基于高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析

伍依祿 梁智軍

摘要：近些年來，我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速，受土地價(jià)格的約束。城市的建筑偏向于高層建筑發(fā)展。高層地下室多為整個(gè)建筑的根基，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響到整個(gè)工程的質(zhì)量和造價(jià)成本。本文主要從地下室結(jié)構(gòu)的荷載、頂板、外墻、底板等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析，對(duì)高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到一定的總結(jié)作用。

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

當(dāng)前我國(guó)的城市建筑多以高層建筑為主。面對(duì)前土地價(jià)格上漲，用地緊缺的情況下，通常在高層建筑中出現(xiàn)了許多的地下室和地下車庫(kù)。地下室作為高層建筑的基座，它的工程質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個(gè)工程的安危。因此地下室結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)十分必要。

1.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

一是由于一般情況下地下室的頂板處設(shè)是上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，所以地下室頂板的洞口不應(yīng)過大，地下室柱截面的各個(gè)部分不僅要符合上部結(jié)構(gòu)的承載要求，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。地下室頂板的梁端截面相同方向的承載力不應(yīng)超過上柱下端承載力的1.3倍，地下室與上部相對(duì)的剪力墻不應(yīng)小于上一層剪力墻墻肢邊緣。

二是因?yàn)榈叵率疑喜康呢?fù)載對(duì)地下室結(jié)構(gòu)影響非常重大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)一定要充分考慮好上部的負(fù)載情況，還要對(duì)周圍的巖土壓力、地下水位等影響因素都要考慮在內(nèi)，尤其是地下室的外墻受到多種荷載的共同作用--水壓力、土壓力、車輪壓力等，且外墻對(duì)于防水的要求都比較高，對(duì)于外墻裂縫的控制應(yīng)該注意不應(yīng)超過相應(yīng)作法下的限值。

三是高層建筑地下室的應(yīng)科學(xué)的設(shè)縫。地下室宜盡量不設(shè)變形縫，超長(zhǎng)地下室宜通過設(shè)置溫度后澆帶和沉降后澆帶來解決溫度應(yīng)力和沉降位移差。后澆帶的位置可以在主樓剪力墻附近和在距離柱距三等分的中間位置設(shè)置。后澆帶應(yīng)該貫通的頂板、外墻和底板，在完成全部墻板施工并通過相應(yīng)時(shí)間后，再進(jìn)行澆筑溫度后澆帶；而沉降后澆帶則應(yīng)該在主樓的主體建筑完成后并通過相應(yīng)時(shí)候，再澆筑沉后澆帶的位置可以在剪力墻附近也可以在距離柱距三等分的中間位置。

四是由于高層建筑的主體結(jié)構(gòu)厚度與地下室薄底板連接處的應(yīng)力較為集中，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意在兩者的交界處注意做相應(yīng)的構(gòu)造加強(qiáng)措施，增加適當(dāng)?shù)呐浣睢?/p>

五是如果地下室有窗井，要注意在有窗井的地方增加分隔墻，并且要保持分隔墻與地下室的內(nèi)墻相連通，使兩者連接成為一個(gè)整體[1]。

2.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)方案

2.1地下室結(jié)構(gòu)荷載的設(shè)計(jì)

地下室結(jié)構(gòu)荷載主要包括動(dòng)荷載、上部建筑物自重、水壓力、土壓力及地下室自重等。在對(duì)地下室進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，應(yīng)該對(duì)不同的部位進(jìn)行組合。對(duì)于地下室的結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)因充分考慮各部位參與組合的荷載：

2.1.1頂板荷載

頂板荷載主要是消防車道上的消防荷載，施工過程時(shí)的施工堆載，設(shè)置為人防地下室時(shí)，人防頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，頂板靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值等等。

2.1.2內(nèi)承重墻

內(nèi)承重墻主要包括頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重，內(nèi)承重墻自重標(biāo)準(zhǔn)值。應(yīng)對(duì)比戰(zhàn)時(shí)所增加的頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值與平時(shí)各樓層的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值之和，由大的荷載起控制作用。

2.1.3基礎(chǔ)荷載

基礎(chǔ)荷載包括底板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值，頂板傳來靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，地下室墻身自重標(biāo)準(zhǔn)值。

2.1.4側(cè)墻荷載

側(cè)墻荷載主要體現(xiàn)在豎向和橫向兩個(gè)方面。豎向：頂板傳來的核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值；外墻自重標(biāo)準(zhǔn)值：橫向：核爆動(dòng)荷載產(chǎn)生的水平動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、土壓力、水壓力。通過對(duì)不同荷載的進(jìn)行組合，主要是為了解決在核爆動(dòng)荷載的作用下解決同時(shí)存在的靜載問題。

2.2地下室頂板的設(shè)計(jì)

地下室的頂板在是高層建筑上部結(jié)構(gòu)的水平支座，因此做好他的剛度，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)有著重要的約束作用。正常情況下，地下室頂板的厚度應(yīng)大于180mm。根據(jù)建筑防震設(shè)計(jì)要求，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)。因此在進(jìn)行地下室地基深淺設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮上述因素。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)往下算至滿足嵌固端要求的地下室樓層或底板，剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)層數(shù)從地面往上算。當(dāng)頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化超過梁高范圍形成錯(cuò)層未采取措施或頂板為無梁樓蓋時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)不把地下室樓板作為部結(jié)構(gòu)的嵌固部位[2]。

