淺論高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王海磊

摘要：本文作者對(duì)高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，供大家參考借鑒。

關(guān)鍵詞：高層建筑；地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 地下室的設(shè)計(jì)

高層建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，地下室與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響高層建筑的正常使用與造價(jià)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，又要滿足地下室結(jié)構(gòu)抗?jié)B的特殊要求。

1.1 基礎(chǔ)的選型

1.1.1 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ3-2010）12.1.2條規(guī)定，高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況、上部結(jié)構(gòu)的類型和房屋高度、施工技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件等因素，使建筑物不致發(fā)生過量沉降或傾斜，滿足建筑物正常使用要求；還應(yīng)了解鄰近地下構(gòu)筑物及各項(xiàng)地下設(shè)施的位置和標(biāo)高等，減少與相鄰建筑的相互影響。

1.1.2 基礎(chǔ)形式應(yīng)選用整體性好，能滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求，并能調(diào)節(jié)不均勻沉降，達(dá)到安全實(shí)用和經(jīng)濟(jì)合理的目的。

1.2 抗浮設(shè)計(jì)

1.2.1 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）3.0.2條6規(guī)定建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。3.0.4條規(guī)定，巖土工程勘察報(bào)告應(yīng)提供用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)防水位。

1.2.2 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-2001（2006年版）3.2.5條3對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算應(yīng)按有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用。

抗浮驗(yàn)算時(shí)永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)取值，各地區(qū)可能與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》不同，當(dāng)有地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)按當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)，無地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)則按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》。驗(yàn)算建筑物抗浮能力必須滿足：

（建筑物永久荷載/水浮力）≥1.0。

1.2.3 當(dāng)抗浮設(shè)計(jì)水位較高，裙房滿堂地下室或地下車庫需要采用抗浮措施時(shí)，應(yīng)按工程具體情況區(qū)別對(duì)待。如果裙房滿堂地下室或地下車庫是獨(dú)立建筑，與高層主樓基礎(chǔ)沒有連接成整體，并有一定距離不會(huì)因差異沉降造成影響時(shí)，抗浮措施可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較采用：抗浮錨桿、抗拔樁或壓重等方法；如果高層主樓基礎(chǔ)與裙房滿堂地下室或地下車庫連接成整體，均采用樁基，通常抗浮可采用抗拔樁的方法來解決，這幾年預(yù)應(yīng)力管樁應(yīng)用也比較普遍，可以節(jié)約樁基成本大約15%，提高樁基工期大約10%；如果高層主樓基礎(chǔ)與裙房滿堂地下室或地下車庫連接整體，并且高層主樓采用的是天然地基預(yù)估有若干沉降量，裙房或地下車庫抗浮宜采用壓重（采用素混凝土，重度不小于30KN/M2鋼渣混凝土或砂石料）方法，不宜采用抗拔樁或抗浮錨桿，否則必將與高層主樓之間形成差異沉降而造成底板開裂的影響，尤其如北方很多城市的抗浮設(shè)計(jì)水位由于考慮南水北調(diào)提供的較高，但實(shí)際地下水位目前而言都是非常低的，如果抗浮采用抗拔樁或抗浮錨桿，裙房或地下車庫與主樓間基礎(chǔ)沉降差異將是非常突出的問題。

1.3 建筑物上部結(jié)構(gòu)、地下室、地基的相互作用關(guān)系

1.3.1 高層建筑的基礎(chǔ)上部整體連接著層數(shù)很多的框架、剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室四周很厚的擋土墻又緊貼著有效側(cè)限的密實(shí)回填土，下部又連接著沿深度變化的地基。無論在豎向荷載還是水平荷載的作用下，它們都會(huì)有機(jī)的共同作用，相互協(xié)調(diào)變形。盡管在這方面的設(shè)計(jì)計(jì)算理論仍不夠完善，但如果僅僅把基礎(chǔ)從上部結(jié)構(gòu)和下部地基的客觀邊界條件中完全隔離出來進(jìn)行計(jì)算，是根本無法達(dá)到真正設(shè)計(jì)要求的目的。

1.3.2 無論是采用箱基還是筏基，諸多工程的實(shí)測(cè)都顯示；底板的整體彎曲率都是很小的，往往都不到萬分之五。有一些高層建筑箱形基礎(chǔ)的實(shí)測(cè)值都僅在（0.16～3.14）×10-4之間。我國(guó)測(cè)得的筏底板鋼筋應(yīng)力一般都在20～30N/mm2之間，只有鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的十分之一，個(gè)別內(nèi)力較大的工程也幾乎沒有超過70N/mm2。

