地下室逆作法结构节点设计

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-11-19浏览：80次

　　摘要：丁香路某商业办公楼项目地下工程采用逆作法进行设计和施工。本文简要介绍了该工程的特点，并详细阐述了该工程的地下室逆作法结构节点设计，包括地下连续墙与主体结构的连接设计、水平结构与竖向支撑的连接设计以及地下室顶板位置的节点设计。

　　关键词：逆作法,地下工程,节点设计

　　随着经济的高速发展，城市用地日趋紧张，建筑结构逐渐向地下空间发展，深基坑和大基坑工程越来越多，如何有效地完成基坑支护、缩短工程施工工期、减少对环境的影响成为设计和施工中的关键问题。地下室逆作法作为一种先进的施工技术，在这些方面有其独特的优越性，因而逐渐被广泛采用，但与此同时也对结构设计提出了全新的要求，尤其是其节点的设计。本文结合笔者所做的实际工程案例，对逆作法中的结构节点设计进行探讨。

　　1. 工程概况及工艺原理

　　丁香路某商业办公楼项目地处上海繁华闹市区，占地面积近2万m2。地上为双塔楼大底盘建筑，塔楼20层，高度为100m，裙房4层，地上部分总建筑面积8.2万m2。地下4层，埋深约24m，总建筑面积6.8万m2，建筑外观效果见图1。

　　图1 建筑外观效果图

　　本工程塔楼采用框架-核心筒结构，裙房采用框架结构。基础选用桩筏，主楼下筏板厚度为2.00m，裙房下筏板厚度为1.50m，结构整体透视见图2。

　　本工程基坑属于超大、超深基坑，且施工场地周边环境复杂，需要保护的市政管线距离基坑较近。经综合比较，地下室施工采用逆作法，结构设计相应分为两个阶段：第一阶段是按照常规设计方法对地下室主体结构、基础等进行设计;第二阶段是按照逆作法的施工要求，结合施工特点及围护设计对第一阶段的设计进行调整，以实现设计意图。

　　本工程逆作施工阶段结构竖向支撑系统采用一柱一桩，立柱采用直径为500mm的钢管柱或 530×530钢格构柱，临时支撑采用530×530钢格构柱，桩基均采用桩径900mm的钻孔灌注桩。待逆作施工至基底并完成基础底板浇筑后，在钢管柱及处于主楼核心筒位置的钢格构柱外围浇筑钢筋混凝土，形成永久性的组合柱。然后待地下室完工且地下室顶板不再作为主要施工平台后割除临时格构柱。

　　本工程所有钻孔灌注桩均采用桩底后注浆技术，从而大大提高提高单桩承载力，有效解决一柱一桩的承载力和沉降问题，为逆作法施工提供有效的保障。桩基设计需与围护设计相协调，在桩的选择上，桩身强度、桩径、桩长、单桩承载力等尽量与围护立柱桩相匹配，同时在满足承载力要求的基础上对部分桩位做出调整，尽可能让工程桩兼做临时支护桩，以达到对桩的充分利用和降低工程造价的目的。

　　2. 节点的特殊处理

　　采用逆作法施工的结构节点设计，既要满足结构在使用阶段的设计要求，又要满足结构在施工阶段的受荷要求。节点构造应符合现有工艺手段和施工技术，传力要合理，施工需简便，同时还必须满足抗渗防水要求，且应尽量减小对建筑使用功能的影响。

　　2.1地下连续墙与主体结构的连接设计

　　本工程基坑平面尺寸大，开挖深度深，周围环境复杂，地下室边界基本紧贴周边现存的建筑物的退界线，经多方案比较，最终确定的围护方案为：采用厚1.2m的地下连续墙作为挡土止水基坑围护体兼永久结构地下室外墙，并结合逆作法施工，以地下室各楼层作为主要支撑并辅以各种临时支撑。

　　地下连续墙与主体结构的连接主要涉及以下几个位置：压顶梁、地下室各层结构梁板、基础底板、周边结构壁柱。在施工过程中，需预留、预埋大量的插筋、预埋件，应采取必要措施控制各种预留插筋和预埋构件的平面位置及标高，减少因埋设误差带来的后补植筋或后补埋件的工作量。

　　(1)地下连续墙与压顶梁的连接

　　为增强地下连续墙的整体刚度，减小侧向变形，协调各段墙肢沉降，在地下连续墙顶部设置一道贯通的1.2m(宽)×0.8m(高)的压顶梁，墙体顶部纵向钢筋锚入压顶梁中，墙顶设置防水构造措施。压顶梁还需留设跟主体结构侧墙或首层结构梁板连接的锚固和构造措施(见图3)。

