探討高層建筑超長地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

姚 運(yùn)

(深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230088)

0 引言

基于高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)人員在對超長地下室進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，必須對建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)條件以及用途進(jìn)行綜合考慮，同時還要考慮工程施工對周邊建筑的影響，如防裂縫設(shè)計(jì)、抗浮設(shè)計(jì)等，以保證施工安全。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題

高層建筑的地下室長度通常都在100 m以上。從技術(shù)方面來看，超長地下室的混凝土結(jié)構(gòu)受溫度影響較小，但高層建筑物的約束力較強(qiáng)，常常會造成混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問題。從實(shí)際使用情況來講，超長地下室結(jié)構(gòu)如果存在問題，就會在很大程度上影響到其防水功能，進(jìn)而對混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性造成影響，很容易導(dǎo)致安全隱患的出現(xiàn)。這種問題產(chǎn)生的根源主要在于混凝土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工等。因此，必須合理控制混凝土裂縫，并要對設(shè)計(jì)和施工過程進(jìn)行嚴(yán)格把控。

從實(shí)際防控措施來看，第一步應(yīng)對裂縫進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，計(jì)算時考慮溫度應(yīng)力作用，在混凝土規(guī)范中裂縫允值范圍內(nèi)，滿足強(qiáng)度前提下對配筋進(jìn)行合理配置，之后對裂縫寬度驗(yàn)算，通常要將裂縫控制在背水面0.3 mm，迎水面0.2 mm之內(nèi)。

第二步，應(yīng)對施工材料進(jìn)行嚴(yán)格把控，以帶肋鋼筋為最佳選擇，大體積混凝土配合比應(yīng)經(jīng)過試配確定。原材料應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，宜選用低水化熱低堿水泥，摻入適量的粉煤灰和緩凝型外加劑，并控制水泥用量。將混凝土標(biāo)號控制在C40之內(nèi)，同時為了保證混凝土質(zhì)量，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的后澆帶采用填充膨脹混凝土,除后澆帶外采用補(bǔ)償收縮混凝土。膨脹劑采用復(fù)合型防水膨脹劑。

第三步，合理滿足混凝土結(jié)構(gòu)的各個方面標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對后澆帶設(shè)置進(jìn)行綜合考慮，高層建筑四周設(shè)置沉降后澆帶解決沉降問題，每隔30 m～40 m設(shè)多道縱橫向收縮后澆帶或間歇式膨脹加強(qiáng)帶；同時在相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對鋼筋間距進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，增大側(cè)壁、樓板(底板)水平配筋，梁腰筋加密處理；將其間距控制在15 cm之內(nèi)，如果迎水面保護(hù)層厚度過大，可以運(yùn)用設(shè)置鋼筋網(wǎng)片的方式對混凝土裂縫進(jìn)行控制。

第四步，應(yīng)對施工工藝進(jìn)行合理控制，盡管地下室裂縫受溫度變化影響不大，但依然要進(jìn)行保溫保濕等養(yǎng)護(hù)工作，應(yīng)將混凝土表面與中心溫差控制在25 ℃之內(nèi)，并要持續(xù)養(yǎng)護(hù)半個月以上。施工時可以采用分倉澆筑分段跳倉施工，嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量及施工方法。

2 不均勻沉降問題

如果地基不是建造在堅(jiān)硬的巖石上，高層建筑超長地下室都要面臨的一個非常重要的問題就是不均勻沉降問題。在設(shè)計(jì)高層建筑的超長地下室的過程中，設(shè)計(jì)人員一定要對周邊建筑物與高層建筑對同一地下室的沉降縫進(jìn)行重點(diǎn)考慮，為了保證高層建筑各個部位的沉降現(xiàn)象不相影響，就應(yīng)將不均勻沉降所造成的內(nèi)力盡可能避免，但這樣就從技術(shù)方面阻礙地下室防滲漏、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，通常采用下面幾種方式來進(jìn)行處理：

第一種，采用人工處理地基的方式，也就是主體結(jié)構(gòu)部分采用碎石樁(CFG)復(fù)合地基，而裙房和純地下室位置可以使用天然地基，使用此種方式的原因在于碎石樁技術(shù)性價比相對較高。

第二種，主體結(jié)構(gòu)部分采用樁基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)的荷載被樁基礎(chǔ)傳遞到巖石或土層上，以確保地下室周邊建筑與高層建筑沉降值降到最小，并在一定程度上防止設(shè)置沉降后澆帶產(chǎn)生的相關(guān)問題，該方式具有十分明顯的優(yōu)勢，但其施工成本非常高，所以一般在地基條件較差的情況下使用。

3 抗浮問題

普通的高層建筑工程項(xiàng)目的地下建筑在抗浮問題方面沒有難點(diǎn)技術(shù)的存在，但超長地下室設(shè)計(jì)方面卻有很多技術(shù)問題存在。一般會采用下面幾種方式來解決：

