關(guān)于高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)的討論

周榮亮

(蘇州土木文化中城建筑設(shè)計有限公司，江蘇 蘇州215131)

隨著城市化進程的不斷加快，有限的城市范圍內(nèi)大量的建筑需求促進了高層建筑的發(fā)展，相應(yīng)的地下室建設(shè)規(guī)模也不斷增大。地下室發(fā)揮著地下車庫、人防戰(zhàn)時應(yīng)急、設(shè)備用房等作用，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮的因素以及需協(xié)調(diào)的專業(yè)較多，因此必須不斷學(xué)習(xí)、總結(jié)，掌握地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點。

本文作者結(jié)合多年工作實踐，對地下室結(jié)構(gòu)平面設(shè)計、外墻、頂板、底板及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計、抗浮抗?jié)B設(shè)計各環(huán)節(jié)進行了介紹，以期能對同仁有所幫助。

1 地下室結(jié)構(gòu)平面設(shè)計

由于地下室常為高層建筑的設(shè)備用房所在處，且地下室部分區(qū)域還需按照人防要求設(shè)計，因此需要綜合考慮水、電、通風(fēng)等各專業(yè)的要求。此外，考慮到地下室的防水抗?jié)B要求，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)盡量減少地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)縫數(shù)量。例如地下室的長度超過設(shè)計規(guī)定的長度時,需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合,確定是否設(shè)置變形縫,通常應(yīng)盡可能少設(shè)或不設(shè)變形縫,因為設(shè)置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復(fù)雜。

設(shè)計過程中，可借助混凝土外加劑、設(shè)置后澆帶或上部結(jié)構(gòu)設(shè)縫等方式減少地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)縫數(shù)量。對于設(shè)計長度超過規(guī)定值而需設(shè)置變形縫的結(jié)構(gòu)，應(yīng)優(yōu)先采用設(shè)置后澆帶的方式加以避免，若無法實現(xiàn)則可將地下室從平面上進行分割，讓整個地下室變成幾個由較窄通道連接而成的小地下室，這些通道不僅提供了變形縫的設(shè)置位置，而且滿足了通行及管道連接的要求。此外，高層建筑地下室平面設(shè)計還應(yīng)做好采光通風(fēng)井的設(shè)置工作，如若設(shè)置不當(dāng)可能會對結(jié)構(gòu)的正常受力產(chǎn)生不利影響。例如在地下室外墻外側(cè)設(shè)置井體，而井體不能與地下室頂板整體澆筑，因而整體性存在缺陷，從而導(dǎo)致地震作用或上部結(jié)構(gòu)承受的風(fēng)載無法有效地傳遞至外墻及地面。

2 地下室結(jié)構(gòu)外墻設(shè)計

不同高層建筑地下室結(jié)構(gòu)外墻的設(shè)計厚度及設(shè)計配筋不盡相同，尤其是外墻的設(shè)計配筋相差較大。根據(jù)本人的工程實踐經(jīng)驗，通常情況下地下室外墻設(shè)計厚度亦取值為30-50cm，鋼筋宜選用直徑14-18mm的熱軋螺紋鋼，鋼筋間距亦取200mm?？紤]蘇州地區(qū)地下水位相對較高，宜適當(dāng)增加地下室外墻的厚度與配筋量。結(jié)構(gòu)設(shè)計中，考慮外墻受力，要求其豎向鋼筋配置相對較多，水平鋼筋則多以不低于最小配筋率為準(zhǔn)。需要注意的是最小配筋率僅僅是控制的下限值，而不是合理的配筋率，因此在設(shè)計過程中應(yīng)對水平向配筋量作適當(dāng)?shù)脑黾?。個人經(jīng)驗認(rèn)為水平向配筋率應(yīng)不低于0.25%-0.3%，否則容易導(dǎo)致外墻產(chǎn)生收縮裂縫，降低外墻防水能力。

此外，對于埋深較深的地下室結(jié)構(gòu)，其常采用圍護樁結(jié)合二道支撐的基坑支護方案。在澆筑地下室底板混凝土?xí)r，常選擇在基坑底部二道支撐下部留置地下室外墻施工縫。施工縫以下部分這段外墻達到設(shè)計強度后，采用填料填實墻與圍護樁間空隙，待基坑二道支撐拆除后，施工縫以下部分外墻及地下室底板即成為新的“二道支撐”，用以承擔(dān)基坑周邊土體的主動土壓力。此時，考慮到地下室中間樓蓋尚未澆筑，墻體處于懸挑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員有必要對該段墻體的施工階段不利懸挑受力狀態(tài)進行驗算。

