關于高層建筑地下室結構設計關鍵環節的討論

周榮亮

(蘇州土木文化中城建筑設計有限公司，江蘇 蘇州215131)

隨著城市化進程的不斷加快，有限的城市范圍內大量的建筑需求促進了高層建筑的發展，相應的地下室建設規模也不斷增大。地下室發揮著地下車庫、人防戰時應急、設備用房等作用，結構設計人員在進行結構設計時需要考慮的因素以及需協調的專業較多，因此必須不斷學習、總結，掌握地下室結構設計的要點。

本文作者結合多年工作實踐，對地下室結構平面設計、外墻、頂板、底板及基礎結構設計、抗浮抗滲設計各環節進行了介紹，以期能對同仁有所幫助。

1 地下室結構平面設計

由于地下室常為高層建筑的設備用房所在處，且地下室部分區域還需按照人防要求設計，因此需要綜合考慮水、電、通風等各專業的要求。此外，考慮到地下室的防水抗滲要求，設計人員應當盡量減少地下室結構的設縫數量。例如地下室的長度超過設計規定的長度時,需要與結構專業配合,確定是否設置變形縫,通常應盡可能少設或不設變形縫,因為設置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復雜。

設計過程中，可借助混凝土外加劑、設置后澆帶或上部結構設縫等方式減少地下室結構的設縫數量。對于設計長度超過規定值而需設置變形縫的結構，應優先采用設置后澆帶的方式加以避免，若無法實現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計還應做好采光通風井的設置工作，如若設置不當可能會對結構的正常受力產生不利影響。例如在地下室外墻外側設置井體，而井體不能與地下室頂板整體澆筑，因而整體性存在缺陷，從而導致地震作用或上部結構承受的風載無法有效地傳遞至外墻及地面。

2 地下室結構外墻設計

不同高層建筑地下室結構外墻的設計厚度及設計配筋不盡相同，尤其是外墻的設計配筋相差較大。根據本人的工程實踐經驗，通常情況下地下室外墻設計厚度亦取值為30-50cm，鋼筋宜選用直徑14-18mm的熱軋螺紋鋼，鋼筋間距亦取200mm。考慮蘇州地區地下水位相對較高，宜適當增加地下室外墻的厚度與配筋量。結構設計中，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。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，因此在設計過程中應對水平向配筋量作適當的增加。個人經驗認為水平向配筋率應不低于0.25%-0.3%，否則容易導致外墻產生收縮裂縫，降低外墻防水能力。

此外，對于埋深較深的地下室結構，其常采用圍護樁結合二道支撐的基坑支護方案。在澆筑地下室底板混凝土時，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，結構設計人員有必要對該段墻體的施工階段不利懸挑受力狀態進行驗算。

3 地下室結構底板、頂板與基礎設計

與地下室結構外墻相同，底板設計除應考慮承載能力方面的要求外，還應考慮其抗滲、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%。若結構基礎采用樁箱或樁筏，則還應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。

結構設計過程中，對地下室結構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構擁有較好的約束作用。設計頂板厚取值不應小于16cm，人民防空地下室頂板厚度還需滿足人防的特殊要求。

蘇州地區高層建筑結構常用基礎形式為樁基，樁基結合地下室或其底板常組合成樁箱或樁筏基礎。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化巖，則可在樁身混凝土達到預定強度值后借助事先預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、抗滲及控制措施

蘇州地區地下水位相對較高，還應重視地下室抗浮設計工作。地下室抗浮設計應嚴格依據地下水位及其變幅進行，值得注意的是現階段地下室抗浮設計多僅考慮正常使用極限狀態，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抗浮承載力不足而出現局部破壞的重要原因。此外，實際工程中常出現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、形狀不規則、各部分上部建筑分布不均勻等特點，抗浮設計難度相對較大，設計人員需要對具體問題具體分析，分類處理。

地下室結構在滿足承載能力要求的同時，還必須滿足正常使用的要求，抗滲正是其中的一個重點控制項目。由于混凝土結構本身即為帶縫工作，因此需要采取相應的控制措施防止滲漏。主要抗滲控制措施如下：

（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，控制裂縫的產生。

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

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

（4）增強鋼筋混凝土結構構件的抗拉能力。可根據混凝土結構構件的實際情況適當增加抗變形鋼筋。例如：可在地下室外墻設置水平向溫度鋼筋，而在側墻中部設置一道水平暗梁，用以抵抗墻體各部位混凝土的脹縮差異。此外，還應重視混凝土的養護工作。

5 結語

綜上所述，高層建筑地下室結構設計是一個系統的過程，結構工程師必須對所涉及到的專業知識有較好的掌握，同時還應處理好與水、電、暖、通風等相關專業的協調工作，保證所設計的地下室安全可靠、功能達標、經濟合理。

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