高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題研究

賈少文?謝匯

摘 要：經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使城市高層建筑的地下室空間利用變得尤為重要，然而地下室在建造過程中面臨著諸多問題亟待解決。本文就高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及相關(guān)問題進(jìn)行粗淺的討論。

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

高層建筑地下空間的建設(shè)不僅要參考居民的生活需求，更要滿足人們對(duì)地下空間的防災(zāi)要求，并且隨著居民對(duì)地下空間的需求越來越大，地下工程的建設(shè)在整體項(xiàng)目中所占比例也會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，然而地下空間的建設(shè)難度較大，設(shè)計(jì)很多復(fù)雜的技術(shù)問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將直接影響整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)周期、施工費(fèi)用和完工效果。所以，本文旨在分析高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供一定的參考意見。

1 高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

地下室結(jié)構(gòu)體系應(yīng)參考地面建筑體系。在項(xiàng)目前期方案協(xié)同設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)盡量使地下室的承重構(gòu)件同地面建筑的承重構(gòu)件相對(duì)應(yīng)，使荷載得以通過地下室的承重構(gòu)件直接傳至地基基礎(chǔ)。

根據(jù)彈塑性工作階段設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件。由于結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)可能會(huì)降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，所以不妨先使結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，使之吸收更多能量，提高材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這樣就可以使材料盡可能得到完全利用，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。

在爆炸動(dòng)荷載狀態(tài)下只進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，不計(jì)算變形、裂縫和地基承載力。

重視地下室結(jié)構(gòu)抗震要求，提高抗塌毀能力。此設(shè)計(jì)特點(diǎn)要求地下室設(shè)計(jì)初期綜合考慮使用的材料強(qiáng)度等級(jí)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最小厚度和最小配筋率等等，另外還需結(jié)合地面高層建筑設(shè)計(jì)嵌固端構(gòu)造和超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)差異沉降處理等。

2 高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題

2.1 抗浮問題

對(duì)設(shè)置了大底盤地下室的高層建筑來說，塔樓部分通常都不存在抗浮問題，然而裙房和地下室部分卻通常發(fā)生設(shè)計(jì)不符合要求的情況，筆者在這里提出幾點(diǎn)解決該問題的方法：

1.確定科學(xué)合理的抗浮設(shè)防水位。

2.盡可能標(biāo)高基坑坑底，以此間接降低抗浮設(shè)防水位。具體來說可以通過采用平板式筏板基礎(chǔ)和樓蓋采用寬扁梁或無梁樓蓋的方式來實(shí)現(xiàn)。平板式筏板基礎(chǔ)的重量基本等同于低板位梁板式筏板基礎(chǔ)上填覆土的重量，然而低板位梁板式基礎(chǔ)的基礎(chǔ)高度往往高于平板式筏板基礎(chǔ)；寬扁梁的截面高度是跨度的十六分之一至二十二分之一，地下室結(jié)構(gòu)中使用寬扁梁或無梁樓蓋將顯著降低地下結(jié)構(gòu)的層高，以此間接降低了抗浮設(shè)防水位。

3.增加地下室重量。增加地下室重量能有效解決地下室的抗浮問題，并且能夠增加主體結(jié)構(gòu)的有效填埋深度，以此提高主體結(jié)構(gòu)的地基承載力特征值，然而使用這種方法必須充分考慮地基土的實(shí)際承載力，切忌顧此失彼。

4.采用平板式筏板基礎(chǔ)。通常情況下平板式筏板其基礎(chǔ)重量大約等于“低板位”梁板式筏板上的填覆土，但平板式筏板其基礎(chǔ)的高度卻低于“低板位”梁板式筏板上的填覆土。以北京某工程中的南、北兩地下車庫為例，北區(qū)地下車庫采用了平板式筏板基礎(chǔ)，厚度為700毫米，南區(qū)采用了“低板位”梁板式筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)梁長(zhǎng)度為1300毫米，僅僅只因?yàn)檫@個(gè)原因，南區(qū)就比北區(qū)施工時(shí)的基坑深度要深60厘米，如圖所示。

圖1 南、北區(qū)基礎(chǔ)示意圖（a為北區(qū)，b為南區(qū)）

2.2 不均勻沉降問題

若非高層建筑有堅(jiān)實(shí)的巖石地基，不均勻沉降問題幾乎是所有高層建筑群必須面對(duì)的問題，要處理好建筑群的不均勻沉降問題大致可以通過以下3種方法。

采用人工處理地基。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，相比普通樁基，采用CFG樁的工程造價(jià)要低三分之一至二分之一，CFG樁不僅技術(shù)相對(duì)更加成熟，而且更具經(jīng)濟(jì)性。通常根據(jù)不同高層建筑群地基處理程度的不同，采用方法1：CFG樁地基處理+設(shè)置沉降后澆帶和方法2：CFG樁地基處理+不設(shè)置沉降后澆帶兩種方式處理不均勻沉降問題。方法1適用于處理程度較低的地基，通過設(shè)置沉降后澆帶來解決施工期間一定程度的沉降差，這種方法可以減少CFG樁的使用數(shù)量從而降低經(jīng)濟(jì)成本，但一方面設(shè)置沉降后澆帶會(huì)延長(zhǎng)基坑的降水時(shí)間，從而增加降水費(fèi)用，另一方面沉降后澆帶不允許主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期呈四邊嵌固的狀態(tài)，因此并不利于高層建筑的整體結(jié)構(gòu)在施工期間維持穩(wěn)定性。方法2對(duì)地基的處理程度要求較高，由于不設(shè)置沉降后澆帶，因此必須對(duì)主體結(jié)構(gòu)的最終沉降量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，缺點(diǎn)是方法2的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。

主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)不僅能有效控制主體結(jié)構(gòu)的最終沉降量，而且解決了地基的承載能力限制問題，但是主體結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)的工程造價(jià)相對(duì)較高，通常只用于超高層建筑群或者地基狀況不佳的情況。

利用合理的計(jì)算盡量補(bǔ)償高層建筑可能發(fā)生的沉降量，考慮基坑開挖后基坑坑底的土反彈量都能在一定程度上解決建筑的不均勻沉降問題。

2.3 地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問題

地下室結(jié)構(gòu)過長(zhǎng)是多數(shù)高層建筑普遍具有的問題，一般采用設(shè)置伸縮后澆帶的處理方式：當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)長(zhǎng)度在40米至60米的區(qū)間時(shí)，則應(yīng)當(dāng)設(shè)置一道寬度約為80cm至100cm、鋼筋貫通不切斷的伸縮后澆帶了；如果地下結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度是大于60m的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，則應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋼筋搭接所需最小尺寸和必要操作空間的實(shí)際情況設(shè)置鋼筋斷開的伸縮后澆帶。除了設(shè)置伸縮后澆帶，當(dāng)然也可以采用如在混凝土中添加微膨脹劑、采用低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土、設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶、加大結(jié)構(gòu)的鋼筋配筋量等方式解決地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的問題。

3 結(jié)語

高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)涉及到很多復(fù)雜的知識(shí)，并且有很多問題現(xiàn)在也尚未解決。俗話說，千里之堤毀于蟻穴，地下室結(jié)構(gòu)的安全問題牽動(dòng)著越來越多人的心，相信我國(guó)學(xué)者今后也將致力于解決地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題，提高高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平。

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