2 深層水泥攪拌樁高低截面圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 樁墻截面尺寸

盡量利用場(chǎng)地有限的寬度，同時(shí)考慮鉆機(jī)施工的可能性，確定高樁樁墻的寬度。已定高樁的寬度應(yīng)滿足安全要求，若計(jì)算的寬度也不能滿足安全要求，必須加設(shè)低樁。低樁長(zhǎng)度即為高樁在坑底以下的入土深度，一般為基坑深度的 0.8～1.2 倍；低樁樁墻寬度應(yīng)滿足高低樁墻整體的抗傾覆、抗滑移及整體穩(wěn)定性要求，計(jì)算中將樁墻向坑內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的原點(diǎn)定為低樁底部的內(nèi)角點(diǎn)。

2.2 加強(qiáng)高樁懸臂部分的抗彎、抗剪能力

高樁與低樁的截面分界處，因樁墻截面削弱，應(yīng)予以加強(qiáng)，以增強(qiáng)高樁的抗彎、抗剪能力。

2.3 攪拌樁布置

攪拌樁采用格柵式布置，部分位置回填土中難以格柵成樁而采用滿布。

2.4 攪拌樁

攪拌樁采用 425# 普通水泥，摻量 13%。攪拌樁施工順序應(yīng)從低樁到高樁，若反向施工，在低樁施工時(shí)，因低樁在坑底以上段不噴漿，攪拌樁相互交接會(huì)削弱高樁截面。

3 抗震要求

地下室如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，對(duì)整體抗震性能會(huì)產(chǎn)生較大影響。一般結(jié)構(gòu)中的地下室，其頂板高出室外地坪的高度不應(yīng)大于本層地下室層高的1/3，否則，該層地下室只能作為半地下室或地上一層進(jìn)行建模分析計(jì)算，此時(shí)，即使該層地下室的樓層側(cè)向剛度大于相鄰上層剛度的2倍也不宜作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位；

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011-2010中6.1.14 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，應(yīng)符合下列要求：

3.1 地下室頂板應(yīng)避免開設(shè)大洞口；地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍的頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，相關(guān)范圍以外的地下室頂板宜采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)；其樓板厚度不宜小于180mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜小于C30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個(gè)方向的配筋率不宜小于0.25%。

3.2 結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。

3.3 地下室頂板對(duì)應(yīng)于地上框架柱的梁柱節(jié)點(diǎn)除應(yīng)滿足抗震計(jì)算要求外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定之一：

3.3.1 地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋不應(yīng)小于地上一層柱對(duì)應(yīng)縱向鋼筋的1.1倍，且地下一層柱上端和節(jié)點(diǎn)左右梁端實(shí)配的抗震受彎承載力之和應(yīng)大于地上一層柱下端實(shí)配的抗震受彎承載力的1.3倍。

3.3.2 地下一層梁剛度較大時(shí)，柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積應(yīng)大于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍；同時(shí)梁端頂面和底面的縱向鋼筋面積均應(yīng)比計(jì)算增大10%以上；4 地下一層抗震墻墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積。

嵌固端的選取直接影響造價(jià)經(jīng)濟(jì)性，例如強(qiáng)制要求多層剪力墻結(jié)構(gòu)的非人防地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較差，在北京市建筑設(shè)計(jì)研究院編寫的《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》第5.4.4條第1、2款規(guī)定：多層剪力墻結(jié)構(gòu)嵌固部位一般取基礎(chǔ)頂面；多層剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位宜取基礎(chǔ)以上至首層頂，當(dāng)?shù)叵率页^一層時(shí)，可取地下一層和首層。

4 結(jié)束語

地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的問題，涉及內(nèi)容繁多且復(fù)雜，有些問題至今尚未得到很好的解決，如：地基與基礎(chǔ)的相互作用問題、上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地基基礎(chǔ)的影響等等?，F(xiàn)代高層建筑由于地下工程龐大，建設(shè)工程在地下的投資已經(jīng)接近甚至超過了地上，因此無論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)的角度講都需要我們更深入地研究地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問題，提高設(shè)計(jì)水平，真正做到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)同步、安全與適用協(xié)調(diào)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 莊致來，莫勇.地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中常見問題分析及對(duì)策[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品. 2010，（09）.

[2] 王仙蔚，李曉雷.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].低溫建筑技術(shù). 2011，（07）.