地下室-结构设计新手必看

地下室摘要：本文总结了在已知条件下，一层、二层地下室的力与配筋；总结了混凝土强度等级、保护层厚度及垫层、墙厚、荷载、水平荷载及分项系数、外墙计算高度、外墙计算模型、顶底板和柱、地下水与抗浮、地下室超长处理措施、裂缝及裂缝措施、不均匀沉降时处理方法、外墙配筋、固接、铰接、锚固、人防地下室、pkpm建模、无人防要求的地下室嵌固部位的设计步骤等等。本文主要总结于刘铮“建筑结构设计快速入门”、朱炳寅“建筑结构设计问答与分析”、郁彦“高层建筑结构概念设计”，杨星“pkpm结构软件从入门到精通”，钢结构论坛，文献以及网上别人经验总结。共13页。2012-1-10----2012-1-291.力与配筋（例）1.1设计要点：1.在实际工程中，地下室外墙的配筋主要由垂直于墙面的水平荷载（包括室外地面活荷载产生的侧压力、地基土的侧压力、地下水压力等）控制，近似按受弯构件设计。地下室外墙在垂直于墙平面的地基土侧压力作用下，通常不会发生整体侧移，土压力类似于静止土压力，工程上一般取静止土压力系数Ka＝0.5来进行计算。当地下室施工采用护坡桩时，静止土压力系数可以乘以折减系数0.66而取0.33。2.地下室外墙按支承条件可能是单向板，也可能是双向板，在实际工程中要对这些板块逐一进行计算是相当麻烦的，一般情况下也没必要这么做。工程中常用做法是，视地下室楼板和基础底板为地下室外墙的支点（地下室墙与底板为固接，与顶板为铰接），沿竖向取1m宽的外墙按单、双或多跨板（视地下室层数而定）来计算地下室外墙的弯矩配筋；1.2.定量总结：1.2.1.假设是一层地下室：层高4m，地下水位在-4m处，室内外高差0.3m，底面活荷载取102/kNm，土的重度取183/kNm，土的浮重度取113/kNm，水的重度取103/kNm，内摩擦角一般取030，慎重一点可以取020，荷载分项系数除活荷载取1.4外，其它的取1.2；混凝土用C30，钢筋用三级钢，250厚墙：maxF侧为侧压力最大设计值，1F为当有2层地下室时，负一层侧压力值；1M，2M，3M，4M为从下向上，支座，跨中，支座，跨中弯矩设计值；1V，2V，3V，4V为从下向上支座剪力设计值；s1A，2sA，3sA，4sA为从下向上支座、跨中、支座、跨中配筋大小值。maxF侧1V2V1M2Ms1A2sA强度控制59KN/m100KN27KN68.6.kNm31.4.kNm9552mm4242mm裂缝控制15592mm6112mm注：1.14@150=10262mm，12@200=5652mm，18@150=16962mm，14@200=7702mm。2.构造配筋：按“人防规范”，配筋率按0.25%计算，250厚的墙，sA=0.25%*250*1000=62514@200=7702mm,12@150=7542mm。1.2.2.假设墙厚300，端部与跨中最大弯矩设计值不变maxF侧1V2V1M2Ms1A2sA强度控制59KN/m100KN27KN68.6.kNm31.4.kNm9552mm4242mm裂缝控制0.2mm11312mm4932mm注：1.12@100=11312mm，10@150=5242mm。2.构造配筋：按“人防规范”，配筋率按0.25%计算，300厚的墙，sA=0.25%*300*1000=750。14@200=7702mm,12@150=7542mm。实际工程中，地下室外墙配筋可以在跨度的1/3处断开。1.2.3.假设是二层地下室，墙厚均为300，其它参数同上maxF侧1F1V2V3V4Vs1A2sA3sA4sA强度控制105592171501062219318081143250裂缝控制315111851696352注：16@100=20112mm，12@125=9052mm，14@125=12322mm，12@150=7542mm；20@100=31512mm，14@125=12322mm，18@150=10262mm，12@200=5652mm。1.2.4.假设是二层地下室，地下一层墙厚均为300，地下二层墙厚350，其它参数同上，则弯矩设计值不变，强度控制与裂缝控制时，sA分别为：2.混凝土强度等级：高层C30，多层C25；混凝土强度等级越高，水泥用量大，易产生裂缝；当地下室有防水要求时，地下室外墙的抗渗等级应由最大水头与墙厚之比确定，但任何情况下都不应低于0.6MPa。