3 地下室結(jié)構(gòu)底板、頂板與基礎(chǔ)設(shè)計

與地下室結(jié)構(gòu)外墻相同，底板設(shè)計除應(yīng)考慮承載能力方面的要求外，還應(yīng)考慮其抗?jié)B、防水能力，因此需要將地下室底板的厚度及配筋率分別控制在40-60cm、不小于0.25%。若結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用樁箱或樁筏，則還應(yīng)充分考慮底板抗沖切、抗剪切、抗彎以及局部受壓承載能力等是否滿足要求。

結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對地下室結(jié)構(gòu)頂板的厚度有著明確的限定，這主要是為了保證其具有足夠的剛度，從而在水平方向上對上部結(jié)構(gòu)擁有較好的約束作用。設(shè)計頂板厚取值不應(yīng)小于16cm，人民防空地下室頂板厚度還需滿足人防的特殊要求。

蘇州地區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)常用基礎(chǔ)形式為樁基，樁基結(jié)合地下室或其底板常組合成樁箱或樁筏基礎(chǔ)。對于端承型鉆孔灌注樁，若其樁端持力層為碎卵石層或強風(fēng)化巖，則可在樁身混凝土達到預(yù)定強度值后借助事先預(yù)埋注漿小直徑鋼管對樁端持力層進行壓力注漿，運用此法所成的樁承載力有大幅度提升，相應(yīng)地可以減少用樁量，降低工程成本。而此法對于對于粘性土樁端持力層情況則效果甚微。

4 地下室抗浮、抗?jié)B及控制措施

蘇州地區(qū)地下水位相對較高，還應(yīng)重視地下室抗浮設(shè)計工作。地下室抗浮設(shè)計應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)地下水位及其變幅進行，值得注意的是現(xiàn)階段地下室抗浮設(shè)計多僅考慮正常使用極限狀態(tài)，忽略了施工過程以及洪水期等特殊時期抗浮考慮，這也是施工過程中常出現(xiàn)抗浮承載力不足而出現(xiàn)局部破壞的重要原因。此外，實際工程中常出現(xiàn)多棟高低層建筑共用同一地下室的情況，這類地下室多具有面積大、形狀不規(guī)則、各部分上部建筑分布不均勻等特點，抗浮設(shè)計難度相對較大，設(shè)計人員需要對具體問題具體分析，分類處理。

地下室結(jié)構(gòu)在滿足承載能力要求的同時，還必須滿足正常使用的要求，抗?jié)B正是其中的一個重點控制項目。由于混凝土結(jié)構(gòu)本身即為帶縫工作，因此需要采取相應(yīng)的控制措施防止?jié)B漏。主要抗?jié)B控制措施如下：

（1）采用補償收縮混凝土。在混凝土澆筑完成后，混凝土常會產(chǎn)生不同程度的收縮裂縫。對此，可采用摻加微膨脹劑的混凝土，借助混凝土的膨脹值來抵消其收縮，控制裂縫的產(chǎn)生。

（2）設(shè)置膨脹帶。混凝土澆筑過程中設(shè)置膨脹帶不僅可以與混凝土中膨脹劑一同發(fā)揮補償收縮的效能，而且還方便混凝土連續(xù)澆筑，實現(xiàn)無縫施工。

（3）設(shè)置后澆帶。與傳統(tǒng)的變形縫相比，后澆帶可以有助于混凝土釋放早期約束力。

（4）增強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉能力?？筛鶕?jù)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際情況適當(dāng)增加抗變形鋼筋。例如：可在地下室外墻設(shè)置水平向溫度鋼筋，而在側(cè)墻中部設(shè)置一道水平暗梁，用以抵抗墻體各部位混凝土的脹縮差異。此外，還應(yīng)重視混凝土的養(yǎng)護工作。

5 結(jié)語

綜上所述，高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個系統(tǒng)的過程，結(jié)構(gòu)工程師必須對所涉及到的專業(yè)知識有較好的掌握，同時還應(yīng)處理好與水、電、暖、通風(fēng)等相關(guān)專業(yè)的協(xié)調(diào)工作，保證所設(shè)計的地下室安全可靠、功能達標(biāo)、經(jīng)濟合理。

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