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1、关于柔性防水层的设计问题
李书山等从工程实际出发,指出地下室底板迎水面柔性防水层的种种弊端,主要是“柔性防水层与需防水的结构主体实际上是不密贴,防水层与结构底板之间容易产生剥离脱落”,“柔性防水层只要一处有缺陷而漏水时,则整个隙缝将会充满水,柔性防水层失去其意义”。因此,他们建议改为背水面刚韧性防水,即在底板面上用聚合物水泥砂浆或渗透结晶刚性防水材料等作内防水层。而王天网认为“地下室内防水,无论选用卷材还是涂料都和基层难以达到牢固粘结。一旦混凝土渗水,会把内防水层破坏,劳民伤财”。牛光全认为“从原则上否定外防水是不恰当的,外防水将水拒之地下结构物之外,是真正的防水层,实为上策;一旦地下水侵入地下结构,内防水层就难以长期抵抗水压,难免渗漏之虞,应该视内防水为不得已而为之的下策”。
笔者同意王天、牛光全之观点,在迎水面作防水层是阻挡水侵入混凝土结构的附加措施,从理论上讲得通。在背水面作防水层,如何防止地下水侵蚀混凝土,这一内防水层能否抵挡水压产生的渗漏,令人存在疑虑。作为规范不能把外防水改为内防水,这是原则问题。
业内人士普遍反映,近年地下结构长大化,地基复杂,且受施工气候和工期影响,搞好外防水、使其“天衣无缝”确实困难。以笔者指导施工的地下室为例:武汉国际会展中心地下二层,平面尺寸161m×153m,用sbs卷材作外防水层,正值雨季施工,由于工期紧,雨停稍干后就铺卷材,施工时也没有涂刷潮湿界面隔离剂,这层外防水整体质量就难以保证。该工程采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土浇筑。竣工五年无渗漏,业主认为,防水全靠混凝土。
笔者遇到许多地下室为桩板结构,桩头几百个至几千个,底板与桩头的柔性防水层如何联成一体,施工单位十分头痛,质量也难以保证。难怪李书山等提出内防水的工法。笔者不是反对外防水做法,在实际工程中,确实存在设计与施工、防水施工与工期等矛盾的现象,外防水如同虚设,这些问题亟待解决。
2、结构自防水是否可靠
王天认为,钢筋混凝土自防水在南方成功事例多,而在北方成功者鲜见。因为“混凝土密实是阻止渗水的关键,然而高的密实度又很难达到”,“既然自防水难以实现,外加柔性防水层对混凝土结构进行保护就成了必需”。我认为这一观点颇有偏误。从1990年起,我国大力发展泵送(商品混凝土,在混凝土中加入减水剂后,水胶比从以往0.5以上降至0.35~0.50,而混凝土的坍落度从60~80mm提高到160~180mm,混凝土具有良好的流动度,只要稍为震捣,混凝土变得很密实,极少出现蜂窝现象。大量工程实践表明,这种泵送混凝土不但强度高,而且抗渗标号大于s15,渗透系数远小于(5~8)×10-10cm/s。根据我国现有混凝土技术,使混凝土高度密实已不成问题。由于混凝土存在收缩开裂的弱点,可能成为渗水通道,我国在设计上采用每30~40m设一道后浇带,等混凝土收缩40~50d后再用膨胀混凝土回填,这是解决结构收缩裂缝的有效措施。近10多年来,许多地下工程采用补偿收缩混凝土和纤维混凝土作地下室的结构自防水材料,进一步提高了地下结构的抗裂防渗功能。据2003年统计,全国膨胀剂用量约80万t,以平均40kg/m3计,折合防水混凝土达2000万m3。目前我国混凝土外加剂和高性能混凝土技术已普及,混凝土质量已大大提高,这是地下结构自防水的保证。另外,王天提出的钢筋混凝土自防水施工中存在的一些不利因素,其实在柔性防水层施工中也存在,这只能靠工程质量“终身制”去解决。
3、外防水层设计是否应“一刀切”
gb50108—2001《地下工程防水技术规范》实施后,北方许多设计院不管地下室大小,一律要设外防水层,因为要执行规范。而在南方许多地下室设计中,尤其底板为桩板结构,或反梁底板,或1~2m厚的大底板,多采用混凝土结构自防水而取消外防水。这就存在是否“一刀切”问题,它的依据是什么?