3.保护层厚度及垫层：《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)对防水混凝土结构规定，迎水面钢筋保护层厚度50mm；但实际操作有困难之处。一方面外墙截面有效厚度损失较大，另一方面外墙一般较厚，且拆模早，养护困难。施工单位为了避免开裂，在50mm厚保护层内附加Φ8@200构造筋，与外墙受力筋间距很小，垂直浇捣混凝土困难。按〈混凝土结构设计规范〉50010-2002，外墙外侧环境类别为“二b”，内侧“二a”，据此，外侧保护层厚度25mm，内侧20mm。也是强制性条文。按〈混凝土结构设计规范〉执行。全国技术措施人防工程分册里也明确指出，当有外包柔性防水层时，迎水面保护层厚度可以取30，与混凝土规范规定的值近似。只有当无外防水时，才规定要取50。防水混凝土结构底板混凝土垫层，强度等级C15，厚度100mm，在软弱土层中150mm。工程实践表明如果结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值常常是引起渗漏水现象的常见原因。4.墙厚：多高层250mm。地下室侧壁厚度取值主要取决于地下室深度，同时也要考虑到承受水压的最大水头H与相应壁厚t的比值，H/t的比值一般宜控制在25以内以取得较好的防水效果。普通地下室的侧壁厚度：一层地下室可取250—400mm；二层可取400—500mm；三层可取500—600mm。5.荷载：1.竖向荷载有上部及各层地下室顶板传来的荷载和外墙自重；水平荷载有室外地坪活荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静荷载。2.室外地坪活荷载：一般民用建筑的室外地面（包括可能停放消防车的室外地面），活荷载可取5kN/m2。有特殊较重荷载时，按实际情况确定。（京院技措2.0.6）-----Px=qx.Ka=qx/3,qx为地面活荷载，但工程上一般取静止土压力系数Ka＝0.5来进行计算3.水压力：水位高度可按最近3~5年的最高水位确定，不包括上层滞水。（京院技措3.1.8）4.土压力：a.当地下室采用大开挖方式，无护坡桩或连续墙支护时，地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，土压力系数K0，对一般固结土可取K0=1-sinφ(φ为土的有效内摩擦角)，一般情况可取0.5。（京院技措2.0.16）当地下室施工采用护坡桩或连续墙支护时，地下室外墙土压力计算中可以考虑基坑支护与地下室外墙的共同作用，或按静止土压力乘以折减系数0.66近似计算，Ka=0.5x0.66=0.33，相当于主动土压力。（京院技措2.0.16）------当无试验条件时，对砂土可取0.34~0.45，对粘性土可取0.5~0.7。上海一般取0.5地下水位以下土的容重，可近似取11kn/m2。（京院技措2.0.5）实际上，风荷载和地震区地面运动使土压力超过静态土压力而有所增加，但其对外墙平面外产生的内力较小，可以不予考虑。5.风荷载：地下室在底面以下，不受风荷载的影响；如果地下室层数不填0，表示有地下室，程序自动取地下室部分的基本风压为0，并从上部结构风荷载中自动扣除地下室部分的高度。6.地震作用：地下室的地震作用主要被室外回填土吸收，只有少部分由地下室构件承担，因此“抗规”第5.2.5条要求的最小地震剪力调整，地下室部分可不考虑，即不考虑剪重比，不作为不合格的指标，但程序仍然给出调整，影响不大。结构在地震作用下的反应（周期、振型、位移、内力）受地下室外的回填土约束程度的影响，但竖向位移不受侧向约束的影响；约束越强，地下室地震作用考虑越少，约束非常大时，相当于不考虑地下室地震作用。柱的弯矩、剪力随地下室楼层的变化，可以看到弯矩在地下室楼层中急剧减小。剪力在地下室1层有应力集中现象，导致地下室1层的剪力反而有所增加。6.水平荷载及分项系数：水压力若取最高水平，则一般按恒载设计，地下室底板的强度计算时，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)第3.2.5条板、覆土的自重的荷载分项系数取1.0。抗浮计算时，板、覆土的自重的荷载分项系数应取为0.9。