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摘要：本文结合工程实例, 对大型超长地下室结构设计进行较为系统的总结, 详细阐述了基础选型、裙楼抗浮稳定, 超长地下室的结构设计与计算,，希望能够给类似工程项目提供一些参考。
关键词: 超长地下室，抗浮设计，后浇带
Abstract: combining with practical engineering, the large long basement structure design of the system are summarized, and expounds the basic selection, the skirt building anti-uplift stability, long basement structure design and calculation, and to be able to provide some references for similar project.
Keywords: long basement, anti-uplift design, pouring belt
中图分类号： TU318 文献标识码：A 文章编号：
1、工程概况
某大学综合楼是集公寓、宿舍、办公、教学、医疗、停车为一体的多功能综合楼，位于应泉路以北，洞天路以西，劳动南路以东，规划滨江路以南，总建筑面积242570m2，为多塔、大底盘结构，其中地下室建筑面积4602.24m2，结构长约163.20m，最大宽约28.20m。非人防区底板设计厚度为0.4m，顶板厚为0.2m，侧墙厚为0.35m，。人防区底板厚为0.5m，顶板厚为0.25m，侧墙厚为0.35m，；主楼筏板厚度分别取1.50m、1.20m。地下室的混凝土抗渗性能等级为P8，混凝土设计强度等级为C35。本工程地下室结构属于超长大面积混凝土结构工程，采取相应的技术措施来防止由于结构超长导致的裂缝现象出现。本工程地下室结构示意图如图1所示：
图1：结构示意图
2、地基及基础设计
2、1工程地质概况
拟建场地下16m深度范围内，地层表层为人工填土，其下为一薄层新近沉积层，再其下为一般第四纪冲洪积成因的淤泥质粘土、粉土、砂类土、泥岩类土层构成。岩土工程地质如表1所示
2、2基础设计
由于基础地下水位较高，基岩埋藏较深, 室外地面以下15米以内均为中偏高压缩性土，其物理力学性质较差。本工程的裙房部分荷载小,上部高层塔楼部分荷载大，导致荷载差异极大,对不均匀沉降十分敏感，整个建筑物处于抗浮状态【1】。
由于高层部分与多层部分的荷载差异较大, 考虑到菏载作用下的变形协调原则, 因此多层和纯地下室部分采用ф500沉管桩兼抗拔桩使用, 以⑤层粉粉细砂层为持力土层, 单桩承载力特征值Ra=750kN；高层部分采用ф700, ф800的钻孔桩以⑥圆砾层为持力层, 单桩承载力特征值按设计试桩取Ra=3400kN, 4000kN。当遇到基础底面高于基岩持力层顶板时,以C20素混凝土回填至基底标高【2】。
2、3抗浮设计
对于大底盘地下室的高层建筑群体结构设计而言,裙房及纯地下室部分经常存在抗浮不满足要求的问题，需要做抗浮设计。本工程为结构自重(包括上部0.5m覆土) 121340kN(标准值), 地下室底板面积4602.24m2, 底板位于粉质粘土中, 该层粉质粘土渗透系数很小, 仅为10.36×10-8cm/s为弱透水层, 抗浮最大水头高度为4.8m。
1）水浮力的设计。根据地基设计规范，水浮力作用分项系数取1.0, 自重抗浮分项系数可取(1.05-1.1)。
水浮力标准值计算：
水浮力设计值：
抗浮锚杆总根数:
2）单根锚杆钢筋截面积计算。按照CECS2005岩土锚杆技术规程要求，单根锚杆钢筋截面积;
3)锚固长度。锚杆孔直径取200mm，锚固长度为
由于在基坑开挖过程中地基持力土层受到扰动，对锚杆设计长度需加长0.4m，为满足锚杆施工工作面要求, 锚杆锚固长度 取4m，在桩底设直径1200扩大头; 锚杆直径40mm, 一桩3根, 孔径100mm, 孔深2m; 锚杆底部采用铁膨胀, 顶部用ф20钢筋相互拉结。(见图2所示)
3、超长地下室结构的设计
3、1后浇带设计
(1)后浇带设置:根据规范：在结构长度大于40～60m时往往需要设置一道伸缩后浇带,由于本地下室平面尺寸特别长,需要在梁板内力较小位置上设置钢筋贯通的伸缩后浇带,后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。
(2)当不设置伸缩后浇带时,其他抗裂措施:①主要采用混凝土中添加微膨胀剂; ②使用补偿收缩混凝土;③适当加大分布钢筋配筋量;④ 超长但未设后浇带的部分增设膨胀加强带。
(3)以上两种方法在实际施工中可结合使用【3】。后浇带做法如图3所示：