笔者认为gb50108—2001《地下工程防水技术规范》要遵守,它是成功经验的总结,但是,也要根据地下室的结构和水文地质条件进行切实可行的防水设计。对于地下有侵蚀水的地下室,一般要设外防水层。
(2.煤炭工业郑州设计研究院有限公司)
【摘要】本文主要介绍了作者在地下室设计工作中所遇到的一些问题,结合自身经验对地下室设计提出相关意见,在今后的工作中希望能给大家提供帮助。
【关键词】人防地下室;计算要点;注意问题;配合
现代社会发展的越来越快,超长超大的地下室在逐渐增多。超长地下室外墙裂缝控制、计算模型合理性等问题是结构设计人员设计过程中的难点;超大地下室设计的难点与重点是人防、消防等问题,这些问题各专业的配合显得更重要,特别是人防问题,结构设计人员需要对建筑、暖通等专业有较深入的理解才能把结构设计作好。
1 计算要点
1.1 混凝土墙计算
1.1.1 外墙计算
(1)计算模型。一般情况下,外墙计算模型为单向板,下固端,上简支。但当顶板大开口导致墙顶形成自由端时就得注意,如室外楼梯间、车道的无盖板段,墙顶均为自由端。对于室外楼梯间处的外墙处理方法为:加大梯板及休息平台板厚及加大配筋,这样外墙的支撑条件可以改善;另外,车道无盖板段设计时尽量减小墙高,在满足车道入口最低净高基础上,尽量让顶板往外延伸些。
(2)土压力计算。由于地下室类似一个大箱体,四周均有土约束,各方向在土压力作用下墙移可近似认为相互抵消,所以按静止土压力计算。静止土压力系数可根据回填土的类别而定,一般设计要求回填土应用砂质粘土或灰土或中粗砂震动分层夯实,密实度要求≥93%。
(3)裂缝控制。地下室外墙的收缩裂缝是难点,特别是超长地下室。笔者经过几个工程的实践,外墙水平筋采用小直径小间距效果不错(间距100mm为宜),且混凝土强度等级不宜选太高,C30左右为宜;另外,施工养护也非常重要,混凝土从浇灌后水分就开始蒸发,如果不进行有效的养护,早期裂缝将很快产生,所以设计交底时应加以强调养护的重要性,有条件应对施工进行跟踪,确保施工养护能做得更到位,以使裂缝更有效得到控制。
1.1.2 临空墙计算
防空地下室的等效静载是对核(常规)武器爆炸地面空气冲击波产生地面超压进行等效而定义的,其大小跟起始压力波速、作用时间大小等有关,其作用在临空墙的压力值与被地面建筑(或障碍)削弱的程度有关,所以不同部位的临空墙荷载有所不同。室外出入口由于冲击波受阻挡不如室内出入口强,因此室外出入口处临空墙等效静载较大。
1.2 底板及地梁计算
底板计算时应注意考虑向下荷载与向上荷载,设计时取两者不利者考虑。向上荷载主要指水浮托力荷载效应、水浮力与人防荷载效应组合;向下恒载主要指底板自重、消防水池最高水位时水的自重、设备自重等。
2 结构专业地下室(包括人防)设计应注意的几个问题
2.1 甲类防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的分别作用。设计时均按一次作用。
设计人员有时可能习惯认为人防是由核爆动起控制,但以下两种情况由常规爆动荷载起控制,设计时应着重注意。
2.1.1顶板底面高出室外地面的常5、常6级防空地下室,其外墙在弹塑性工作阶段设计时,其等效静载标准值qce2较核爆动大。注意,当上部结构为钢筋砼结构时,顶板底面不允许高出室外地面。
2.1.2出入口临空墙的等效静载标准值在室外直通式及室外单向式,且其L(L为室外出入口至防密门的距离)≤5m时,常规武器爆动等效静载标准值较核爆动等效静载标准值大。
2.2 概念设计
地下室作为上部结构的嵌固部位,应保证其具有足够的刚度,规范要求其侧刚不小于相邻楼层的2倍。当地下室剪力墙数量不多时,特别是非人防区域,可以在适当部位加设剪力墙以增加整体刚度;在地下室顶板梁整体计算时,主楼范围内梁端负弯矩不宜调幅;当上部结构高宽比较大时,其柱底弯矩很大,所以当主楼范围外的地下室顶板梁与主楼落地墙柱相连时,应加大连接端梁负筋及梁腰筋,用于平衡上部柱底弯矩。
2.3两层及两层以上的地下室,当人防地下室设在底层时,需注意以下几点:
2.3.1人防顶板板厚可适当减小。为了防早期核辐射,板厚得满足规范给出的数值,但当人防地下室设于底层时,其早期核辐射已经很有效被削弱,所以板厚可以减小。
2.3.2通道顶板抗力按人防设计,通道顶板抗力等级按共用同一通道的防空地下室较高级别者设计。
2.4 当人防顶板高低差较大时,高低槛处梁截面及配筋应满足人防墙设计及构造要求,一般梁宽≥300mm,相应的梁腰筋及箍筋≥Ф12@150(即满足墙单侧配筋率0.25%的要求,砼为C30~C35)。受力情况类似于埋置于土中的人防外墙。