如果地下室顶部没有房屋，是空旷场地，地下室顶板应考虑覆土荷载，消防车荷载；或者施工过程中和使用过程中可能出现的载重车荷载,与消防车荷载比较取大值。尚应考虑施工堆载10kN/m2。7.外墙计算高度：有的工程基础底板上有较厚的覆土，这时最下层外墙的计算高度应视该层地面做法而定。如为混凝土面层较厚的刚性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，则外墙计算高度可算至地下室地坪。而实际施工顺序往往是出地面后肥槽立即回填，而地下室地面在完成机电管线布置后才施工，相隔很长时间。这种情况下，外墙计算高度就应算至底板上皮。为了减小外墙计算高度，可在外墙根部与基础底板交接处覆土厚度范围内设八字角，并配构造钢筋，作为外墙根部的加腋，加腋坡度按1：2。这时外墙计算高度仍可算至地下室地坪。8.外墙计算模型：考虑到外墙与扶壁柱之间的变形协调，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，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋；竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小，可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强。不应计算弯矩调幅（有的地方又说可以）；室外出入口与主体结构相连处应设沉降缝；严格来讲，外墙应按偏心受压构件计算配筋。但在实际工程设计中，考虑竖向荷载产生的截面应力很小，仅按墙板平面外受弯计算配筋。当竖向荷载很大时，也可分别按受弯和轴心受压计算墙体配筋，然后将二者叠加。地面层开洞位置（如楼梯间、地下车道）地下室外墙顶部无楼板支撑，为悬臂构件，计算模型的支座条件和配筋构造均应与实际相符。PKPM软件地下室外墙按支撑在顶板和底板之间的单向板考虑，这种模型对于层高较小而柱距较大的无窗洞地下室计算误差不大。而对于柱距与层高接近的地下室，外墙按单向板考虑不合适，会导致外墙水平方向配筋偏小，而竖向配筋偏大；由于没有考虑柱的侧压力，将使柱的计算不安全。特别是对于上部有较多窗洞的半地下室，按此模型考虑不符合实际。9.顶底板和柱：侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板的抗弯能力不应小于侧壁；抗规6.1.14条，顶板厚度180mm，双层双向配筋，C30，每层每向0.25%高规12.2.4：筏形基础的钢筋间距不应小于150mm，宜为200～300mm，受力钢筋直径不宜小于12mm。采用双向钢筋网片配置在板的顶面和底面；地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍；位于地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和。10.地下水与抗浮：1.增加地下室的层高来增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法，但这种方法还应该结合地基土的承载力而定；------增加基础配重。此种方法大致有以下3种情况：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。2.设置抗浮桩，抗浮桩具有一定的安全储备，实际上长期起着“抗压桩”的作用。这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降；如果地下水位长期处于一种较高的水平之上，设置抗浮桩也不乏是一种有效的方式。3.尽可能提高基坑坑底的设计标高，间接降低抗浮设防水位,梁式筏基的基础埋深要大于平板式筏基，从而相对提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基础更有利于降低抗浮水位。楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/22～1/16，宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高，从而相对降低了抗浮设防水位。4.施工过