图3：后浇带做法
3、2底板设计
地下室底板结构形式一般采取平板式筏基或梁板式筏基,与平板筏基对比，梁板式筏基对于减小不均匀沉降、改善筏板内力分布、降低工程造价都有比较明显的优势【4】。经过两个方案的反复比较，本工程最后选定的是梁板式筏基结构。
当底板区格为双向板时,底板截面高度 可按式（1）计算。梁板式筏基基础应满足斜截面受剪及正截面受弯承载力的要求, 如果基础与底板竖向构件混凝土强度级相差10MPa 以上时, 还须对局部受压承载力进行验算。
（1）
当底板区格为单向板，底板截面高度 按公式2计算：
（2）
其中 基底平均净反力；为短边和长边的净长度。F为混凝土抗拉强度设计值。
3、3顶板设计
1)顶板荷载
地下室顶板施工活荷载、高层主楼施工材料堆放及机械设备荷载,通常取10KN/ m2。此时恒荷载仅考虑楼板自重, 并应把此时的荷载组合与使用荷载组合取不利值进行设计。
2)顶板结构形式
常见的顶板结构有梁板式楼盖、空心板式楼盖、无梁楼盖等形式,结合实际情况本地下室采取梁板式楼盖。在地下室顶板覆土厚度允许时做成局部上反梁, 在顶板处( 梁中部) 预留各种管线穿管,可明显增大地下室的净空,缺点是施工难度和费用都较大。
3)配筋条件
混凝土等级为C30 , 纵筋级别为HRB335 , 配筋调整系数1.0 , 保护层厚度25mm。截面尺寸为: 梁板式顶板中的次梁250 ×600 , 主梁300 ×750 ， 板厚180mm,无梁楼盖式顶板厚350mm。
经计算, 梁板式顶板配筋率为主梁1.3% ～1.5% , 次梁约1.2% , 楼板双层双向配筋Φ14@150 。无梁楼盖式顶板配筋为跨中板带Φ14@200，柱上板带Φ18@140。
3、4侧墙设计
需要对地下室侧墙进行组合的荷载计算的有:侧墙自重;顶板传来的活荷载与恒荷载;水压力和侧土压力。处于地下水位以上的侧墙所受的侧向土压力可按下式计算:
（4）
式中 为侧墙上位置K处的土侧压强度;为各层土的厚度; v为第i层土在天然状态下的容重;为位置K处土层的内摩擦角,工程上常不考虑内聚力而将 值提高。处于地下水位以下的侧墙所受的土、水侧向压力，可将土、水分别计算,其中土仍按上式计算,但土层重度应以土的饱和重度代替,
而侧向水压力按下式计算:
（5）
式中为侧墙在位置K处的水压力强度;为i处离开地下水位的距离。人防工程中的核爆压缩波形成的水平方向动载,可通过计算将该动载转化为等效静载。
地下室外侧壁的合理厚度与混凝土抗渗等级按表3表4选用。
表3:地下室抗渗等级表4：地下室侧壁厚度
3、5混凝土构件及材料的设计
混凝土中掺入一定比例的膨胀剂之后,混凝土硬化过程中产生的膨胀作用, 由于钢筋和邻位约束,能在结构中建立0.2-0.7MPa的预压应力, 这一预压应力可以抵消混凝土收缩时在混凝土中产生的拉应力, 从而防止或减少裂缝的产生。本工程在地下室混凝土中掺入8%的HEA低碱型混凝土膨胀剂取代等量水泥, 要求限制膨胀率万分之二。
本设计要求混凝土的水泥应优选, 采用水化热低的品种, 如矿渣硅酸盐水泥, 并可掺入适量外加剂, 严格控制砂石骨料含泥量和级配。控制水化热的升温, 构件中心与表面的最大温差不大于25度,并控制降温和加强养护。
4、结束语
地下室的设计涉及土质情况、基础选项、抗浮设计、超长抗裂设计等多个方面，应遵循安全、适用和合理的原则,由于地下室的外墙刚度大,平面上尽量保持刚度均匀,各层板包括顶板的厚度应尽可能符合设计要求, 才能获得经济、合理、安全的设计效果。
参考文献
[1] GB 50010- 2010 混凝土结构设计规范[ S]
[2] GB 50007- 2002 建筑地基基础设计规范[ S]
[3] JGJ3-2010高層建筑混凝土结构技术规程[ S]
[4]王铁梦,工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工程出版社,1997年.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词: 超长地下室，抗浮设计，后浇带
Abstract: combining with practical engineering, the large long basement structure design of the system are summarized, and expounds the basic selection, the skirt building anti-uplift stability, long basement structure design and calculation, and to be able to provide some references for similar project.