2.3地下室外墻的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行地下室外墻的設(shè)計(jì)過程中，要通過對(duì)矩調(diào)幅，底部為固定支座、考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)、有多層地下室時(shí)應(yīng)按多跨連續(xù)計(jì)算。側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩設(shè)計(jì)為一樣大小。底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁，其厚度和配筋量應(yīng)匹配。地面層開洞位置外墻頂部無樓板支撐，計(jì)算模型和配筋構(gòu)造均應(yīng)與實(shí)際相符，車道緊靠地下室外墻時(shí)，應(yīng)注意外墻承受車道底板傳來的水平集中力作用。當(dāng)頂板不在同一標(biāo)高時(shí)，應(yīng)注意外墻上部支座水平力的傳遞問題。一般情況下，外墻宜按豎向單向板計(jì)算配筋，豎向荷載小的外墻應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)扶壁柱內(nèi)外側(cè)主筋。通過對(duì)扶壁柱截面尺寸大小設(shè)置外墻水平分布筋。此外外側(cè)附加短水平負(fù)筋以及外墻轉(zhuǎn)角處也應(yīng)該適當(dāng)加強(qiáng)。最后應(yīng)根據(jù)最小配筋率要求考慮外墻水平鋼筋受力。做好地下室外墻應(yīng)裂縫寬度計(jì)算，裂縫寬度應(yīng)控制在0.2mm以內(nèi)。

2.4地下室底板的設(shè)計(jì)

對(duì)于地下室地板的設(shè)計(jì)，除了考慮受力的要求外，還要達(dá)到抗?jié)B防水的目的。地下室的壁板厚度一般在250cm左右。配筋率控制在0.25%。梁的設(shè)置應(yīng)根據(jù)地下室底板標(biāo)高的變化進(jìn)行設(shè)計(jì)。梁寬的厚度高于底板厚度。對(duì)于地板的支座彎矩傳遞到梁所需的抗扭鋼筋要進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。樁箱、樁筏基礎(chǔ)的地下室底板在設(shè)計(jì)時(shí)要滿足沖切、剪切、抗彎、局部受壓等多種條件。

2.5地下室抗浮、抗?jié)B的設(shè)計(jì)

對(duì)于地下水位較高的地區(qū)，在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮地下室部分地面上樓層的抗浮能力。在進(jìn)行地下抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，地下水位及其變幅是重要依據(jù)板、覆土的自重對(duì)結(jié)構(gòu)有利，計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.0。計(jì)算抗浮時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取0.9。進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分重視施工過程和洪水期。以免造成造成施工過程中由于抗浮不夠出現(xiàn)問題。在現(xiàn)實(shí)生活中，對(duì)于地下室面積大，局部上方可能沒有建筑，形狀又不規(guī)則的情況下，對(duì)于抗浮問題應(yīng)作細(xì)致分析。此外還要注意斜坡道抗浮驗(yàn)算。在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)抗?jié)B也是其中一個(gè)重點(diǎn)。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作，要達(dá)到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施：第一、補(bǔ)償收縮混凝土法：在混凝土攪拌過程中，摻入微膨脹劑，使混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當(dāng)其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時(shí)，即可控制裂縫。第二、膨脹帶法：在對(duì)混凝土進(jìn)行膨脹劑的膨脹施工后，對(duì)于混凝土的早期收縮不能進(jìn)行完全補(bǔ)償。因此設(shè)置超過60m的膨脹加強(qiáng)帶可以實(shí)現(xiàn)混凝土的連續(xù)澆筑無縫施工。第三、提高鋼筋混凝土的抗拉能力。在進(jìn)行的施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分增加抗變形鋼筋的數(shù)量。通過在側(cè)壁增加水平溫度筋，強(qiáng)化混凝土表面層；對(duì)于側(cè)壁受底板和頂板，應(yīng)在墻體整部設(shè)置一道水平暗梁抵抗拉力。

2.6保護(hù)層和墊層厚度的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行地下室保護(hù)層和墊層厚度的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行實(shí)施。地下工程防水混凝土底板混凝土墊層厚度控制在10mm以上。防水混凝土結(jié)構(gòu)厚度高于250mm。地下工程防水混凝土迎水面鋼筋保護(hù)層厚度高于50mm。對(duì)于軟弱土層中厚度應(yīng)高于150mm[3]。

3.結(jié)語

綜上所述，高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理程度直接關(guān)系到整個(gè)建筑物的質(zhì)量，所以一定要做好施工前期的設(shè)計(jì)工作，根據(jù)實(shí)際情況做好設(shè)計(jì)工作，才能確保高層地下室的安全可靠，控制工程造價(jià)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳仲平.基于高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析[J].廣東建材，2012，05：54-55.

[2]閻紅偉，柴萬先.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問題[J].工業(yè)建筑，2006，10：39-42+64.

[3]陳璋.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009，12：151-152.