，这其中包括自重、刚度以及体形。其中自重会影响地下室的抗浮设计，这样对于选择何种基础存在很大的影响。由于楼层的多少，体形的大小，所受竖向荷载和水平荷载差别十分大，所以对基础的要求也不同。这样容易造成基础刚度很不均匀。设计人员必须解决如何准确地反映出基础的内力计算，如何控制不均匀沉降量等问题。下面有几种方案可以探讨：（1）采用人工处理地基。譬如CFG桩地基处理+设置沉降后浇带。此方法的出发点是：在CFG桩复合地基承载能力满足设计要求的前提下，允许主体结构在施工期间有相对量的沉降，由此造成的沉降差靠主体结构和非主体结构之间的沉降后浇带来解决。（2）主体结构采用桩基础。桩基础承载能力较强，能保证主体结构具有较小的最终沉降量，也保证了地基的承载能力，最终可以避免一些由于设置了后浇带所带来的问题。这种方法一般适用于超高层建筑或地基条件较差的情况，而且此种方法的弊端造价较高。（3）裙房及地下室部分采用独立基础外加防水板的方法，独立基础能很好解决不均匀沉降的问题。而主体结构部分可采用整体基础。这种方法的优点是造价低廉。存在的缺点是：施工时间增长、工序复杂。
6. 结论
随着我国建筑物带有一层或多层大底盘地下室的多或高层建筑日益增多，由于地下室设计难度大，所以同时地下室出现的问题众多，主要有：地基承载力及变形问题、抗浮问题、外墙裂缝问题等等。本文从下面这几个方面：地下室抗浮、地下室外墙设计、地下室基础以及地下室裂缝控制等等方面探讨了地下室设计存在的问题以及改进的一些建议，希望对大底盘地下室设计有一定的帮助。■
参考文献
[1] 中元国际工程设计研究院.建筑工程设计实例丛书—结构设计50.北京：机械工业出版社，2004.
[2] 陈新农. 地下室结构设计的影响因素与技术措施[J].建筑技术与应用，2011（3）.
[3]吴建虹.高层建筑地下室抗浮设计的几个问题.广东土木与建筑，2002，8：3-5.
[4]李广信，吴剑敏.关于地下结构浮力计算的若干问题，土工基础.2003，3（17）：5-7.
[5] 高层建筑混凝土结构设计规程[S].
关键词：大底盘地下室；地下室裂缝；基础形式；外墙设计
1. 引言
随着我国经济的快速发展和人们的生活水平快速提高，人均拥有小车的数量不断攀升，然而土地资有限，这样促使建筑物不断往地下发展带有一层或多层大底盘地下室的多或高层建筑日益增多，地下室越来越大，功能越来越复杂。因此针对地下室结构的设计也比较复杂，其中所存在的问题繁多，主要有：防水问题、外墙裂缝问题、不均匀沉降问题、抗浮问题、基础形式的选取和地基承载力及变形问题等等[1]。
2.大底盘地下室抗浮问题
沿海地区，如广东、福建等，地下水位较高，当基础埋深又较深时，对于大底盘地下室部分，由于结构自重较小，可能出现结构自重小于水浮力的情况。所以设计者在设计时必须采取相应的措施使得结构能够抵抗水浮力的作用，保持稳定。有两种思路可以解决这个问题，其中一个思路是增加结构的自重，比如增加结构构件截面，或者在结构底板上或地下室顶板上填土增加配重，目的都是靠自身重量抵抗住水浮力的作用；另一个办法是拉住，比如在基础底设计抗拔桩或抗拔锚杆，抵抗水浮力的作用[2]。
合理地确定抗浮设防水位。进行实际进行地下室抗浮设计时要重视汛期产生的浮力，不能对此进行忽略。规范针对不同情况的地下室的设防水位给出了建议，譬如，对防水要求严格的地下室，其设防水位应该按历年最高地下水位；一般的地下室其设防水位可参照近3～5年最高水位及勘查时的实测静止地下水位。然而对于大底盘的地下室建议设防水位是按历年最高地下水位。地下室抗浮的一些对策：（1）增加基础配重。此种方法有点在于造价低，易于实现。具体的有以下几种方法：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；存在缺点：虽然对抗浮问题得到一定的帮助，但不可避免地增加了基础地埋置深度，增加了基础配重，这样从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度，增加成本。
（2）增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是：增加了地下室的重量，不增加基坑坑底标高的。此种方法的缺点是会增加地下室顶板框架梁的负荷，而且由于板厚有限。这种方法解决抗浮问题的效果也是有限的。
（3）设置抗浮桩。这是一种解决抗浮问题行之有效的方法。
3 地下室裂缝及控制方法