3 与建筑配合问题
与建筑的配合问题是地下室设计过程中很重要的环节,特别是人防问题。如果结构设计人员没做好这个环节,可以说是做不好人防地下室设计的。
3.1 总平配合。地下室电算前应与建筑师协调定出合理的标高。合理的总平标高应该是标高变化均匀平稳的,突变较小,且变化方向大体上是单向的;室内外高差小。另外,应注意消防车的走向、位置。如果建筑可以调整的话,应尽量避免消防车道设在覆土很大的顶板,这种情况荷载很大,经济性不好。
3.2 几点防空地下室设计中容易被忽略或容易出错的问题:
3.2.1 五级人防地下室附壁式临空墙厚度应不小于650mm;
3.2.2 平战结合柴油发电站应考虑发电机等大型设备运输与安装,留有较大的运输口;其平时及战时都需要较大的进排风量,且需设排烟系统,设计时得提醒相关专业选对扩散室活门型号及作对扩散室内部净尺寸。
3.2.3 上部建筑为钢筋砼结构的甲类防空地下室,其顶板底面不得高出室外地平面。当建筑室内外高差较大时易犯错,此时应降低室内结构顶板标高以满足此规定。
3.2.4 当防护密闭门两侧较为空旷时,为了避免防护密闭 门绞页直接被冲击波破坏,应在门框墙处适当位置加一突 垛;类似地,当防护密闭门沿通道设置时,门扇应嵌入墙内设置,且门扇的外表面不得突出通道的内墙面。
4 与设备专业配合的问题
与设备配合问题是结构设计人员容易忽略的问题,经常下工地的结构工程师会比较敏感。有时去现场会发现设备管线预留(埋)不太合理,如果设计时没配合好,很可能会影响结构安全。对于人防地下室,主要是与暖通的配合量较大,设计人员应着重把握好。
4.1 暖通
竖井洞口等孔洞配合是配合的重点。结构设计人员应注意校核其预留(埋)的孔洞大小、位置及标高,以定出最合理的方案。应避免风管穿临空墙及人防单元隔墙,当不可避免时,应采取可靠的防护密闭措施,应在土建施工时一次预埋到位(交底时强调),且洞口不宜过大(控制在800mm×800mm以内)。
4.2 水电
4.2.1 应了解顶板水管埋设走向。对于水专业一般希望覆土越大越好,这与结构经济性的控制是矛盾的,结构设计只有了解水管走向、坡度,才能把覆土降到最低。
4.2.2 设备用房需注意净高问题。公用变配电所应注意净高≥3900mm(建筑面到梁底),注意电缆沟深(一般800mm)。
5 结束语
地下室设计相对较烦琐,但主要能把握好以下几点,相信大家在设计过程不会有太大障碍:
5.1 地下室计算应把握好梁系布置、顶板恒载取值、外墙计算模型与土压力计算,人防等效静荷载的正确选取,应能解决概念设计与经济性的矛盾。
5.2 地下室设计的难点之一是人防设计。想做好人防,光掌握结构专业知识远远不够,还需要对建筑、暖通这两个专业有较深入的了解。如果结构设计人员对这两个专业不了解,相当于对人防基理不了解,设计将无从下手,更谈不上专业间配合了。
5.3 关于人防地下室的设计规范、参考书籍和设计软件已不断完善,设计人员如果能灵活应用,可以做到事半功倍。
参考文献
关键词:地下室质量施工
城市是现代文明和社会进步的标志,是经济和社会发展的主要载体。伴随着我国城市化的加快,城市建设快速发展,城市规模不断扩大,城市人口急剧膨胀,许多城市不同程度地出现了建筑用地紧张,生存空间拥挤,交通堵塞,基础设施落后,生态失衡,环境恶化等问题。被称之为“城市病”,给人类居住条件带来很大影响,也制约了城市和社会的进一步发展,成为现代城市可持续发展的障碍。如何治理“城市病”,提高具名生活质量,达到经济与社会、环境的协调发展,成为亟待解决的重要社会课题。
高层建筑的地下室成为城市地下空间的重要组成部分。地下室的设计要做到与地面规划的协调性与系统性,形成一个完整的体系,地上地下协同发展。在高层建筑地下室的开发利用当中,要重点突破、协调发展,以大型骨干建筑为纽带带动地下室建设的发展。地下室的开发不能只搞单一的某一项工程,而是要综合考虑各方面的需要,竖向分层开发与地面建筑相呼应、相衔接。
一,规划设计:
地下室的设计规划应基于对地下空间现状的研究以及对的城市一定期限内空间发展的预测,提出地下空间开发战略,并对地下空间开发利用的功能、规模与形态做出科学的规划,同时提出空间开发了利用的实施步骤,以使之能与城市保持系统协调发展。
地下室的设计规划,应注意保护和改善城市生态环境。科学预测城市发展到需要,坚持远近兼顾、全面规划、分步实施,时城市地下空间的开发利用与经济技术发张水平相适应,并且实行竖向分层、总和立体开发、横向相关空间联通、地下工程与地面建筑协调配合。
1,规划的原则。
