高層建筑地下室結構設計中相關問題探究

向林

【摘 要】本文通過筆者多年的實際工作經(jīng)驗，主要就高層建筑地下室結構設計中相關問題進行了總結與分析，主要從抗浮、結構超長、基礎形式的選取、計算分析方法和人防設計等方面進行了論述，僅供參考。

【關鍵詞】高層建筑；地下室；抗浮設計；計算方法；人防設計

引言

隨著我國城市化進程的加快，高層建筑隨之不斷增多，在城市工程建設中出現(xiàn)了非常多的地下室和地下車庫。將高層建筑的設備用房、地下消防水池和汽車停車位等等設置在地下室，不僅能夠充分地發(fā)揮地下室的作用，而且又滿足了基礎埋深的要求，同時地下停車場可以用作人防地下室，以滿足戰(zhàn)時需要。因此，在高層建筑的設計中，如何合理地設計地下室的結構這個問題顯得極其重要，下面簡要地探討地下室在結構設計中常見的幾個問題。

1 抗浮問題

對于高層建筑地下室來說，塔樓部分一般在使用階段不會存在抗浮問題，但裙房及純地下室部分經(jīng)常會有抗浮不滿足要求的問題，針對此種情況，結合筆者的設計經(jīng)驗，總結出以下解決方案。

1.1 提高基坑坑底的設計標高，降低抗浮設防水位

（1）采用平板式筏板基礎。一般而言，平板式筏板基礎的重量與“低板位”梁板式筏板基礎上填覆土的重量基本相當，但后者的基礎高度一般要比前者高。以某廣場一期工程為例，西區(qū)地下車庫底板采用帶下翻式柱帽的平板式筏板基礎， 板厚為700mm，而東區(qū)則采用“低板位”梁板式筏板基礎，基礎梁（上翻）高為1300mm，僅因基礎高度一項，東區(qū)的基坑深度就比西區(qū)深0.6m。

（2）樓蓋提倡使用寬扁梁或無梁樓蓋。一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/16～1/22，寬扁梁的使用將有效地降低地下結構的層高，從而相對降低了抗浮設防水位。在某廣場一期工程西區(qū)地下室結構設計中，由于地下二層戰(zhàn)時為六級人防物質(zhì)庫，柱網(wǎng)跨度為8.8m，地下一層頂部有1.2m 厚的覆土，荷載相對較大，因此在該項目的設計中， 寬扁梁的截面高度取為600mm，為跨度的1/15，如果不使用寬扁梁，截面高度估算在900mm以上，綜合經(jīng)濟指標良好。

1.2增加地下室的重量

（1）增加基礎配重。此種方法大致又有以下幾種情況，增加基礎底板的厚度，增加底板上覆土厚度以及底板上采用重度大且價格低廉的填料。這三種方法的共同特點是增加基礎配重以解決抗浮問題的同時又不可避免的增加了基礎的埋置深度，從而相對地提高了地下室抗浮設防水位的高度，因此它不是一種效率最高的方法，某廣場一期東區(qū)就采用了第2 種方法，通過與西區(qū)相比較，其經(jīng)濟效果較差。

（2）增加地下室頂板的厚度。這種方法的優(yōu)點是在不增加基坑坑底標高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室頂板可以不再設置次梁，既有利于其他專業(yè)的使用，又簡化了施工工序。當?shù)叵率衣裰蒙疃炔簧顣r，采用此方法可將樁基抗浮簡化為獨立基礎加防水板，有很大的經(jīng)濟效益。

2地下室結構超長問題

對目前來說，地下室結構超長問題經(jīng)常發(fā)生。如某廣場一期工程西區(qū)地下結構平面尺寸為143m×156m，地下結構雖然受溫度變化的影響較地上結構小，但周邊約束作用較強，結構超長問題引起了人們的關注。因此，需要采取以下幾個方面的措施：

（1）設置伸縮后澆帶。地下結構一般在結構長度大于40～60m 時宜設置一道伸縮后澆帶，普通的伸縮后澆帶寬度約為800～1000mm ，鋼筋貫通不切斷。對于平面尺寸特別長的地下結構，設置鋼筋斷開的伸縮后澆帶，后澆帶的寬度按鋼筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空間確定，設置了鋼筋斷開和不斷開兩種伸縮后澆帶用以解決地下室結構超長不設縫問題，從使用效果看沒有發(fā)現(xiàn)問題。

