18年全国结构设计大赛关于超长地下结构设计关键措施的实施方法探讨

18年全国结构设计大赛关于超长地下结构设计关键措施的实施方法探讨 摘要：当前我国正处于大规模从工程建设时期，在施工工程问题中超长地下结构的设计越来越引起人们的关注，本文针对这一问题进行研究，着重从抗浮问题、不均匀沉降问题和无缝设计问题进行了分析。 关键词：超长地下结构、抗浮、不均匀沉降、无缝、设计 ： S611 ： A ： 绪论 当前我国在城市建设方面有这么几个突出方面：高层建筑的大规模修建，伴随而来的超大地下室的出现；地铁的成规模修建，线形超长地下结构。在交通建设领域，跨江跨河隧道的修建使得水下超长地下结构的问题引起了越来越多的关注。对于上述工程，所反映出来的工程问题包括了：超大地下室的抗浮问题、不均匀沉降的问题、水下超长地下结构的无缝设计问题。 2、抗浮问题 城市地区地下水位一般比较深，对于地下室埋藏较浅，层数在12层的高层建筑而言，一般在使用阶段不会存在抗浮问题。当地下室埋藏较深或地下水位较浅时（南方多雨地区），裙房及纯地下室部分可能会有抗浮不满足要求的问题。针对此种情况，应采取以下措施： (1)在设计允许的情况下，尽可能提高基坑坑底的设计标高，间接降低抗浮设防水位。高层建筑的基础底板多采用平板式筏板基础和梁板式筏板基础。一般而言，平板式筏板基础的重量与梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当，但后者的基础高度一般要比前者高，在保证基顶标高不变的情况下，后者的基础埋深要大于前者。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。 (2)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1/221/16，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。 (3)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；在对主体结构的地基承载力进行深度修正时，增加地下室的层高可以提高主体结构的有效埋置深度，从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。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。这三种方法的共同特点是：在增加基础配重用以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度，从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度，因此它不是一种效率最高的方法。增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是：在不增加基坑坑底标高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室顶板的大板块之间可以不再设置次梁。但此种方法的缺点是会略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。 (4)设置抗浮桩。表面上看这是一种解决抗浮问题行之有效的方法，但仔细分析，这种方法也有一定的局限性，从结构受力方面讲，由于地下室的抗浮设防水位是根据拟建场地历年最高水位结合近几年的水位变化情况提出来的，即使是经过重新评估后确定的抗浮设防水位，也是按一定的统计规律得出的结论。很显然，这种方法确定的地下水位在一般的情况下是很难达到的。加之设计计算的不精确性也使得抗浮桩具有一定的安全储备，因此，“抗浮桩”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，而这种变化将会使无沉降缝的大底盘地下室在主体结构和裙房之间产生更大的不均匀沉降差；同时设置抗浮桩后，计算基础底板内力及配筋时应考虑地下水压力，这样也会增加基础底板的荷载。另外一方面，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。因此，抗浮桩是一把双刃剑，使用时需仔细考虑。 3、不均匀沉降问题 对于超长地下结构而言，不均匀沉降对其的危害远大于一般结构，因此要着重对其控制，所容易解决不均匀沉降问题大致有以下几种方法： (1)裙房和高层建筑之间设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响，避免由于不均匀沉降产生的内力，这是所谓“放”的方法。但实际上这样做，给建筑的立面处理、地下室的防渗漏、基础的埋置深度和整体稳定等带来很多困难。 (2)裙房和高层建筑之间不设沉降缝，采用端承桩，将桩端置于坚硬的基岩或砂卵石层上。这样，既满足了地基承载力要求，又避免了明显的沉降差。这是所谓的“抗”的方法。但这种方法基础材料用量多，不经济，一般用于超高层建筑或地基持力层较差的情况。 (3)在设计中不设沉降缝，而采取一定的措施，调整地基反力，尽量减少不同部分的地基反力差，从而减少沉降差。这是所谓“调”的方法。 4、无缝设计 因为防水问题的存在，而对于超长地下结构不设缝结构的要求更高。我国混凝土结构设计规范规定了设置伸缩缝的最大间距，同时还规定，当采取了一定的措施之后，在一定程度上可以超过国家规范所规定的最大限度值。近些年，随着材料科学和计算机分析手段的不断进步，国内已经有了多个超长不设缝混凝土结构工程的成功案例。本文在对地下室裂缝产生的原因进行分析的基础上，结合具体的工程，对超长地下室结构的无缝设计进行相关探讨。在建筑工程中，超长地下室外墙与底板裂缝的形成，是由多种因素所影响带来的收缩应力造成的。从已建成的建筑来观察，超长地下室底板裂缝呈现出：裂缝与地下室底板的长向垂直，同时，按一定的间距沿着长向分布的规律。本文将从收缩应力的角度对超长地下室底板及外墙裂缝产生的原理进行相应的分析。超长地下室底板及外墙处在收缩变形的作用之下时，混凝土会产生从两端至中心的位移趋势；这一趋势的产生，必然会受到地基土对其的约束，所以，底板的全载面会产生水平法向应力。通过工程实践可知，砼水平法向应力是造成底板垂直裂缝的主要应力，是设计的主要控制应力。同时，地基土对底板的约束作用，是沿着底板长向连续式的进行约束，所以，由端部至中心，混凝土底板载面上的水平法向应力，将随着地基土的约束而累积并增大，其最大值出现在底板截面的中心位置。当最大法向应力大于混凝土底板的抗拉强度时，底板中心位置将产生第一批垂直裂缝。底板开裂之后，每块底板的水平法向应力又将按相同原理进行分布，并产生下一批裂缝，如此继续下去。2 补偿收缩砼抗裂原理 混凝土结构出现裂缝一般直接由砼干缩及温差引起，当地下室底板和外墙均采用普通砼时，干缩及温差均较大，容易产生裂缝。对于超长地下室砼结构，如果采用传统的施工方法，每隔3040设置一条后浇带来解决砼的开裂问题，会导致施工工期延长，后浇带的清理及浇捣也非常麻烦，处理不好极易导致地下室渗漏，此外，后浇带不封闭，则需一直进行施工降水，也会导致工程费用增加。 结论 对于超长地下结构中所存在的问题，针对问题的实质进行分析，并结合当地的工程实际进行解决，就能够建设处合格的建筑产品。本文所提出的方法只属