基本原则:人类在开发利用地下空间的过程中,所遵循的一些传统原则,“人在地上,物在底下”、“人的长时间活动在地下,短时间活动在地下”、“人在地上,车在地下”等,与可持续发展的城市建设理论相协调,并与以人为本的城市规划理论相适应,虽然随着科学技术的不断进步,地下空空间的内部环境与地面建筑室内的差距将会日益缩小,单这些在实践过程中所积累起来的原则,仍然可作为现代城市空间开发利用功能规划的基本原则。
适应原则:适应原则是城市地下空间开发利用的功能,亦即转入地下空间城市功能,应当与地下空间的化境特性相适应,如与地下的空间热稳定性、环境易空性、高防控性等特点相适应。城市地下空间功能的适应原则,时对地下空间资源的最大利用,只有与地下空间的环境特点相适应,才能发挥出巨大的经济、社会、环境效益,否则不但无助于城市空间的拓展,还会造成地下空间的浪费以及不良的社会经意后果。
协调原则:高层建筑地下室空间开发利用功能规划的协调原则有两发面的含义,首先地下室开发利用的总体功能,应与其上的高层建筑及其周围的环境的功能相适应协调。协调原则是城市地上、地下空间资源统一规划的基础和必然结果。
2,地下室设计规划的内容。
供给与排放系统:包括共同沟,各种废弃物的地下回收方式与处理结果。
防灾设施:人民防空在我国地下空间开发利用中占有重要的地位,因为地下空间不但对于核武器、常规武器的袭击具有高仿护性,而且对于地震、城市大火等灾害也具有高仿护性。利用地下室空间的高仿护性,进行综合防灾功能的城市地下空间设施建设,是城市地下空间开发利用基础与重点层次的重要建设内容。
更高发展层次:城市地下空间开发利用功能上的发展层次,时未来建设生态型、节约型城市的发展趋势相一致,与城市的可持续发展相协调的地下室开发利用。这个发展层次,是在城市基础设施能够满足城市发展,以及城市地下空间开发利用的总体功能能够在与城市职能协调的基础上,以建设生态型与节约型成事实为目标,逐步实现城市大部分设施地下化,在功能上主要表现为各种有人地下室的开发利用,如各种地下医院、地下学校、地下办公室等,同时在形态上出现了深层化的趋势。
二,地下室内环境和装饰
(一),生理环境:
1,空气质量:与地面建筑相比,地下室内部空气质量相对较差,主要是由于地下室空间的封闭性引起的湿度较大造成的。如果,湿度不能控制在一定的范围以内,将引起闷热、不舒服,同时在一定程度上将会增长霉菌的生长。如果不能保证良好的通风条件,将使地下室中空气环境中的二氧化碳、一氧化碳、异味、炭氢化合物等成分增加,导致空气质量严重污染。
地下室的空气质量可以通过良好的同分手段来提高。
2,空气品质与嗅觉环境:空格其品质不良与嗅觉环境差,即危害人的生理健康,又影响人的心里健康,使人产生烦恼、厌倦等情绪。近年来的研究成果表明,许多低浓度的挥发性有机化合物voc ,对于地下室的空气品质与嗅觉环境有着严重影响,并应该在设计阶段引起高度的重视。
3,听觉环境与噪声:地下环境虽然不会收地面交通车辆与人员喧闹声的影响,但由于通风机的连续运转所产生的连续低频噪音,岁不如地面车辆引起的噪声大,却是持久的、内在的。地下室的封闭性,使声音难以扩散,若装修处理不妥,这种噪声的影响将更加严重。
(二)、心理环境。
地下室建筑与室外建筑联系紧密,人们可以将通过日光变化。气候变迁以及对周围环境的观察和经验把握时空关系。地下室被完全封闭或大部分封闭在地下,建筑物与外界空间的联系只能利用通道。由于与熟悉的环境的隔离,所以人进入地下空间后,很自然地会产生心理上闭塞感和压抑感并非来自生理,而是来自心理。为减轻这种心理反映,创造良好的视觉环境至关重要。
人民防空地下室设计又有其特殊的要求:
1、防空地下室的采暖、通风与空气调节设计,必须确保战时防护要求,并应满足战时及平时 的使用要求。当平时使用要求与战时防护要求不一致时,应采取平战功能转换措施。
2、防空地下室的通风与空气调节系统,平时宜结合防火分区设置,战时应按防护单元分别设 置独立系统。
3、专供平时使用的时的进风口、排风口和排烟口、战时采取的防护密闭措 施,应符合本规范第3.4节中的有关规定。
4、所有设备及材料的选用均满足防火、防潮及卫生要求,且便于安装和维修。
5、医辽救护工程、专业队队员掩蔽部、人员掩蔽所的战时通风方式应包括清洁通风、滤毒 通风、隔绝通风。
6、防空地下室的采暖、通风和空气调节室外空气计算参数宜按现行国家标准《采暖通风与空 气调节设计规范》中的有关条文执行。
7、有消声要求的通风和空气调节系统,应采用必要的减振和消声措施。送风、回风和排风系 统均应采取消声措施。
8、防空地下室的进风系统,根据不同的通风方式应由消波装置、密闭阀门、过滤吸收器、通 风机等防护通风设备组成