（2）不設置伸縮后澆帶，采取其他相應措施。當?shù)叵陆Y構的超長問題不是特別突出時，為了簡化施工工藝，可采用此方法。這些措施主要有：1）采用低強度等級混凝土；2）混凝土中添加微膨脹劑；3）采用粉煤灰混凝土技術；4）適當加大分布鋼筋配筋量；5）施工縫處設置膨脹止水條；6）設置膨脹加強帶。

3 基礎形式的選取及計算問題

現(xiàn)代高層建筑大都為塔樓式建筑群，由于上部結構荷載差異巨大，導致基底反力相差很大，因此，對基礎而言，有必要根據(jù)不同的上部結構形式、上部結構荷載大小、地基的承載力及壓縮模量等問題，因地制宜地采用不同的基礎形式。

（1）平板式筏板基礎和梁板式筏板基礎的適用范圍。相鄰柱間距及柱荷載差別較小時適用平板式筏板基礎，反之則宜采用梁板式筏板基礎。通常，在材料用量相當?shù)那闆r下，梁板式筏板基礎的剛度較平板式筏板基礎大，底板標高變化較多時宜采用梁板式筏板基礎。

（2）梁高、板厚的選取及計算方法問題。目前計算筏板基礎時，常用的方法有“倒樓蓋”方法、彈性地基梁板方法和有限元分析方法，其中“倒樓蓋”方法是一種傳統(tǒng)方法，按該法進行基礎設計時，基礎內(nèi)力按基底反力直線分布進行計算。基礎內(nèi)力按基底反力直線分布進行計算時，要求地基土比較均勻、上部結構剛度較好、荷載分布比較均勻、梁板式筏板基礎梁的高跨比或平板式筏板基礎的厚跨比不小于1/6，當不滿足上述要求時應按彈性地基梁板計算?！耙?guī)范”對基礎梁高跨比和板厚跨比的要求，其本質(zhì)是要保證基礎具有一定的剛度，但筆者認為基礎剛度應與基底反力的大小相匹配，對于層數(shù)較多的高層建筑而言，該要求很容易滿足，但對于層數(shù)較少的高層建筑而言，該條要求就顯得偏嚴。

（3）采用平板式筏板基礎時，宜設置平面尺寸較大的柱帽。當有條件時設置上翻式柱帽，沒條件時設置下翻式柱帽。設置柱帽有以下優(yōu)點：1）解決底板抗沖切問題；2）減小底板的計算跨度；3）減小支座負筋。

4 人防地下室結構設計問題

地下室根據(jù)其使用要求通常會分為人防區(qū)和非人防區(qū)兩部分，普通民用建筑的防空地下室人防等級一般以五、六級居多。

4.1 人防構件的最小截面尺寸取值問題

當頂部有覆土時，可以將覆土的厚度折算成相應的混凝土厚度來計算頂板的防護厚度，當頂部沒有覆土時，也可以考慮建筑面層的防護作用；對于人防墻、密閉門門框墻，當其防護厚度不足時，則應增加墻厚或按規(guī)范要求采取相應的加強防護措施。

4.2 人防構件的荷載取值問題

防空地下室在核爆動荷載作用下的動力分析采用等效靜荷載法。對于人防頂板，當為常6級且其上覆土厚度大于1.5m 時或者為常5級且其上覆土厚度大于2.5m，頂板可不計入常規(guī)武器地面爆炸產(chǎn)生的等效靜荷載，僅采取構造要求即可。

4.3 人防底板的荷載控制問題

人防地下室位于主體結構部分時，人防底板一般是平時荷載起控制作用。人防地下室位于純地下室部分時，當僅有一層地下室且頂部覆土教薄時，人防底板一般是戰(zhàn)時荷載起控制作用，當有兩層或兩層以上的地下室且頂部有覆土時，人防底板一般是平時荷載起控制作用。

5 結束語

高層建筑地下室的結構設計是一項復雜性工程，其上部荷載大，基礎埋深較深，地下室結構設計的合理與否將直接影響到建筑物的正常使用和工程造價。所以，在設計階段既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟合理，又要滿足地下室結構抗浮要求，以確保高層建筑的質(zhì)量和使用安全。

【參考文獻】

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