Keywords: long basement, anti-uplift design, pouring belt
中图分类号： TU318 文献标识码：A 文章编号：
1、工程概况
某大学综合楼是集公寓、宿舍、办公、教学、医疗、停车为一体的多功能综合楼，位于应泉路以北，洞天路以西，劳动南路以东，规划滨江路以南，总建筑面积242570m2，为多塔、大底盘结构，其中地下室建筑面积4602.24m2，结构长约163.20m，最大宽约28.20m。非人防区底板设计厚度为0.4m，顶板厚为0.2m，侧墙厚为0.35m，。人防区底板厚为0.5m，顶板厚为0.25m，侧墙厚为0.35m，；主楼筏板厚度分别取1.50m、1.20m。地下室的混凝土抗渗性能等级为P8，混凝土设计强度等级为C35。本工程地下室结构属于超长大面积混凝土结构工程，采取相应的技术措施来防止由于结构超长导致的裂缝现象出现。本工程地下室结构示意图如图1所示：
图1：结构示意图
2、地基及基础设计
2、1工程地质概况
拟建场地下16m深度范围内，地层表层为人工填土，其下为一薄层新近沉积层，再其下为一般第四纪冲洪积成因的淤泥质粘土、粉土、砂类土、泥岩类土层构成。岩土工程地质如表1所示
2、2基础设计
由于基础地下水位较高，基岩埋藏较深, 室外地面以下15米以内均为中偏高压缩性土，其物理力学性质较差。本工程的裙房部分荷载小,上部高层塔楼部分荷载大，导致荷载差异极大,对不均匀沉降十分敏感，整个建筑物处于抗浮状态【1】。
由于高层部分与多层部分的荷载差异较大, 考虑到菏载作用下的变形协调原则, 因此多层和纯地下室部分采用ф500沉管桩兼抗拔桩使用, 以⑤层粉粉细砂层为持力土层, 单桩承载力特征值Ra=750kN；高层部分采用ф700, ф800的钻孔桩以⑥圆砾层为持力层, 单桩承载力特征值按设计试桩取Ra=3400kN, 4000kN。当遇到基础底面高于基岩持力层顶板时,以C20素混凝土回填至基底标高【2】。
2、3抗浮设计
对于大底盘地下室的高层建筑群体结构设计而言,裙房及纯地下室部分经常存在抗浮不满足要求的问题，需要做抗浮设计。本工程为结构自重(包括上部0.5m覆土) 121340kN(标准值), 地下室底板面积4602.24m2, 底板位于粉质粘土中, 该层粉质粘土渗透系数很小, 仅为10.36×10-8cm/s为弱透水层, 抗浮最大水头高度为4.8m。
1）水浮力的设计。根据地基设计规范，水浮力作用分项系数取1.0, 自重抗浮分项系数可取(1.05-1.1)。
水浮力标准值计算：
水浮力设计值：
抗浮锚杆总根数:
2）单根锚杆钢筋截面积计算。按照CECS2005岩土锚杆技术规程要求，单根锚杆钢筋截面积;
3)锚固长度。锚杆孔直径取200mm，锚固长度为
由于在基坑开挖过程中地基持力土层受到扰动，对锚杆设计长度需加长0.4m，为满足锚杆施工工作面要求, 锚杆锚固长度 取4m，在桩底设直径1200扩大头; 锚杆直径40mm, 一桩3根, 孔径100mm, 孔深2m; 锚杆底部采用铁膨胀, 顶部用ф20钢筋相互拉结。(见图2所示)
3、超长地下室结构的设计
3、1后浇带设计
(1)后浇带设置:根据规范：在结构长度大于40～60m时往往需要设置一道伸缩后浇带,由于本地下室平面尺寸特别长,需要在梁板内力较小位置上设置钢筋贯通的伸缩后浇带,后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。
(2)当不设置伸缩后浇带时,其他抗裂措施:①主要采用混凝土中添加微膨胀剂; ②使用补偿收缩混凝土;③适当加大分布钢筋配筋量;④ 超长但未设后浇带的部分增设膨胀加强带。
(3)以上两种方法在实际施工中可结合使用【3】。后浇带做法如图3所示：
图3：后浇带做法
3、2底板设计