9、防空地下室的排风系统,根据不同情况应由消波设施、密闭阀门、自动排气阀门或防爆超 压自动排气活门等防护通风设备组成。
关键词:地下室;抗浮设计
Abstract: this article briefly discusses the basement anti_floating structure design points, respectively, discussed the different structure, different types of foundation anti_floating calculation characteristics, design for reference.
Key words: the basement; Anti-uplift design
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
对地下室的设计,需要考虑的荷载工况主要有两种,一种是向下的荷载,结构自重、地下室顶板覆土、地面活荷载、地下室地面使用荷载等;另一种是向上的荷载工况,如地基反力、水浮力等。
1、 整体抗浮满足要求的情况
在地下水位不高的情况下,结构自重和其上的永久荷载(如地下室顶板覆土、建筑面层等)足以抵抗地下水的浮力,这时,地下室整体抗浮满足设计要求,需要考虑的问题是可能存在局部构件抗浮设计问题。这时结合持力层情况,基础设计通常有以下几种:独立基础加防水板或者筏板基础。筏板基础整体刚度大,水浮力效应类似地基反力。而独立基础加防水板的基础形式,其整体性通常不足,防水板承受地下水浮力,并把水浮力传给独立基础,因而存在局部构件抗浮设计问题。
独立基础加防水板的基础形式受力特点是由柱下独立基础承担基础上竖向结构传来的荷载并将其传递给地基土,由防水板承担地下水对结构的向上的浮力,并将其传递给独立基础。独立基础需要考虑这部分荷载产生的内力。
这种基础形式又可以根据防水板和独立基础标高的关系分为两种,如图1、2所示:
第一种情况(图1),防水板和基础顶面标高相同,独立基础的样子像个元宝,很多情况下被称为“元宝形”基础。
第二种情况(图2),防水板和基础底面标高相同,防水板上需要回填垫层或者回填土达到建筑使用标高,这种结构布置类似平板式筏形基础加柱墩,或者是倒置的带柱帽无梁楼盖结构体系。
图1所示的基础形式,其优点在于土方开挖量小,不需要回填垫层这道工序。通常在防水板下设置一定厚度的聚苯板,使得防水板不参与上部荷载的向下传递,而仅起到抵抗水浮力并将水浮力荷载传给独立基础的作用。但是如果地下室有排水沟或者设备坑、电梯基坑时,防水板降板的设计、施工都会比较繁琐。而且防水板的钢筋须锚入独立基础,钢筋构造较为不便。
图2所示的基础形式,其优点在于防水板的板底钢筋可以在独立基础范围内拉通并起到基础受力钢筋的作用。而且,防水板上的垫层或者回填土能抵消部分或者全部水浮力,还能很方便地施工排水沟和小集水坑。
不论哪种基础形式,是否在防水板下设置聚苯板要看工程的具体情况,如果地基土较软,基础的沉降比较明显,那么设置聚苯板会避免防水板承受地基反力,构件传力更加明确,从而简化设计。如果地基承载力较高、压缩模量较小,基础的沉降很小,可以忽略,那么可以不设置聚苯板;此时,防水板承受的地基反力同样也可以忽略;反过来说,如果这种情况下,采用图2所示基础形式,同时在防水板下设置了聚苯板,那么会出现这样一种工况,那就是在地下水位变动的时候,防水板有可能会承担其上覆土荷载及地面使用荷载,并将其传给独立基础。防水板计算模型的确定,文[1]给出了两种方法:按照复杂楼板计算、按照无梁楼盖双向板计算。
防水板上的集水坑做法类似于筏板上的局部降板做法。如果地基不均匀或者局部地下室下沉,使得独立基础标高相差很大,那么这种情况下,防水板的构造做法通常是在回填土上做垂直墙,如图3所示。
另外,在北方某些地区,地下水位很低的情况下,也可以不设置防水板,而仅设置建筑防水板地面,建筑地面和结构完全脱开。
独立基础的受力更加合理,传力路径最短,因此独立基础加防水板的经济性更好,是首选的基础形式。
2、 整体抗浮不满足要求的情况
在地下水位较高的情况下,结构自重和其上的永久荷载不足以抵抗地下水的浮力,这时,地下室整体抗浮不满足设计要求,通常需要设置抗拔桩、抗拔锚杆或者增加配重满足整体抗浮要求。这种情况下,还应该考虑地下水位的变动因素。