　　(2)地下连续墙与地下室各层结构梁板的连接

　　逆作阶段的水平梁板结构作为整个基坑的支撑体系，其与地下连续墙围护体之间连接节点的可靠性对工程基坑的安全具有十分重要的意义。为了提高地下连续墙的整体性，加强地下连续墙与主体结构的连接，各层结构梁板在周边设置环梁，预埋的连接件锚入环梁与主体结构连接(图4)。

　　图4 外围环梁与地下连续墙连接构造

　　(3)地下连续墙与基础底板的连接

　　地下连续墙与基础底板的连接需要满足两个要求：1)使两者连成整体，与设计假定的刚性节点一致;2)使两者连接紧密，达到防水要求。本工程中基础底板与地下连续墙的连接，采用在地下连续墙内底板位置处预埋钢筋接驳器的方法连接，具体做法见图5。

　　图5 底板与地下连续墙连接构造

　　(4)地下连续墙与结构壁柱的连接

　　地下连续墙的接头部位是连接和止水的薄弱点，在地下连续墙槽幅分缝位置处设置结构壁柱，壁柱可通过在地下连续墙内预留的钢筋与地下连续墙形成整体连接，既增强了地下连续墙的整体性，也减少了墙段接缝位置渗漏的可能性(图6)。

　　图6 壁柱(地下连续墙接缝处设附壁柱)

　　2.2水平结构与竖向支撑的连接设计

　　在逆作法施工中，中间支撑柱与梁节点的连接设计，难点在于如何有效的传递弯矩和剪力，保证在复合柱施工完成后，梁柱节点质量和内力分布与设计计算简图一致，具体体现在施工中是为了在不损伤支撑柱的前提下，解决梁钢筋如何穿过中间支撑柱或与中间支撑柱有效连接的问题。中间支撑柱与结构梁连接的好坏，直接影响到整个地下结构传力体系的可靠性。中间支撑柱与梁的连接构造取决于柱的结构形式，本工程中的柱采用角钢格构柱和钢管混凝土柱，针对其各自特点采用相对应的梁柱节点处理方法。

　　(1)角钢格构柱与梁的连接节点

　　角钢格构柱中角钢的肢宽以及缀板会阻碍梁主筋的穿越，常用的梁柱节点连接方法有钻孔穿筋法和梁侧加腋法，针对本工程特点，选择梁侧加腋法连接梁柱节点(图7)。

　　图7 梁柱节点加腋示意图

　　(2)钢管混凝土柱与梁的连接节点

　　与角钢格构柱不同的是，钢管混凝土柱由于为实腹式的，其平面范围之内的梁主筋均无法穿越，梁柱节点的处理难度更大，应用较多的连接节点主要有双梁节点、环梁节点以及传力钢板法，本工程采用环梁节点。

　　环梁节点中，环梁与钢管柱通过环筋、栓钉连接，框架梁主筋锚入环梁而不必穿过钢管柱。环梁节点的构造如图8所示。

　　图8 环梁节点示意图

　　此外，在坡道、中庭等特殊位置，因环梁节点对建筑功能影响较大，有针对性的设计了特殊的节点进行该处梁柱的连接。这种节点中梁纵筋通过接驳器焊接在满焊于钢管柱的钢缀筒上，同时在钢管上焊接型钢牛腿抗剪，节点做法如图9所示。

　　图9 梁柱节点构造示意图

　　2.3 地下室顶板的特殊处理

　　地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座，其刚度大小直接关系到对上部结构的约束作用大小，同时，在逆作法施工过程中，地下室顶板作为基坑的第一道水平支撑，其能否连续、可靠的传递水平力关系到基坑的稳定。

　　(1)地下室顶板局部高差的处理

　　本工程中地下室顶板最大结构高差1.22m，基坑周边的水、土压力通过围护墙传给地下室顶板时，水平力在错层位置处传递复杂，会产生集中应力，易造成结构开裂，并对基坑稳定造成不利影响。设计中采用在梁板错层处加腋的方法予以处理，图10为错层位置加腋处理措施的示意图，其中加腋范围综合考虑了结构传力要求和对建筑功能的影响。

　　图10 地下室顶板错层处梁板加腋示意图

　　(2)地下室顶板梁柱节点反锚处理

　　结合工程特点，裙房部分地下室顶板梁柱节点采用倒置埋件的节点处理方法取代环梁节点。采取这种处理方法出于如下考虑：(1)为配合逆作法施工，主体结构圆柱在地下部分采用钢管混凝土柱，地上部分仍为钢筋混凝土柱，钢管只需延伸至地下室顶板，给顶板梁钢筋穿越柱创造了前提条件;(2)梁柱节点采用环梁连接存在如下弊端：①环梁节点材料消耗大，施工工艺复杂，焊接时会对钢管受力产生一定影响，②环梁节点需占用较大空间，给建筑功能造成一定影响;(3)倒置埋件的节点连接施工工艺简单，梁主筋可顺利穿越柱。因此，在有条件采取替代方案的裙房部分采用这种处理方法，详见图11。