浅谈超大型地下室设计
关键词 地下室,伸缩缝,分缝,底板
1.前言:目前很多工程出现超大型的地下室，其长度可达到200m甚至300m。按照《高规》第4.3.12条的规定，伸缩缝的最大间距不宜超过55m(框架结构)和45m(剪力墙结构);同时《高规》第4.3.13条也规定了当采取适当的构造措施和施工措施减少温度和混凝土收缩对结构的影响时，可适当放宽伸缩缝的间距。而实际上，目前很多设计都突破了《高规》第4.3.12条的规定，也有较多成功的经验。
地下室不受日照的影响，季节温差的影响比上部结构小，因此分缝间距可比上部结构更大一些，一般来说，只要采取适当的技术措施将地下室的不分缝长度放宽至120～150m是可行的。
但目前有不少住宅小区将整个小区的地下室全部连通，地下室的长度达到200甚至300米，给地下室的结构设计带来一定的难度，一般来说会将超长的地下室按一定间距分缝处理。南方地区地下水位较高，地下室有防水要求，分缝处特别是底板分缝处的防水处理较为困难，地下室侧壁和顶板的防水处理则较容易实现。下面介绍处理此类超长地下室的技术措施。
2. 底板技术措施
2.1 分缝原则
底板不分缝的最大长度一般控制在100～150m，如超出此值则建议分缝，分缝间距一般控制在100m以内。分缝间距与底板受约束的情况有关。如底板下为坚硬土层或岩层，底板变形会受到岩石的摩擦约束，此时应将分缝间距适当减小，必要时需采取措施(如采取柔性防水，在底板与岩层间加一层砂层等)减少底板与岩石的摩擦效应，如底板下为较软的土层，则其约束较小，分缝间距可适当放松。
2.2 分缝构造措施
地下室底板分缝的构造措施。
2.3 分缝原理
此节点的原理是将底板分缝部分做成U型结构，利用U型结构的变形能力来抵抗温差的变形。这种构造在钢结构中得到普遍的应用，许多暴露在室外的输水管或者输气管线都会采取这种做法。但钢结构的塑性变形能力较强，钢筋混凝土结构能否采用这种做法还需仔细验算。
分缝U型结构的力学模型。
按此计算模型的计算结果如图2所示。从图中可以看出，在拉力100kN作用下，结构的变形△1=2.8mm，且结构变形△1与拉力N成正比关系，与U型结构的抗弯刚度EI成反比，在拉力N=100kN作用下，U型结构的弹性弯矩为72.9kN-m，按此弯矩配筋达到Φ14@100，若考虑U型结构配筋不变的情况下让U型结构板进入塑性状态，即降低U型结构的抗弯刚度，假设进入塑性状态后U型结构的刚度取原有刚度的1/3，则△1=3×2.8=8.4mm，这个变形是否能满足结构变形的需要呢?
假设结构的分缝长度为100m，季节温差200C，假设底板不受约束可以自由变形，则板边缘的最大变形为△=1×10-5×20×50×103=10mm>△1= 8.4mm。而实际上，板的变形会受到竖向构件(剪力墙、柱)及板底土层摩擦的约束，实际变形应小于此数，粗略地按80%估计，收缩变形△=8mm<△1，即U型结构的变形能力能满足结构的变形要求。
2.4 外防水的构造做法
从分析结果看，U型结构为整个底板防水的薄弱环节，在温差作用下，U型结构受拉节点将进入塑性状态，转角处的裂缝宽度可能会增大，渗漏的可能性增大，因此在U型结构外围做一层卷材防水层能有效地为结构提供保护，同时将U型结构做成排水沟，将可能渗入的水排到集水井再排出。
2.5 应用范围
由于U型结构的抗弯刚度对其变形能力成反比，而抗弯刚度与板厚的三次方成正比关系。因此，板厚对变形的影响很大，设计时应尽量减少板厚。一般对一层地库来说，250厚的最小板厚已能满足受力要求，对更深的地下室则需慎重计算此板厚是否能满足受力要求。
2.6 需要深入探讨的问题
1、计算模型简单地将U型结构的抗弯刚度折减来模拟结构进入弹性状态，比较笼统。如建立节点的弹塑性计算模型用有限元方法分析将更准确。
2、结构实际变形的估算按其自由变形的80%来估算也比较笼统。如何建立合适的模型来计算结构受温差的变形值得探讨。
2.7 其它构造措施
U型结构只是解决了季节温差对结构变形的影响，而混凝土本身的收缩需靠设置后浇带来解决，后浇带的间距一般不超过40m，而后浇带一般只能消除混凝土收缩变形的70%，再考虑到底板受到竖向构件及底板底土层的约束，需适当配置通长的抗收缩钢筋。
3.地下室壁板
3.1 分缝原则
壁板分缝的位置及间距原则上同底板，在底板分缝处壁板也必须分缝，在底板分缝范围内是否再细分则需看顶板的分缝情况，在顶板分缝处壁板也必需分缝。
3.2 分缝技术措施
壁板分缝技术处理在施工上比较容易实现，可考虑钢筋完全断开，节点处理如图3所示。
3.3 其它构造措施
①、后浇带设置，后浇带间距一般30～40m。
②、水平钢筋配置
如按壁板的受力模型计算，水平筋是不起作用的。但由于壁板的养护条件较差，砼收缩较容易产生裂缝，而且考虑到季节温差的影响，水平向须配置适量的构造钢筋，水平向总配筋率一般控制在0.4～0.5%之间，钢筋间距一般不超过150。
4. 地下室各层平面分缝处理
地下室各层分缝的位置及间距可同底板及壁板，由于不涉及到防水问题，伸缩缝的构造相对容易处理，一般由建筑出具构造做法。由于不涉及到抗震的问题，伸缩缝宽度取30mm即可满足要求。
5.地下室顶板
地下室顶板分缝的间距与顶板所处环境有关。如地下室顶板上方有覆土(大于30cm)或有上盖，其受日照影响的温差变化不大，分缝间距可以放大一些，可同地下室底板一样处理。如顶板直接受到日晒的影响，昼夜温差变化较大，砼的膨胀收缩也较严重，则分缝间距应相应减少，同时采取相应的构造措施(如板配通长钢筋或预应力筋等)。
地下室顶板后浇带的分法同底板和壁板，并应上、下对齐。对较长的地下室一般要求配通长板筋。
顶板伸缩缝宽度按规范取值，如不必考虑地震影响则可取30mm宽，其防水做法根据覆土厚度(水压大小)来确定。
6. 结语
实际上，关于超长地下室或超长结构的分缝措施因设计人的经验而异，有部分设计单位将250m长的地下室不分缝，但其计算和构造措施较为复杂，一般会在板中专门配置预应力钢筋来抵抗温度应力，其造价也会增加，施工也较为复杂。考虑到地下室的使用要求尽可能不出现渗水，在没有可靠的计算依据和工程经验的前提下，超长地下室的分缝处理可按照上述原则执行。