1)如果通过配重满足要求,那么通常是在地下室底板上施加配重,如钢渣混凝土、回填土等,这样做主要是为了避免增大结构主体的荷载,类似建筑面层加厚加重。这种做法会增加结构层高,同时会增大水头高度,因此,结构造价(主要是外墙等竖向构件)会比较明显的增加,而抗浮的效果不显著。所以,这种配重方法通常只用在整体抗浮略不满足的情况下。结构的受力分析同上所述。还有一种配重做法是将筏板基础外轮廓边外扩,通过增加其上覆土重量满足抗浮要求。这种做法受具体工程的制约较多,对地基持力层或者桩基造成较大的负担,也对造价影响很大。
2)如何设置抗拔桩需要考虑基础形式。基础形式通常也有以下两种:独立基础加防水板或者筏板基础。筏板基础整体刚度大,可以通过满堂布置抗拔桩实现桩的侧摩阻力抵消部分或者全部水浮力。而独立基础加防水板的基础形式,只能在独立基础下打桩满足整体抗浮要求,防水板承受地下水浮力,并把水浮力传给独立基础。
对于独立基础加防水板的基础形式,抗拔桩的布置应考虑持力层的情况。如果持力层承载力高,或者独立基础下设置了基桩,那么独立基础的沉降不会太大,抗拔桩可以类似筏板基础满堂布置;否则,基础的沉降较为明显,抗拔桩如果布置在防水板下,会对防水板产生向上的集中荷载,对结构不利。相比较而言,抗拔桩布置在独立基础下,整体抗浮概念清晰,受力分析更加明确,而且可以兼做基桩,较为合理。这种情况下,防水板的设计同前所述。
抗拔桩设计应同时考虑两种不利荷载工况。一种是地下水位最高,即达到抗浮水位时,此时,抗拔桩承受竖直向上的力,并通过桩身与周围土体的侧摩阻力将其传给土体。另一种工况是地下水位下降至基础底面以下,此时,抗拔桩和其他基桩一起承受全部竖直向下的荷载,也即抗拔桩成为抗压基桩。两种工况下,同一根抗拔桩的承载力、裂缝、变形的计算明显不同。抗拔桩的桩长和桩数应同时满足这两种工况的要求。
文献[2]深入分析了抗拔桩的受力特点和破坏形态,给出了抗拔桩承载力的经典计算方法,《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)给出了较为简单的折减系数来表示桩的抗拔承载力力和抗压承载力的关系。根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),相同条件下,桩的抗拔承载力明显低于抗压承载力。而且,对于抗拔桩,桩身的裂缝控制也很不利,往往为了控制裂缝宽度而配置大量的纵向钢筋。近年来,抗裂性能好的桩型,如后张预应力灌注桩、预应力混凝土预制桩等逐步得到广泛应用,这类抗拔桩即使是在所需抗拔力较大的情况下,也能避免因裂缝控制所致的较高的纵向钢筋配筋率[2]。计算抗拔桩受压时,则还需要验算桩身承载力和沉降量。具体计算方法应按照相关规范的要求,本文不再赘述。
3)设置抗拔锚杆。文献[2]指出,预应力锚杆施工工艺简单,适用于坚硬土层或者岩层。抗拔锚杆受力最为直接,通过自身抗拉将地下室结构整体和岩层或者坚硬土层拉住。抗拔锚杆的布置也与基础形式有关,一般来说,整体基础,如筏板、箱型基础下通常满堂布置抗拔锚杆,而独立基础加防水板下,可仅在防水板下布置,或者根据具体的工程情况,根据向上的荷载组合的大小分布不同,布置承载力不同的锚杆,如防水板下布置长锚杆,柱基下布置短锚杆。抗拔锚杆不能承受向下的荷载。
文献[3]提及抗拔锚杆的计算公式 :Tu=πDLmΨT,可见,决定锚杆极限抗拔承载力的主要因素有:锚固体直径D、锚固体长度Lm和锚固体与周围岩体的粘结强度T(也有可能是预应力钢筋与灌浆体之间的握裹力)。锚杆锚固力的大小更取决于岩层受锚杆拉力时所能提供的抗力。
总之,地下室的抗浮设计需要综合考虑各方面的因素,结合上部结构和基础形式,采用最为合理的抗浮措施。抗浮验算也应根据具体的工程情况,针对各种工况分析计算,不能简单地一概而论。
参考文献
[1]、建筑地基基础设计方法及实例分析.朱炳寅、娄宇、杨琦.中国建筑工业出版社.2007
[2]、建筑桩基技术规范应用手册.刘金砺、高文生、邱明兵.中国建筑工业出版社.2010.8
关键词:地下室;疏散设计;安全疏散;防火设计
Abstract: through the analysis of the current basement safe evacuation facilities design have serious problems, and safe evacuation facilities to the fireproofing design for further discussion, and gives an example to analysis the basement safe evacuation design.