地下室底板结构形式一般采取平板式筏基或梁板式筏基,与平板筏基对比，梁板式筏基对于减小不均匀沉降、改善筏板内力分布、降低工程造价都有比较明显的优势【4】。经过两个方案的反复比较，本工程最后选定的是梁板式筏基结构。
当底板区格为双向板时,底板截面高度 可按式（1）计算。梁板式筏基基础应满足斜截面受剪及正截面受弯承载力的要求, 如果基础与底板竖向构件混凝土强度级相差10MPa 以上时, 还须对局部受压承载力进行验算。
（1）
当底板区格为单向板，底板截面高度 按公式2计算：
（2）
其中 基底平均净反力；为短边和长边的净长度。F为混凝土抗拉强度设计值。
3、3顶板设计
1)顶板荷载
地下室顶板施工活荷载、高层主楼施工材料堆放及机械设备荷载,通常取10KN/ m2。此时恒荷载仅考虑楼板自重, 并应把此时的荷载组合与使用荷载组合取不利值进行设计。
2)顶板结构形式
常见的顶板结构有梁板式楼盖、空心板式楼盖、无梁楼盖等形式,结合实际情况本地下室采取梁板式楼盖。在地下室顶板覆土厚度允许时做成局部上反梁, 在顶板处( 梁中部) 预留各种管线穿管,可明显增大地下室的净空,缺点是施工难度和费用都较大。
3)配筋条件
混凝土等级为C30 , 纵筋级别为HRB335 , 配筋调整系数1.0 , 保护层厚度25mm。截面尺寸为: 梁板式顶板中的次梁250 ×600 , 主梁300 ×750 ， 板厚180mm,无梁楼盖式顶板厚350mm。
经计算, 梁板式顶板配筋率为主梁1.3% ～1.5% , 次梁约1.2% , 楼板双层双向配筋Φ14@150 。无梁楼盖式顶板配筋为跨中板带Φ14@200，柱上板带Φ18@140。
3、4侧墙设计
需要对地下室侧墙进行组合的荷载计算的有:侧墙自重;顶板传来的活荷载与恒荷载;水压力和侧土压力。处于地下水位以上的侧墙所受的侧向土压力可按下式计算:
（4）
式中 为侧墙上位置K处的土侧压强度;为各层土的厚度; v为第i层土在天然状态下的容重;为位置K处土层的内摩擦角,工程上常不考虑内聚力而将 值提高。处于地下水位以下的侧墙所受的土、水侧向压力，可将土、水分别计算,其中土仍按上式计算,但土层重度应以土的饱和重度代替,
而侧向水压力按下式计算:
（5）
式中为侧墙在位置K处的水压力强度;为i处离开地下水位的距离。人防工程中的核爆压缩波形成的水平方向动载,可通过计算将该动载转化为等效静载。
地下室外侧壁的合理厚度与混凝土抗渗等级按表3表4选用。
表3:地下室抗渗等级表4：地下室侧壁厚度
3、5混凝土构件及材料的设计
混凝土中掺入一定比例的膨胀剂之后,混凝土硬化过程中产生的膨胀作用, 由于钢筋和邻位约束,能在结构中建立0.2-0.7MPa的预压应力, 这一预压应力可以抵消混凝土收缩时在混凝土中产生的拉应力, 从而防止或减少裂缝的产生。本工程在地下室混凝土中掺入8%的HEA低碱型混凝土膨胀剂取代等量水泥, 要求限制膨胀率万分之二。
本设计要求混凝土的水泥应优选, 采用水化热低的品种, 如矿渣硅酸盐水泥, 并可掺入适量外加剂, 严格控制砂石骨料含泥量和级配。控制水化热的升温, 构件中心与表面的最大温差不大于25度,并控制降温和加强养护。
4、结束语
地下室的设计涉及土质情况、基础选项、抗浮设计、超长抗裂设计等多个方面，应遵循安全、适用和合理的原则,由于地下室的外墙刚度大,平面上尽量保持刚度均匀,各层板包括顶板的厚度应尽可能符合设计要求, 才能获得经济、合理、安全的设计效果。
参考文献
[1] GB 50010- 2010 混凝土结构设计规范[ S]
[2] GB 50007- 2002 建筑地基基础设计规范[ S]
[3] JGJ3-2010高層建筑混凝土结构技术规程[ S]
[4]王铁梦,工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工程出版社,1997年.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。