淺談高層建筑地下室結(jié)構設計中存在的問題及對策

柳鑫

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院　貴州　貴陽　550001）

淺談高層建筑地下室結(jié)構設計中存在的問題及對策

柳鑫

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院貴州貴陽550001）

隨著科學技術水平的不斷提升，我國各行各業(yè)進入了新的發(fā)展階段，高層建筑設計施工行業(yè)更是呈現(xiàn)出了新的特點。地下室結(jié)構是高層建筑的重要組成部分，對于建筑的整體穩(wěn)定性以及人防性能等應用需求有著顯著的影響。本文結(jié)合工程實例對高層建筑地下室結(jié)構設計中存在的問題進行了分析，并提出了相應的控制措施，具有一定借鑒價值。

高層建筑；地下室；結(jié)構設計；問題；措施

引言

隨著高層建筑的迅速崛起，高層建筑地下室結(jié)構的合理設計越來越引起人們的關注。高層建筑地下室的設計使用：①出于對地下空間的使用利用上的考慮，比如在地下室設置車庫；②根據(jù)規(guī)范的要求，高層建筑基礎一般埋置深度較大，設置地下室較為經(jīng)濟且較為合理。為了滿足不同設計的需求，在地下室結(jié)構設計的過程中，應遵循安全、適用和合理的原則，同時在高層建筑地下室的建設過程中還需要重視其的技術的改進與革新，以滿足未來建筑的設計需求。

1　工程實例

1.1工程概況

本工程地下室二層，其中地下二層為戰(zhàn)略民防掩避室兼汽車庫；地下一層為設備、電氣機房及車庫。占地面積為4353.735m2，地下室建筑面積為8770m2。建筑總面積36000m2，建筑總高度99m，地下室總高度11.6m，共有24層?？拐鹪O防烈度為Ⅵ度，場地類別為Ⅱ類，抗震等級為二級。地下室底板及地下室外墻防水層采用APP塑性體瀝清卷材防水。

1.2地下室結(jié)構分析

本工程為全現(xiàn)澆框筒結(jié)構，抗震設防裂度為Ⅵ度。本工程基礎采用人工挖孔灌注樁及獨立柱基礎?；A底板為有梁板。地下室混凝土強度等級：基礎墊層C10、基礎底板C35P8、框架柱C55，核心筒墻體C55、外墻水池壁C35P8、梁、板、其它墻C35、其它C35。地下二層、地下一層結(jié)構高分別為5.40m和6.00m。

鋼筋保護層：地下室外墻內(nèi)側(cè)25mm，外側(cè)35mm，其它墻為15mm，基礎底板35mm，柱30mm、梁25mm，板15mm。底板厚300mm，核心筒筏板板厚2000mm?；A底板標高為-11.4m，局部底板標高為-13.4m。

地下室剪力墻尺寸：地下室外墻墻厚400mm，核心筒墻體厚有：400mm、350mm、200mm。

柱截面尺寸：柱均設計為方柱，柱共四種類型，1000mm× 1000mm、900mm×900mm、800mm×800mm、600mm×600mm。有附墻柱及獨立柱。

板類型及板厚：地下室板均為有梁板，地下二層頂板厚為250mm，地下一層頂板厚均為180mm。

梁截面尺寸：底板暗截面尺寸有800mm×1000mm、400mm× 800mm及350mm×600mm三種規(guī)格。地下二層頂板梁截面尺寸有400mm×1000mm、350mm×800mm兩種規(guī)格。地下一層頂板梁截面尺寸有400mm×1000mm、400mm×800mm、350mm×800mm三種規(guī)格。

2　高層建筑地下室結(jié)構設計要點研究

2.1混凝土設計

（1）地下室混凝土強度等級除與主樓和輔樓上部結(jié)構對應的框架柱為C45外，其余結(jié)構構件均為C35.地板及承臺底鋪設150 厚C15素混凝土墊層。

（2）地下室板、頂板、基礎梁、承臺、水池側(cè)壁、外墻、與外墻相連的柱及剪力墻、出入口汽車坡道均采用防水混凝土，抗?jié)B等級不低于P8。

2.2后澆帶設計

本工程地下室屬超長結(jié)構，混凝土澆搗后易產(chǎn)生較大的收縮應力，導致外墻、樓板、梁開裂，為了降低這種危害，從地下室地板至地下室頂板設置多道后澆帶。其要求如下：①地下室頂板及樓板后澆帶大樣詳12ZG003第40頁節(jié)點；②現(xiàn)澆梁后澆帶大樣詳12ZG003第40頁節(jié)點；③地下室底板后澆帶大樣詳12ZG003 第41頁節(jié)點；④地下室外墻后澆帶大樣詳12ZG003第41頁節(jié)點；⑤一般后澆帶應在其兩側(cè)混凝土齡期達到60d后，主樓周圍后澆帶應在主樓封頂14d后，且觀測沉降速率不大于0.03mm/d后，方可施工，后澆帶混凝土應采用補償性收縮混凝土澆筑，氣強度等級應較兩側(cè)混凝土強度等級提高一級，養(yǎng)護不少于28d；⑥混凝土應添加緩凝抗裂劑，具體摻量詳見產(chǎn)品說明，用于屋面、地下室所有構件、后澆帶處。