Key words: the basement; Evacuation design; Safe evacuation; Fire prevention design
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
引言
对于建筑物来说,安全疏散设计是确保发生灾害时室内人员尽快脱离危险关键,尤其是对于地下室来说,其空间相对有限,如果没有可靠的安全疏散将造成人员不能及时疏散到安全区域,所以合理的安全疏散设计等更是重点考虑之一。
安全疏散设计需考虑问题
针对目前地下室在安全疏散设计中存在的问题,笔者对其进行了总结如下:
(1)无防火分隔。对于一般单元式住宅楼地下室、半地下室与地上层公用一个楼梯,按防火规范规定应在底层的地下室或半地下室入口处,采用耐火极限不低于1.5h的非燃烧体隔墙和乙级防火门与其他部位隔开,但目前部分地下室设计中没有真正执行。
(2)无第二安全出口。防火规范规定地下、半地下建筑每个防火分区(防火墙分隔面积不超过500m2)应采用的安全出口数目不少于2个。但面积不超过50m2,且人数不超过10人时可设一个。地下、半地下建筑有2个或2个上防火分区时,每个防火分区可利用防火墙一个通向相邻分区的防火门作为第二安全出口,但每个防火分区必须有一个直通室外的安全出口人数不超过30人且面积不超过500m2的地下、半地下建筑,其垂直金属梯可作为第二安全出口,但是部分地下室的工程不符合此项。
实际对于地下室疏散设计中存在的问题不仅仅是以上所提出的,而笔者认为重心是如何按照相关规范要求进行安全疏散设计。
规范重点要求
(1)安全疏散路线考虑。对于地下室中的安全疏散路线应尽量连续、快捷、便利、畅通无阻地通向安全出口。在设计中关键是确保疏散方向上疏散通道宽度不应变窄,其次是在人体高度内不应有突出的障碍物或突变的台阶。
(2)安全出口考虑。为了有效地确保人员疏散安全,建筑物应设置足够数量的安全出口。建筑设计中应密切结合安全疏散的路线布置安全出口,并应设置明显的标志。
(3)疏散门设计规定。《建筑设计防火规范》中对疏散门的形式、宽度、开启方式与方向等都作了严格限定。开启方向对于单、多层民用建筑及厂房疏散用门应向疏散方向开启,数不超过60人的房间且每樘门的平均疏散人数不超过30人时其门的开启方向不限。门的形式,疏散用门不应采用侧拉门(库房除外);严禁采用转门;库房门应向外开或靠墙的外侧设推拉门;但甲类物品库房不应采用侧拉门。
(4)疏散楼梯。疏散楼梯是组织安全疏散路线中的重要环节,规范明确规定对于疏散楼梯应设置于明显易找的位置并设置明显的指示标志。疏散楼梯的数量与形式疏散楼梯的多少,可根据规范中规定的宽度指标(1m/百人)进行计算,并结合疏散路线和安全出口的数目确定。
(5)疏散宽度的计算单元。《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)(以下简称“建规”)5.3.17规定,地下建筑中上层楼梯的总宽度应按其下层最多的人数计算;《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版)(以下简称“高规”)6.1.12规定,高层民用建筑地下室、半地下室每个防火分区的安全出口不应少于2个,当存在每层疏散楼梯总宽度的计算,下层疏散楼梯总宽度应按上层人数最多的一层计算。即在计算疏散总宽度时,“建规”和“高规”都规定应按某一层为单元进行计算。《人民防空工程设计防火规范》(2001年版)(以下简称“人防规”)5.1.5规定,每个防火分区安全出口和相邻防火分区之间防火墙上防。
安全疏散设计应考虑的因素
对于地下室来说,其安全疏散设计应当考虑全面,结合实践,笔者提出地下室安全疏散设计相应要重点考虑的因素。