地下室对裂缝的出现是十分严格的，是防止地下室出现渗流问题，外墙裂缝宽度控制主要依靠配筋量，配筋量往往决定裂缝宽度，规范要求控制地下室外墙裂缝宽度应控制在0.2 mm之内。由于高层建筑地下室底板一般较厚，面积庞大，所以存在大体积混凝土施工一些弊端，容易产生裂缝。其中主要原因是水泥水化热高。如果出现大裂缝，严重的可导致底板渗漏。温度裂缝也是地下室出现的常见问题，特别对于面积较大的地下室，由于面积大的地下室通常需要大体积混凝土浇筑，由于可能出现的温差变化，往往导致混凝土出现裂缝，这事由于温度应力造成的。针对混凝土的体积较大，在混凝土内部热量而不易散发的问题，一般是采用热量较少的水泥作材料，减少热量，因为混凝土内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差会使混凝土出现温度应力，譬如使混凝土表面产生一定的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝。故设计时可以采取以下措施：（1）设置后浇带是减少一次性浇筑混凝土的体积，减少热量的产生，从而减少温度应力的出现。但应恰当地设置后浇带，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛使用。（2）加入掺和料也是一种常用的办法，譬如加在混凝土中掺入微膨胀剂。这种掺和料能很好地减少混凝土的膨胀，从而很好地控制混凝土的裂缝。（3）减少不规则边界，设计时尽量少采用凹凸形式，这样能减少混凝土产生裂缝，如果出现不规则的地方应采用附加钢筋方法减少裂缝的出现 [3]。
4. 地下室混凝土外墙设计问题
针对地下室混凝土外墙设计时，当设计人员仅对上部各类荷载、水、土压力、地震作用下进行墙体受力分析，依据结构计算的配筋率布置钢筋，而没有对混凝土裂缝开展验算 [1]，这样可能导致地下室外墙出现渗流问题。混凝土结构的裂缝分为荷载裂缝和非荷载裂缝。针对荷载裂缝，一般是由于结构设计时，配筋计算出现问题，导致配筋量不足，结构不能承受相应的荷载导致裂缝的出现。所以应该严格设计，并充分考虑结构的各种荷载，通过钢筋的满足裂缝宽度的控制要求。
而对于非荷载裂缝，其中包括由于材料（水泥）产生的温度应力导致的裂缝。合理选择材料是控制非荷载裂缝重要手段：通过合理使用材料，主要是水泥的选择和增加掺入剂去控制控制混凝土的干缩变形和增长率，减少结构的裂缝产生，提高其抗裂性。譬如在水泥的选择方面：应优先采用低水化热水泥，并严格控制水泥用量，严格控制砂石骨料的含泥量和级配；通过增加掺入剂减少混凝土的膨胀，譬如掺入膨胀剂增加膨胀特性；掺入粉煤灰改善混凝土粘塑性，采用收缩补偿混凝土等[4-5]。
5. 地下室基础的选择
基础的选择对大底盘地下室非常重要，由于大底盘基础上高层建筑和裙房的高度相差很大，这其中包括自重、刚度以及体形。其中自重会影响地下室的抗浮设计，这样对于选择何种基础存在很大的影响。由于楼层的多少，体形的大小，所受竖向荷载和水平荷载差别十分大，所以对基础的要求也不同。这样容易造成基础刚度很不均匀。设计人员必须解决如何准确地反映出基础的内力计算，如何控制不均匀沉降量等问题。下面有几种方案可以探讨：（1）采用人工处理地基。譬如CFG桩地基处理+设置沉降后浇带。此方法的出发点是：在CFG桩复合地基承载能力满足设计要求的前提下，允许主体结构在施工期间有相对量的沉降，由此造成的沉降差靠主体结构和非主体结构之间的沉降后浇带来解决。（2）主体结构采用桩基础。桩基础承载能力较强，能保证主体结构具有较小的最终沉降量，也保证了地基的承载能力，最终可以避免一些由于设置了后浇带所带来的问题。这种方法一般适用于超高层建筑或地基条件较差的情况，而且此种方法的弊端造价较高。（3）裙房及地下室部分采用独立基础外加防水板的方法，独立基础能很好解决不均匀沉降的问题。而主体结构部分可采用整体基础。这种方法的优点是造价低廉。存在的缺点是：施工时间增长、工序复杂。
6. 结论
随着我国建筑物带有一层或多层大底盘地下室的多或高层建筑日益增多，由于地下室设计难度大，所以同时地下室出现的问题众多，主要有：地基承载力及变形问题、抗浮问题、外墙裂缝问题等等。本文从下面这几个方面：地下室抗浮、地下室外墙设计、地下室基础以及地下室裂缝控制等等方面探讨了地下室设计存在的问题以及改进的一些建议，希望对大底盘地下室设计有一定的帮助。■
参考文献
[1] 中元国际工程设计研究院.建筑工程设计实例丛书—结构设计50.北京：机械工业出版社，2004.
[2] 陈新农. 地下室结构设计的影响因素与技术措施[J].建筑技术与应用，2011（3）.
[3]吴建虹.高层建筑地下室抗浮设计的几个问题.广东土木与建筑，2002，8：3-5.
[4]李广信，吴剑敏.关于地下结构浮力计算的若干问题，土工基础.2003，3（17）：5-7.
[5] 高层建筑混凝土结构设计规程[S].