钢筋混凝土地下室结构设计中若干问题的探讨

【摘 要】文章通过对地下室结构设计，探讨了钢筋混凝土地下室结构设计中常见的几个问题，如柱网布置、裂缝及地下室抗浮等，供工程设计参考。

【关键词】地下室；柱网布置；裂缝；抗浮

前言

近些年来，随着社会经济和房地产业的发展，城市建设中出现了大量的地下室，特别是高层建筑的地下部分。因为考虑高层建筑物的埋深要求，一般都会设置地下室。将设备用房、生活水池、消防水池和汽车停车位等设在地下室，既能充分发挥地下室作用，又能满足基础埋深的要求。因此，在建筑设计中，地下室结构设计日显重要。现简要论述地下室结构设计中经常遇到的几个问题,与同行共同探讨。

一、地下室柱网布置对工程造价的影响

地下室柱网布置是否合理对工程造价上有很大的影响。下面以我设计的某花园小区二期地下室工程来具体分析，做个初步的比较。一般的地下室功能主要有以下几种，包括设备用房、地下消防水池和汽车停车位等，在平时使用的时候，地下室大部分的功能面积均为汽车停车位。所以，地下室汽车停车位区域的柱网布置就是地下室柱网布置的关键了。一般标准的停车位为2.4m（宽）X5.3m（长），双车道宽度一般为6.0m，这样就能得出地下室的柱网为7.8mX9.0m。这种柱网从理论上分析对于地下室的使用来说非常好，因为这种柱网的空间感好。但是从经济上考虑是否也经济呢？下面来分析下；7.8m X9.0m的柱网在设计中属于较大柱网了，从经济上考虑，大柱网的经济性较差。但柱网过小，建筑使用起来会非常的不方便，甚至影响建筑的使用功能。这就需要我们在这之间寻找到一个平衡点，即满足了建筑功能的要求，又使得柱网跨度为经济跨度，从而使工程造价降到最低。如果我们在较小影响地下室使用的前提下把上面提到的柱网尺寸改为7.8mX5.5m，这样在保证行车的前提下减少跨度，则在结构方面有节省造价的明显优势。柱网减小，梁高相应减少，从而使设备管线可以从小柱跨的梁下走管线，节省了地下室的层高，减少了地下室的土方开挖量以及基坑支护的难度和费用。梁跨度的减少使得梁的配筋以及相关柱的配筋也相应减少。最后从综合的角度出发，经过初步的估算，本工程设计中采用小柱网比大柱网节省成本约15 %。

二、地下室裂缝的控制

地下室裂缝是一个比较难以很好解决的问题。既然不能完全的使地下室裂缝都满足规范要求的范围之内，即≤0.2mm，那么作为一个设计人员来说，在设计地下室的时候就应该从设计的方面考虑，在地下室今后可能出现较大裂缝的部位在设计中予以加强，并在混凝土材料上做出一定的要求，以减少地下室可能出现的裂缝。以下通过几方面来具体分析。

1．混凝土裂缝的类型主要有两类：

第一类是荷载引起的裂缝，包括按照常规计算的主要应力引起的“荷载裂缝”，以及由结构次应力引起的“荷载次应力裂缝”，二者通称为结构性裂缝。

第二类是由混凝土自身的原因引起的裂缝，包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝，也称非结构性裂缝。

2．在设计中考虑具体措施控制地下室混凝土裂缝

第一类裂缝我们在结构设计里能比较好的控制。但是第二类的裂缝，在结构设计里面要想很好的控制就不是那么容易了。第二类裂缝的形成有非常多的因素，包括设计、施工、环境等多方面。在设计方面，我们在做地下室结构设计时应对该工程进行一个系统的分析，主要是考虑混凝土的收缩和温度对混凝土影响使得混凝土产生应力集中的问题。

对于混凝土的收缩，设计人员可以要求工程施工时使用的混凝土添加抗裂剂和膨胀剂。添加合理掺量的外加剂可以很好的控制混凝土的收缩应力并大大减小混凝土因收缩而产生的裂缝。地下室的长度或宽度过大也是比较容易产出裂缝的。这类地下室在设计时应加设后浇带及膨胀加强带。这样不但很好的控制了混凝土收缩带来的应力集中所产生的裂缝，也能很好的控制因沉降不均匀所产生的裂缝。

温度是混凝土容易形成裂缝的另一个主要原因。地下室底板厚度过大时应注意混凝土浇注的厚度和施工时间、施工顺序的控制，以减少混凝土因水化反应热的影响而产生裂缝。设计人员应对减少工程施工产生混凝土裂缝的具体措施在施工图上有比较详细的交代，这样就能从设计上真正指导施工，以减少因施工原因所产生的混凝土裂缝。

地下室的裂缝产生的原因多种多样，引起混凝土开裂的原因很多、很复杂，且会相互影响。在设计中只要尽可能的考虑周全，就能把地下室产生裂缝的可能性降到最低。

三、地下室的抗浮设计

普通地下室一般都要进行抗浮设计。采用桩基时应计算桩的抗拔承载力，采用浅基础时应考虑增加配重或抗浮锚杆。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据。实际工程中，同一整体大面积地下室上往往建有多栋高层和多层建筑，局部上方可能没有建筑，而地下室面积大，形状又不规则，抗浮问题相对比较难处理，须作细致分析。如何解决地下室的抗浮问题目前已经成为一个经常面临的问题，结构设计中应充分考虑周全。

地下室抗浮设计常用的主要有以下几种：

1．配重抗浮：增加地下室的自重，使地下室的自重大于最大抗浮水位的浮力。对于采用浅基础的地下室可采用增加配重的方法进行地下室的抗浮。配重抗浮一般有三种方法，一是在底板上部设低等级混凝土压重；二是设较厚的钢筋混凝土底板；三是在底板下部设低等级混凝土挂重。当建筑物的自身重度与浮力相差不大时，应尽量采用配重抗浮，对工程造价的影响小，投产后亦没有管理成本。

2．抗拔桩：抗拔桩是利用桩侧摩阻力和自身重度来抵抗浮力，桩型可采用灌注桩或预制桩等，桩数和桩长应通过计算确定。对于桩筏基础，桩距不宜过大，否则会增加底板厚度。对于桩承台基础，除了计算抵抗上部结构自重的桩数外，还应计算兼做抗拔桩的桩数是否满足抗浮要求。采用桩基础作为地下室部分的基础形式的建筑可采用抗拔桩进行抗浮设计。

3．锚杆：锚杆是在底板和其下土层之间的拉杆。锚杆的直径一般为150~200mm。锚杆抗浮有三个问题需要注意，一是受力计算与锚杆布置问题，以岩石锚杆基础为例。对设计等级为甲级的建筑物，单根锚杆抗拔承载力特征值Rt应通过现场试验确定；对于其他建筑物可按下式计算：Rt≤0.8πd1Lf。d1为锚杆直径，L为锚杆长度，f为砂浆与岩石间的粘结强度特征值。二是施工问题，锚杆的施工需有专门的机械，施工前要进行试验。同时，较长的锚杆在施工时有一定的难度，如何控制钢筋偏移，如何使注浆饱满，如何避免锚杆拉断等都是施工难题。三是适用性，底板下土层为淤泥、卵石、沙层时，锚杆不易成孔，也不宜采用锚杆。但当底板下有坚硬土层且深度不大时，设锚杆不失为一种即简便又经济的方法。

四、结语

地下室的结构设计涉及的方面非常多，内容广泛且复杂，本文只粗浅的谈了地下室结构设计的几个问题，希望和结构同仁互相探讨、交流。

参考文献

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