對高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的幾點思考

閆智勇

摘 要：隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和滿足人們對增加高層建筑有效面積的強烈要求，現(xiàn)在很多高層建筑都設(shè)有地下室。但是由于相當多的地下室沒有滿足人們多方面的要求和期望，所以導(dǎo)致很多人很渴望擁有既能滿足功能需求，又比較經(jīng)濟、安全、可靠的地下室。文章著重講述高層建筑中地下室設(shè)計的常見問題。

關(guān)鍵詞：高層建筑；地下室設(shè)計；結(jié)構(gòu)

近年來，我國經(jīng)濟已進入了快速發(fā)展期，城市住宅區(qū)、商業(yè)建筑以及高層、超高層建筑日益增多。建筑一般都會涉及一層或多層地下室，一方面，是為了滿足建筑功能和基礎(chǔ)埋深的需要，另一方面，平時可以用作車庫、商業(yè)用途或設(shè)備用房，在發(fā)生戰(zhàn)爭時又可以用作人防設(shè)施。建筑地下室的工程設(shè)計荷載普遍較大，對防水抗裂的要求就比較高，因此，其工程造價也相對較高，通常占全部工程項目造價的比重就相對較大。因為影響地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素有很多，在設(shè)計的過程中要綜合考慮的技術(shù)問題也很多，例如，地下室抗浮、不均勻沉降等問題，都是使得在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計起著非常重要作用，絕不能忽視，一旦在設(shè)計過程中出現(xiàn)問題，那么將會給整個建筑帶來嚴重的隱患。

1 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計難點

地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，設(shè)計范圍很廣，特別是結(jié)構(gòu)設(shè)計要綜合考慮多個因素，如防火、坑道、通風、采光、人防要求、使用功能、排水等。在建筑高層地下室長度超出設(shè)計規(guī)定長度時，就需要在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)，最終確定是否還要設(shè)置變形縫，從一般情況來看下應(yīng)該少設(shè)或不設(shè)置變形縫，這樣做的原因是，設(shè)置變形縫會導(dǎo)致建筑的防水處理工程變得更加復(fù)雜。此外，對于具有大底盤地下室高層建筑群來說，高層建筑的塔樓部分在使用階段一般不存在抗浮的問題，但是高層建筑地下室經(jīng)常會存在抗浮也不能達到要求的問題。同時，因為在進行高層建筑地下室抗浮實際的過程中，一般只會考慮地下室正常使用的極限狀態(tài)，而對于建筑施工過程以及洪水期的重視不夠，從而導(dǎo)致了在高層建筑施工過程中，會出現(xiàn)因抗浮能力不夠而造成的局部破壞現(xiàn)象發(fā)生。地下室頂板是人防工程的重要部位，需要考慮組合核爆炸力等效靜荷載因素；側(cè)墻也需要考慮側(cè)向土、水的水平作用組合。簡而言之，高層建筑地下室防水工程是一項系統(tǒng)性的基礎(chǔ)工程，所涉及的因素很多，如施工、設(shè)計和材料選擇等因素，所以，造成地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計難點眾多的原因概括起來有以下幾個方面：抗震設(shè)計、地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計、結(jié)構(gòu)平面設(shè)計和外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

2 高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題及解決方案

2.1 地下室層高問題

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計通常是在確定建筑方案之后進行的，因此不可能再對建筑做大幅度的改變和調(diào)整。一般層高是可以調(diào)整的。地下室層數(shù)的多少直接影響到整個建筑的建造，因為地下室的層數(shù)影響到降水要求、土方開挖、基坑支護、抗浮水位以及施工工期等。因此一般高層建筑地下室的設(shè)計人員會把層高壓得很低，而提高地下室頂板結(jié)構(gòu)的最低點是縮短地下室凈高的最有效的方法。針對此問題的一般處理方法是頂板樓板采用無梁樓蓋、預(yù)應(yīng)力空心樓板或?qū)挶饬旱取Ｈ欢數(shù)叵率业捻敯灞驹O(shè)計為無梁樓蓋時就不應(yīng)該將其作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。在建筑結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)計算到滿足嵌固端要求的地下室層數(shù)或底板，但在計算剪力墻底部加強區(qū)的層數(shù)應(yīng)該從地面往上算起，并且應(yīng)該包括地下室部分。在合理布置柱網(wǎng)時，可以通過對地下室的建筑的布置作合理的調(diào)整來減少地下室的凈高。這些都是對減少地下室造價起著很大的作用，但是這些也是設(shè)計人員通常會忽略的一部分。