2.3鋼筋的鏈接及錨固設計

（1）柱、墻、板、梁中受力鋼筋接長方式：剪力墻邊緣構件、地下室地板和頂板、框架梁及框架柱中，直徑≥16mm的鋼筋均采用機械連接接頭，其接頭應相互錯開，鋼筋機械連接接頭連接區(qū)段的長度為35d，位于同一連接區(qū)段內(nèi)的縱向鋼筋接頭面積百分率不大于50％，直徑＜16mm的鋼筋可采用焊接連接接頭，其接頭應相互錯開，鋼筋焊接連接接頭連接區(qū)段的長度為35d且不小于500mm，位于同一連接區(qū)段內(nèi)的縱向鋼筋接頭面積百分率不大于50％。當剪力墻墻體分布鋼筋和現(xiàn)澆板鋼筋采用綁扎搭接連接接頭時，其接頭應相互錯開。鋼筋綁扎搭接接頭連接區(qū)段的長度為1.3倍搭接長度，位于同一連接區(qū)段內(nèi)的縱向鋼筋接頭面積百分率不大于25％。

（2）頂板面筋及地板底筋在跨中1/3范圍、頂板底筋急地板面筋在支座范圍接長，同一截面可接長25％總鋼筋面積，相鄰接頭錯開600。

（3）剪力墻、柱、梁大樣均選用國家標準設計圖集《混凝土結(jié)構施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構造詳圖》（11G101-1），鋼筋的錨固與連接均詳該圖集，次梁、板鋼筋的最小錨固長度La按第53頁表選用，其它梁、柱、墻鋼筋的最小錨固長度LaE按第53頁表選用，梁支座處，梁面鋼筋直徑相同時，應盡可能拉通，梁支座上部縱筋截斷除滿足11G101-1第4.41～4.43條外，在梁內(nèi)還不得小于2倍梁高及1.5LaE。

（4）地下室地板、頂板的上下部鋼筋在支座的錨固長度≥La。地下室墻體水平鋼筋在暗柱處應貫通。

3　高層建筑地下室結(jié)構設計常見問題分析

3.1高層建筑地下室結(jié)構的防水問題

地下室防水是地下室設計中的重要部分，是地下室使用的安全性、舒適性的重要保障，因而地下室防水至關重要。然而目前現(xiàn)實中的高層建筑地下室，防水方面的質(zhì)量問題還是較多，有的造成的影響還十分嚴重。如果地下室結(jié)構防水達不到相關設計要求和標準，將會導致地下室積水問題的出現(xiàn)，鋼筋混凝土若長時間被積水浸泡，會導致混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕膨脹，威脅混凝土結(jié)構的穩(wěn)定性，進而對整體建筑結(jié)構的使用安全性構成威脅。

3.2高層建筑地下室結(jié)構的荷載問題

地下室結(jié)構荷載包括核爆動荷載（考慮人防）、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及地下室自重等。規(guī)范給出了防空地下室不同部位應考慮的荷載組合，結(jié)構設計時可依各工程的結(jié)構特點，根據(jù)規(guī)范要求進行荷載組合。地下室各部位參與組合的荷載分別為：

頂板：頂板核爆動荷載標準值，頂板靜荷載標準值。

側(cè)墻：豎向，頂板傳來的核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重標準值（僅有局部剪力墻部位），外墻自重標準值；橫向，核爆動荷載產(chǎn)生的水平動荷載標準值、土壓力、水壓力。

內(nèi)承重墻（柱）：頂板核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重，內(nèi)承重墻自重標準值。應對比戰(zhàn)時所增加的頂板核爆動荷載標準值與平時各樓層的活荷載標準值之和，由大的荷載起控制作用。

基礎：底板核爆動荷載標準值，上部建筑物自重標準值，頂板傳來靜荷載標準值，地下室墻身自重標準值。

3.3高層建筑地下室結(jié)構設計中的變形縫與后澆帶

高層建筑中常見的變形縫有伸縮縫、沉降縫、防震縫。伸縮縫是自基礎以上將建筑物斷開，避免建筑因溫度和收縮變形而導致開裂破壞，建筑在沉降縫位置處必須從上部到基礎完全斷開，將建筑分成幾個部分，使得每個部分沉降均勻，避免因沉降的差異過大導致開裂破壞，防震縫將建筑分為平面規(guī)則的、簡單的、獨立的防震單元，避免地震時建筑因平面不規(guī)則而產(chǎn)生破壞，防震縫設置位置處，基礎可以斷開，也可以不斷開。實際的大部分工程在結(jié)構設計時，設置以上兩種縫時都必須綜合考慮，即做到“二縫合一”。

高層建筑的地下室有防水的額外要求，而變形縫恰恰是防水的薄弱位置，處理不好的話容易引起地下水的滲漏，因此地下室設計中宜盡量采取設置后澆帶、加強帶等結(jié)構措施，以避免設置變形縫。且《高規(guī)》12.2.3條也規(guī)定：“高層建筑的地下室中不宜設置變形縫?！钡叵率彝ǔO置施工后澆帶，目的是為了將混凝土硬化過程當中的應力釋放出來，用以控制或減少混凝土的初始裂縫，因而《高規(guī)》中規(guī)定地下室超過伸縮縫的最大距離要求時，可采取每隔30～40m設置800～1000mm寬施工后澆帶的措施，且施工后澆帶需貫通地下室底板、外壁和頂板。施工后澆帶設置應避開梁板的最大受力位置，一般設置在柱距的二等分線的附近位置，后澆帶的澆筑宜在45d之后進行。樓板和墻體鋼筋在后澆帶位置宜斷開搭接，便于兩側(cè)的混凝土能夠各自自由收縮，但是梁鋼筋可以不斷開。需值得注意的是，施工后澆帶并不能直接減少建筑物在使用過程中結(jié)構的溫度應力，也就不能夠提高結(jié)構對于溫度應力的承受能力。

3.4地下室外墻的結(jié)構設計

地下室外墻是地下室的重要組成部分，在高層建筑地下室結(jié)構設計的過程中，地下室外墻的設計起著至關重要的作用。地下室外墻不僅承受了上部結(jié)構傳來的豎向荷載，同時也承受了水平荷載（水平荷載包含有上壓力，地面堆載產(chǎn)生的側(cè)向壓力，水壓力以及人防荷載等）。但是在地下室外墻的結(jié)構設計中，上部結(jié)構豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力一般不起控制作用，起控制作用的還是由水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。地下室外墻一般根據(jù)周邊的支承情況按雙向板或單向板計算內(nèi)力。地下室的內(nèi)墻一般距離相距較遠，因而在實際的設計中一般按底部（基礎底板或中間層樓板）作固定支座，頂板處作鉸接支座來計算地下室外墻。且計算時僅考慮水平荷載作用，不考慮水平荷載和豎向荷載組合的壓彎作用效應。

通常設計中，地下室外墻采用的混凝土等級不會太高，一般為C30。這是由于強度等級過高必然導致混凝土的水泥用量較大，較易產(chǎn)生裂縫，容易引起滲漏。但是大多數(shù)的實際高層建筑中，地下室外墻上往往都有框架柱，這些框架柱承受了上部結(jié)構的荷載，因此它們的混凝上強度等級往往較高，一般都高于地下室外墻的強度等級。從設計角度來看，上述做法是符合規(guī)范要求的，但是混凝土標號的不同會給實際施工帶來不便。如果都按低標號來做，必然會影響結(jié)構的安全，如果都按高標號來，顯然會提升造價，經(jīng)濟性不高。對于強度等級相差不是特別大的情況時，通常我們可以采用墻柱交界處加腋的方式來解決上述問題，加腋后都可按地下室外墻的混凝土標號來澆筑。在地下室外墻中的框架柱可通過加大柱截面及加腋增大實際柱截面處理，并驗算局部受壓滿足要求時，混凝土等級可統(tǒng)一按地下室外墻混凝土等級。

4　解決措施

要較好的解決地下室的防水問題，在設計過程中，必須根據(jù)工程的性質(zhì)、使用要求和重要性等方面來合理確定防水等級。結(jié)構設計中地下室的防水問題我們主要關注兩個方面：①主體結(jié)構的防水；②細部構造的防水，也稱節(jié)點防水。地下室主體結(jié)構防水大多數(shù)采用結(jié)構自防水，也就是采用防水混凝土。防水混凝土主要分為普通防水混凝上、外加劑防水混凝土、膨脹水泥防水混凝土。采用防水混凝土時還需注意設計抗?jié)B等級的要求。而地下室的節(jié)點防水，就是要對地下室的變形縫、施工縫、后澆帶等防水的薄弱環(huán)節(jié)采取一些防水構造措施，如：設止水帶、做成企口縫以延長滲水路線等等。

5　結(jié)語

綜上所述，高層建筑已經(jīng)進入一個飛速發(fā)展的時期，其設計施工應用與人們的生活緊密相連。然而現(xiàn)階段，我國高層建筑地下室結(jié)構設計中仍然存在比較多的問題，如何有效地針對高層建筑地下室結(jié)構設計中出現(xiàn)的問題提出相應的解決措施，是目前結(jié)構設計中的一個比較重要的任務。

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TU92

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1673-0038（2015）27-0024-03

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