第一種，保證抗浮水位的取值具有科學(xué)性與合理性，抗浮水位的基本依據(jù)是過去各個年份的最高水位，而如果對抗浮要求不太嚴(yán)格的情況下，可以根據(jù)過去3年～5年中的最高水位來確定抗浮水位，抗浮水位的科學(xué)設(shè)置能給建筑工程項(xiàng)目帶來十分明顯的直接性經(jīng)濟(jì)效益。

第二種，可以將基坑坑底的設(shè)計(jì)標(biāo)高適當(dāng)提高，就降低設(shè)防水位，該方式的具體實(shí)施，可以采取平板式筏板基礎(chǔ)，建議使用寬扁梁或無梁樓蓋，采用寬扁梁樓蓋能夠?qū)⒌叵陆Y(jié)構(gòu)的層高合理降低，也在一定程度上將抗浮設(shè)防水位間接降低。

第三種，適當(dāng)增加地下室配重，將抗浮問題直接性解決，但該方式一定要對地基的承載力進(jìn)行充分考慮，否則將造成嚴(yán)重的后果。在對主體結(jié)構(gòu)的地基承載力進(jìn)行修正過程中，地下室重量的增加能夠?qū)⑵溆行裰蒙疃冗m當(dāng)提升，將基礎(chǔ)底厚度和基礎(chǔ)頂覆土厚度等適當(dāng)增加促使基礎(chǔ)配重有效增加。另外，還可以將頂板的厚度適度增加來增加地下室重量。

第四種，可以采用抗浮樁或抗拔錨桿的設(shè)計(jì)解決抗浮問題，但該方式具有一定的局限性，其根源是由于地下水位難以實(shí)現(xiàn)精確性計(jì)算，很容易導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)和裙房出現(xiàn)更大的不均勻沉降差。如果地下水位長期處于較高位置，抗浮樁能夠發(fā)揮十分明顯的作用，所以在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要對各方面的條件和影響進(jìn)行綜合分析，合理選擇抗浮方式。

4 高層建筑超長地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變形縫問題

因?yàn)榈厣纤怯幸欢ǖ母叨炔畲嬖冢⑶腋魉求w型也不一樣，在較為復(fù)雜的高層建筑中有很多薄弱環(huán)節(jié)存在。所以，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要采用防震縫設(shè)置，以促使結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)規(guī)則性，從而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能。將變形縫設(shè)置在地上，該方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⒌叵率医Y(jié)構(gòu)受溫度變化而產(chǎn)生變形裂縫的幾率有效降低。同時因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡單，能夠?qū)⑵淇拐鹪O(shè)計(jì)效率有效提高。

從地下室頂板方面來看，高層建筑超長地下室可以不預(yù)設(shè)變形縫。因?yàn)槌L地下室頂板高度基本一致，整體性較強(qiáng)，在不進(jìn)行變形縫設(shè)計(jì)的情況下，可把頂板當(dāng)做嵌固端，可以對周圍土體傳遞水平震波，以提高防震性能。如果施工過程中地下水位相對較高，在沒有變形縫設(shè)計(jì)的情況下，可以起到一定的防水作用。在設(shè)計(jì)變形縫之前，設(shè)計(jì)人員要對高層建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析和研究，將變形縫位置合理確定下來。

5 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

按照相關(guān)規(guī)范要求，同時根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的事項(xiàng)有以下幾個方面：

第一點(diǎn)，關(guān)于人防構(gòu)件最小截面尺寸的取值方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，人防頂板和人防墻等厚度應(yīng)控制在200 mm以上，從人防頂板方面來講，如果其頂部存在覆土，可以折算覆土厚度并將其當(dāng)做混凝土厚度來對頂板防護(hù)厚度進(jìn)行計(jì)算，如果不存在覆土情況，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)對建筑面層的防護(hù)功能進(jìn)行考慮。如果人防墻以及密閉門門框檣等防護(hù)厚度不能符合相關(guān)要求，就一定要采用適當(dāng)方式將墻厚增加，也可以根據(jù)施工規(guī)范嚴(yán)格設(shè)計(jì)施工方案。人防區(qū)頂板按戰(zhàn)時塑性計(jì)算、平時彈性包絡(luò)設(shè)計(jì)。

第二點(diǎn)，關(guān)于人防構(gòu)件荷載的確定方面，通常情況下，采取等效靜荷法來計(jì)算人防地下室荷載，該方式的使用重點(diǎn)在于需要合理運(yùn)用等效靜荷載。

第三點(diǎn)，關(guān)于人防底板的荷載控制方面，對于兩層或以下的人防地下室來說，如果其頂部存在覆土，應(yīng)注意這種情況下人防底板通常是通過平時荷載來實(shí)現(xiàn)控制功能的，在其他情況下，通常是戰(zhàn)時荷載來進(jìn)行控制。

6 結(jié)語

在高層建筑的超長地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)槠渑c各個領(lǐng)域內(nèi)容都有一定聯(lián)系，所以設(shè)計(jì)人員必須對實(shí)際情況進(jìn)行分析，抓住重點(diǎn)因素，合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案，并采取相應(yīng)的控制措施，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。