(1)严格控制地下建筑的耐火等级。实践表明,地下室内的人员距离室外地面越近,安全疏散越容易实现。而地下建筑着火升温快、扑救困难。因此,为了有效地确保火灾时人员能够安全疏散到安全地点,火灾后建筑主体不被破坏,应适当提高建筑的耐火等级,尤其是应注意加强疏散通道墙壁的耐火等级。
(2)控制地下商业建筑的防火分区划分。防火分区是在建筑物内部采用防火墙、耐火楼板及其他防火分隔设施分隔而成,能在一定时间内防止火灾向同一建筑的其余部分蔓延的局部空间。防火分区设计是建筑消防设计中重要的基础设计,消防技术规范对消防疏散设计以及建筑电气给排水通风等消防设计作出了一系列服从和遵循防火分区设计的规定。我国地下商业建筑防火分区面积在设有自动喷水灭火系统保护后可达到2000m2。但是在进行地下商场设计时,为了解决地下商场的压抑感,通常采用大开间来解决。而为了满足2000m2的要求,通常采用防火卷帘进行分隔,并未考虑货架对疏散的影响,从而造成从数据上看防火分区面积满足要求,但疏散安全的有效性不能满足要求的情况。
(3)严格安全疏散设计。对于地下、半地下建筑每个防火分区的安全出口不应少于2个,这是建筑安全疏散的基本原则。地下建筑的实际情况决定了地下较大面积建筑不能开设直通室外安全出口,或开设直通室外安全出口存在困难或不经济的情况。为了使地下商业建筑既能够满足规范的要求,又能够满足商场使用的需求,可将相邻防火分区之间防火墙上的防火门作为第二安全出口,但每个防火分区必须有1个直通室外的安全出口。
实例分析
以某地下室商场为例,该建筑地下一层总面积15461 m2,划分为10个防火分区,按照笔者前述的建议进行消防设计,需要的安全出口宽度为68.99m。在设计方案体调整时,设计疏散楼梯间为34部,安全疏散出口宽度为42.5 m,设计通往相邻防火分区的疏散出口为25.1 m,安全出口宽度按所需安全出口宽度30%计算为20.7 m。地下室中采用楼梯作为人员疏散首选。这主要是考虑到如果采用电梯疏散会存在两种疏散弊端:
(1)电梯本身的安全性考虑,由于火灾时电梯电气线路、部件的防火安全以及电梯机械部件是否受热失效等等;(2)电梯运行环境的安全。发生火灾时,由于轿厢的“活塞效应”和井道的“烟囱效应”会造成烟气吸入电梯井道,危及电梯内乘客的安全。
(2)防火分区的设计。一、二级耐火等级建筑长度超过150米要设防火墙,分区的最大允许面积为2500平方米;三、四级耐火等级建筑的上述指标分别为100米、1200平方米和60米、600平方米。一、二级防火等级的高层建筑防火分区面积限制在1000平方米或1500平方米内,地下室则控制在500平方米内。防火墙应为耐火极限4小时的非燃烧体,上面如有洞口应装设甲级防火门窗,各种管道均不宜穿过防火墙。不能设防火墙的可设防火卷帘,用水幕保护。2.3安全疏散通道出口:为减少火灾伤亡,建筑设计要考虑安全疏散。公共建筑的安全出口一般不能少于两个,影剧院、体育馆等观众密集的场所,要经过计算设置更多的出口。楼层的安全出口为楼梯,开敞的楼梯间易导致烟火蔓延,妨碍疏散,封闭的楼梯间能阻挡烟气,利于疏散。防烟楼梯间因设有前室,更有利于疏散。
(3)通过较多实践表明,自动喷水灭火系统和机械排烟系统对地下室人员安全疏散的重要性。因此,本工程定期对消防系统进行检查,建筑内消防系统能够正常启动并发挥作用是保证地下商场内人员能够安全疏散的关键因素。
(4)合理布置安全出口,有效控制疏散距离。疏散距离是指火灾时人员从室内最不利地点到达安全出口的距离。而考虑到本工程地下商场建筑的多样性,导致在设计时的疏散距离可能由于货架的摆放延长了疏散路径,增加了疏散距离。因此,本商场合理布置安全疏散出口,并根据安全出口的位置,设计地下商场的货柜摆放,进行安全疏散路径设计。
结语
通过工程实践以及上述探讨,对于地下室安全疏散设计中,应精确计算安全出口宽度、合理布置安全出口、缩短疏散距离。另外,自动灭火系统和排烟系统是控制火灾蔓延、烟气流动,为人员安全疏散争取时间的关键,设计人员在进行地下室消防设计时,应充分考虑消防设施的设计,以保证火灾时建筑内人员能够安全疏散。
参考文献: