高层建筑地下室常见结构问题分析

高层建筑地下室常见结构问题分析

一、高层建筑地下室

高层建筑地下室主要包括外墙、顶板、底板及基础、出入口坡道、楼梯等。人防地下室,还包括人防口部。

(一)荷载

地下室结构荷载包括核爆动荷载(考虑人防)、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合,结构设计时依各工程的结构特点,根据规范要求进行荷载组合。地下室各部位参与组合的荷载分别为:

顶板:顶板核爆动荷载标准值,顶板静荷载标准值。

侧墙:竖向,顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值,上部建筑物自重标准值(仅有局部剪力墙部位),外墙自重标准值;横向,核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。

内承重墙(柱):顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值,上部建筑物自重,内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和,由大的荷载起控制作用。

基础:底板核爆动荷载标准值,上部建筑物自重标准值,顶板传来静荷载标准值,地下室墙身自重标准值。防空地下室进行荷载组合时,主要解决核爆动荷载作用下如何确定同时存在的静载问题。

(二)顶板

地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座,其刚度越大,对上部结构的约束作用越好。因此,地下室顶板厚度不能太薄,一般取≥160mm。人防地下室顶板厚度还要满足人防要求。

根据《建筑抗震设计规范》,地下室顶板作为上部结构的嵌固端时,对楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率、楼层侧向刚度等都有具体要求,且地下室层数不宜少于两层。规范还明确规定,作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。这意味着高层建筑地下室层数或总深层不仅仅由地基基础埋深决定,还必须考虑上述因素。结构计算时应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板,但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算,并应包括地下层。当出现以下情况时,地下室顶板不应作为上部结构的嵌固部位:(1)顶板室内外板面标高变化超过梁高范围形成错层,且未采取措施;(2)顶板为无梁楼盖。

(三)外墙

地下室外墙计算时应进行弯矩调幅,底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)、考虑荷载分项系数、有多层地下室时应按多跨连续计算,侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样,底板抗弯能力不应小于侧壁,其厚度和配筋量应匹配,这类问题在地下车道中最为典型。车道侧壁为悬臂构件,底板抗弯能力不应小于侧壁底部。地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑,计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时,车道底板位于外墙中部,应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用。以上两种情况中,由于外墙支承条件不同,计算与设计不能与一般外墙相同。当顶板不在同一标高时,应注意外墙上部支座水平力的传递问题。

除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外(此时框架柱尚应考虑外墙传来的水平荷载作用验算),其余外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁柱内外侧主筋也应予以适当加强。外墙水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小适当另配外侧附加短水平负筋予以加强,外墙转角处也予以适当加强,考虑外墙水平钢筋受力时应注

意满足最小配筋率要求。

地下室外墙应进行裂缝宽度计算,裂缝宽度不得大于0.2mm ,且不得贯通。

(四)底板

同外墙一样,底板除满足受力要求外,还要满足地下室抗渗、防水要求。因此,地下室底板厚度、配筋不宜太小,底板厚度一般取40~60cm ,配筋率一般取0.25%。地下室底板标高变化处应根据实际情况设置梁,梁宽不宜小于底板厚度,还应计算板的支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。桩箱、桩筏基础的地下室底板也是桩承台,还要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。

(五)抗浮、抗渗及控制措施

地下室结构设计中应特别注意只有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算,采用桩基时应计算桩的抗拔承载力。板、覆土的自重对结构有利,根据《荷载规范》计算强度时,荷载分项系数应取1.0。计算抗浮时,荷载分项系数应取0.9。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据,实际设计时往往只考虑正常使用极限状态,对施工过程和洪水期重视不足,造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。实际中,同一整体大面积地下室上往往建有多栋高层和低层建筑,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。另外,斜坡道也应进行抗浮验算,其与主体连接处应作处理。地下室结构设计除应满足受力要求外,抗渗也是其中一个重点。

由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作,要达到抗渗目的,一般采取以下措施:

1.补偿收缩混凝土。在混凝土中掺入UEA 、HEA 等微膨胀剂,以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值,当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时,即可控制裂缝。

2.膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形,而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝土连续浇注无缝施工。根据工程实践,一般超过60m 设置膨胀加强带。

3.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,较长久性变形缝已有很大的改进并得到广泛应用。

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,如侧壁增加水平温度筋,在混凝土面层起强化作用; 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。当然,在采取以上措施时,同时要注意混凝土的养护。

(六)保护层和垫层厚度

按《地下工程防水技术规范》的要求,地下工程防水混凝土底板混凝土垫层不应小于C15,厚度不应小于100mm ,软弱土层中厚度不应小于150mm 。防水混凝土结构厚度不应小于250mm 。地下工程防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm 。

二、结语

高层建筑地下结构设计是个复杂的过程。高层建筑上部荷载大,基础埋深较深,地下室与基础设计的合理与否直接影响高层建筑的正常使用与造价。因此,设计时既要满足功能要求、安全可靠、经济合理,又要满足地下室结构抗渗这一特殊要求,以保证其正常使用。

高层建筑地下室常见结构问题分析

一、高层建筑地下室

高层建筑地下室主要包括外墙、顶板、底板及基础、出入口坡道、楼梯等。人防地下室,还包括人防口部。

(一)荷载

地下室结构荷载包括核爆动荷载(考虑人防)、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合,结构设计时依各工程的结构特点,根据规范要求进行荷载组合。地下室各部位参与组合的荷载分别为:

顶板:顶板核爆动荷载标准值,顶板静荷载标准值。

侧墙:竖向,顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值,上部建筑物自重标准值(仅有局部剪力墙部位),外墙自重标准值;横向,核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。

内承重墙(柱):顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值,上部建筑物自重,内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和,由大的荷载起控制作用。

基础:底板核爆动荷载标准值,上部建筑物自重标准值,顶板传来静荷载标准值,地下室墙身自重标准值。防空地下室进行荷载组合时,主要解决核爆动荷载作用下如何确定同时存在的静载问题。

(二)顶板

地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座,其刚度越大,对上部结构的约束作用越好。因此,地下室顶板厚度不能太薄,一般取≥160mm。人防地下室顶板厚度还要满足人防要求。

根据《建筑抗震设计规范》,地下室顶板作为上部结构的嵌固端时,对楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率、楼层侧向刚度等都有具体要求,且地下室层数不宜少于两层。规范还明确规定,作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。这意味着高层建筑地下室层数或总深层不仅仅由地基基础埋深决定,还必须考虑上述因素。结构计算时应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板,但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算,并应包括地下层。当出现以下情况时,地下室顶板不应作为上部结构的嵌固部位:(1)顶板室内外板面标高变化超过梁高范围形成错层,且未采取措施;(2)顶板为无梁楼盖。

(三)外墙

地下室外墙计算时应进行弯矩调幅,底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)、考虑荷载分项系数、有多层地下室时应按多跨连续计算,侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样,底板抗弯能力不应小于侧壁,其厚度和配筋量应匹配,这类问题在地下车道中最为典型。车道侧壁为悬臂构件,底板抗弯能力不应小于侧壁底部。地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑,计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时,车道底板位于外墙中部,应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用。以上两种情况中,由于外墙支承条件不同,计算与设计不能与一般外墙相同。当顶板不在同一标高时,应注意外墙上部支座水平力的传递问题。

除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外(此时框架柱尚应考虑外墙传来的水平荷载作用验算),其余外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁柱内外侧主筋也应予以适当加强。外墙水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小适当另配外侧附加短水平负筋予以加强,外墙转角处也予以适当加强,考虑外墙水平钢筋受力时应注

意满足最小配筋率要求。

地下室外墙应进行裂缝宽度计算,裂缝宽度不得大于0.2mm ,且不得贯通。

(四)底板

同外墙一样,底板除满足受力要求外,还要满足地下室抗渗、防水要求。因此,地下室底板厚度、配筋不宜太小,底板厚度一般取40~60cm ,配筋率一般取0.25%。地下室底板标高变化处应根据实际情况设置梁,梁宽不宜小于底板厚度,还应计算板的支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。桩箱、桩筏基础的地下室底板也是桩承台,还要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。

(五)抗浮、抗渗及控制措施

地下室结构设计中应特别注意只有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算,采用桩基时应计算桩的抗拔承载力。板、覆土的自重对结构有利,根据《荷载规范》计算强度时,荷载分项系数应取1.0。计算抗浮时,荷载分项系数应取0.9。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据,实际设计时往往只考虑正常使用极限状态,对施工过程和洪水期重视不足,造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。实际中,同一整体大面积地下室上往往建有多栋高层和低层建筑,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。另外,斜坡道也应进行抗浮验算,其与主体连接处应作处理。地下室结构设计除应满足受力要求外,抗渗也是其中一个重点。

由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作,要达到抗渗目的,一般采取以下措施:

1.补偿收缩混凝土。在混凝土中掺入UEA 、HEA 等微膨胀剂,以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值,当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时,即可控制裂缝。

2.膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形,而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝土连续浇注无缝施工。根据工程实践,一般超过60m 设置膨胀加强带。

3.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,较长久性变形缝已有很大的改进并得到广泛应用。

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,如侧壁增加水平温度筋,在混凝土面层起强化作用; 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。当然,在采取以上措施时,同时要注意混凝土的养护。

(六)保护层和垫层厚度

按《地下工程防水技术规范》的要求,地下工程防水混凝土底板混凝土垫层不应小于C15,厚度不应小于100mm ,软弱土层中厚度不应小于150mm 。防水混凝土结构厚度不应小于250mm 。地下工程防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm 。

二、结语

高层建筑地下结构设计是个复杂的过程。高层建筑上部荷载大,基础埋深较深,地下室与基础设计的合理与否直接影响高层建筑的正常使用与造价。因此,设计时既要满足功能要求、安全可靠、经济合理,又要满足地下室结构抗渗这一特殊要求,以保证其正常使用。


相关内容

  • [转载]高层建筑地下室外墙配筋的实用计算方法
  • 高层建筑地下室外墙配筋的实用计算方法 摘要:目前城市建设中建造了大量的地下室及地下车库,由于涉及到工期和投入的建设费用,设计中与地下室相关的不少问题也逐渐变得突出起来.地下室按其使用功能可分为普通.人防和平战三类,这里仅对普通地下室设计中遇到的常见问题进行分析,并给出对策措施,以供工程设计参考. 关 ...

  • 浅谈桩基施工中常见质量问题及解决方案
  • 浅谈桩基施工中常见质量问题及解决方案 江苏京杭建筑工程有限公司 徐进 摘要:近年来,随着高层建筑的不断涌现,桩基础得以不断发展.桩基础作为建筑工程的一个重要组成部分,其施工质量关系到整个建筑物的工程质量.在桩基施工过程中,当遇到各种意外情况时,如何及时分析.及时处理,是桩基施工的关键所在.本文就打( ...

  • 工程质量常见问题防治公示牌
  • 工程常见问题防治公示牌 一.编制依据: 1.1.<建筑工程施工质量验收统一标准> (GB50300-2013) 1.2.<混凝土结构工程施工质量验收规范> (GB50204-2011) 1.3.<屋面工程技术规范> (GB50207-2012) 1.4.<建 ...

  • 后浇带施工质量常见问题分析及预防措施
  • 摘 要:本文从底板和上部结构施工的角度分析了后浇带施工质量通病成因,结合后浇带施工工艺探讨了质量通病的防治措施. 关键词:后浇带:防水:底板 中图分类号:TU71 文献标识码:A 1 后浇带质量通病成因探讨 1.1 底板混凝土浇筑 由于后浇带内钢筋不允许切断,在支设两侧模板时钢筋需穿过模板,并且底板 ...

  • 关于建筑物地下室结构设计的探讨
  • (佛山市顺德建筑设计院有限公司,广东,佛山,528300) [摘要]随着我国建筑事业的蓬勃发展,城市化进程的加快,使得现如今城市人口数量急剧上升,因此高层建筑变得越来越多,在高层建筑中对于地下室和地下车库的需求也随之增多,因而在建筑设计中,要考虑到地下室机构的设计是否合理,是否满足基础设施的埋设要求 ...

  • [建筑质量问题成因浅析]
  • 建筑质量问题成因浅析 摘要:本文主要针对现有建筑中,存在的一些普遍的建筑质量问题做简单的分析,建筑质量问题是建筑物全寿命周期存在的重要问题,特别是在现场施工过程中,其中主要包括建筑裂缝(墙面.梁.柱.屋面板裂缝 ) ,房屋渗漏水(地下室渗漏.楼面渗漏.墙面渗漏.屋面渗漏), 房屋不均匀沉降等.这些问 ...

  • 常见地基与基础工程事故的分类及原因
  • 常见地基与基础工程事故的分类及原因 作者:余 良 来源:<沿海企业与科技>2009年第08期 [摘要]文章围绕地基与基础工程事故的分类,分析勘察.设计.施工以及其他各种因素引起地基与基础工程事故的原因,并提出预防措施. [关键词]地基:基础:工程事故 [作者简介]余良,广西城乡规划设计院 ...

  • 建筑工程基坑坍塌的常见原因分析
  • 建筑工程基坑坍塌的常见原因分析 1.坑壁的形式选用不合理 基础施工时,坑壁的形式主要有两种:一是采用坡率法,即自然放坡:二是采用支护结构.实践证明,基坑坑壁的形式直接影响基坑的安全性,若选用不当会为基坑施工埋一隐患.施工单位在进行施工组织设计时,过多考虑节省投资和缩短工期,忽视对坑壁形式的正确选用, ...

  • 建筑住宅地下汽车库设计的常见问题
  • [摘 要]随着建设工程规模越来越大,地下车库设计将会越来越普遍,本工程设计过程中,根据建筑方案特点及甲方本身的市场定位要求,在满足规范要求的前提下,经济合理的实现了建筑功能,针对本工程建筑设计重点问题进行总结,已便于在今后的设计工作中能够得到进一步的改进和提高. [关键词]住宅:地下汽车库:设计常见 ...