2.2 抗浮問題

當?shù)叵滤乃惠^淺或高層建筑地下室埋藏較深時，地下室部分及裙房可能會出現(xiàn)抗浮不滿足要求的問題。當出現(xiàn)這類情況時，應(yīng)采用以下幾種措施：

（1）在設(shè)計允許的基礎(chǔ)上，提高基坑坑底的設(shè)計高度，進而將抗浮設(shè)防水位降低。當前，我國高層建筑基礎(chǔ)底板一般都采用梁板式筏板基礎(chǔ)或者平板式筏板基礎(chǔ)。在通常情況下，二者的填覆土質(zhì)量與重量基本相當，但是梁板式筏板基礎(chǔ)高度要比平板式筏板基礎(chǔ)高，當保證基頂標高同定的情況下，前者的基礎(chǔ)埋深要大于后者的埋深。因此相對使抗浮水位提高，故平板式筏板基礎(chǔ)對降低抗浮水位更有利。

（2）一般建設(shè)高層樓房時建議采用無梁樓蓋或者寬扁梁。通常情況下，寬扁梁的截面高度是跨度的百分之六左右，寬扁梁會可以降低地下結(jié)構(gòu)的層高，從而進一步降低抗浮設(shè)防水位。

（3）在解決地下室抗浮問題的過程中，最為直接的方法就是在增加地下室重量的同時，增加地下室的標準層高，但這種方法一般還要考慮地基土的承載能力。通常采用增加基礎(chǔ)負重和增加地下室底板厚度來有效增加地下室重量，從而解決抗浮問題。

（4）通過設(shè)置抗拔樁解決抗浮問題。該方法一般應(yīng)用在裙樓等地下室上部建筑層數(shù)不多的部分。此外，特別需要考慮到的問題就是抗浮地下水位的確定。在高層建筑地下室抗浮設(shè)計中的重要因素之一就是地下水水位及其變幅，在進行高層建筑地下室抗浮實際施工的過程中，一般只會考慮地下室正常使用的極限狀態(tài)，而對于施工過程以及洪水期的重視不夠，從而導(dǎo)致在施工過程中，出現(xiàn)因抗浮能力不夠而造成局部破壞的現(xiàn)象。

2.3不均勻沉降問題

（1）裙房與高層建筑之間設(shè)置沉降縫，使每個部分自由沉降，互相不影響，還可以避免由于不均勻沉降原因所產(chǎn)生的內(nèi)力，但在實際上，這樣做會給地下室的防滲漏、建筑的立體處理、整體穩(wěn)定和基礎(chǔ)的埋置深度帶來諸多困難。

（2）高層建筑和裙房之間采用端承樁，將端承樁設(shè)置在堅硬的基巖上。但是這種方法耗費大量的基礎(chǔ)材料，不經(jīng)濟。

2.4 裂縫及控制問題

由于受到地下室結(jié)構(gòu)本身和基坑邊壁等因素的影響和約束，地下室的外墻混凝土極易出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，因此，地下室的外墻裂縫寬度通常要控制在0.2毫米以內(nèi)，另外，要根據(jù)裂縫的寬度驗算來控制配筋量。在建筑工程中有許多設(shè)計是將地下室防水結(jié)構(gòu)的構(gòu)件計算彎矩調(diào)幅、有的未考慮荷載分項系數(shù)、多層時未按多跨連續(xù)計算、有的下端按鉸接，高層建筑地下室外墻在計算過程中漏掉抗裂性驗算，地下室底板和外墻連接的構(gòu)造不是很合理，建筑物超長未留置后澆帶或設(shè)縫，外墻施工縫或者后澆帶詳圖沒有交代，后澆帶的位置設(shè)置不恰當，室外出入口與主體結(jié)構(gòu)相連處沒有設(shè)置沉淀縫等，會導(dǎo)致違反設(shè)計規(guī)范，并且會產(chǎn)生地下室滲透現(xiàn)象的發(fā)生。由于高層建筑地下室的整體超長，在設(shè)計上應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)手段，有效防止建筑裂縫的不斷擴大，應(yīng)采取的主要措施有補償收縮混凝土，即在混凝途中摻入UEA、HEA等微膨脹劑；膨脹帶，由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會與混凝土的早期收縮變形完全補償；后澆帶，作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術(shù)措施。

3 結(jié)束語

總之，對高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行探究具有十分重要的意義。作為設(shè)計人員必須著力不斷提高自身的專業(yè)技術(shù)水平，精心設(shè)計地下室荷載，頂板、外墻、底板等結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的抗浮、抗?jié)B的設(shè)計工作，只有這樣才能全面提高結(jié)構(gòu)的安全性能，為工程質(zhì)量的提升奠定堅實的基礎(chǔ)，為人民的生命財產(chǎn)安全保駕護航。

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