對(duì)高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的幾點(diǎn)思考

閆智勇

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和滿足人們對(duì)增加高層建筑有效面積的強(qiáng)烈要求，現(xiàn)在很多高層建筑都設(shè)有地下室。但是由于相當(dāng)多的地下室沒(méi)有滿足人們多方面的要求和期望，所以導(dǎo)致很多人很渴望擁有既能滿足功能需求，又比較經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的地下室。文章著重講述高層建筑中地下室設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題。

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

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入了快速發(fā)展期，城市住宅區(qū)、商業(yè)建筑以及高層、超高層建筑日益增多。建筑一般都會(huì)涉及一層或多層地下室，一方面，是為了滿足建筑功能和基礎(chǔ)埋深的需要，另一方面，平時(shí)可以用作車庫(kù)、商業(yè)用途或設(shè)備用房，在發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)又可以用作人防設(shè)施。建筑地下室的工程設(shè)計(jì)荷載普遍較大，對(duì)防水抗裂的要求就比較高，因此，其工程造價(jià)也相對(duì)較高，通常占全部工程項(xiàng)目造價(jià)的比重就相對(duì)較大。因?yàn)橛绊懙叵率医Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素有很多，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要綜合考慮的技術(shù)問(wèn)題也很多，例如，地下室抗浮、不均勻沉降等問(wèn)題，都是使得在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起著非常重要作用，絕不能忽視，一旦在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，那么將會(huì)給整個(gè)建筑帶來(lái)嚴(yán)重的隱患。

1 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)范圍很廣，特別是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要綜合考慮多個(gè)因素，如防火、坑道、通風(fēng)、采光、人防要求、使用功能、排水等。在建筑高層地下室長(zhǎng)度超出設(shè)計(jì)規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)，就需要在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)，最終確定是否還要設(shè)置變形縫，從一般情況來(lái)看下應(yīng)該少設(shè)或不設(shè)置變形縫，這樣做的原因是，設(shè)置變形縫會(huì)導(dǎo)致建筑的防水處理工程變得更加復(fù)雜。此外，對(duì)于具有大底盤地下室高層建筑群來(lái)說(shuō)，高層建筑的塔樓部分在使用階段一般不存在抗浮的問(wèn)題，但是高層建筑地下室經(jīng)常會(huì)存在抗浮也不能達(dá)到要求的問(wèn)題。同時(shí)，因?yàn)樵谶M(jìn)行高層建筑地下室抗浮實(shí)際的過(guò)程中，一般只會(huì)考慮地下室正常使用的極限狀態(tài)，而對(duì)于建筑施工過(guò)程以及洪水期的重視不夠，從而導(dǎo)致了在高層建筑施工過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)因抗浮能力不夠而造成的局部破壞現(xiàn)象發(fā)生。地下室頂板是人防工程的重要部位，需要考慮組合核爆炸力等效靜荷載因素；側(cè)墻也需要考慮側(cè)向土、水的水平作用組合。簡(jiǎn)而言之，高層建筑地下室防水工程是一項(xiàng)系統(tǒng)性的基礎(chǔ)工程，所涉及的因素很多，如施工、設(shè)計(jì)和材料選擇等因素，所以，造成地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)眾多的原因概括起來(lái)有以下幾個(gè)方面：抗震設(shè)計(jì)、地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)和外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

2 高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題及解決方案

2.1 地下室層高問(wèn)題

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常是在確定建筑方案之后進(jìn)行的，因此不可能再對(duì)建筑做大幅度的改變和調(diào)整。一般層高是可以調(diào)整的。地下室層數(shù)的多少直接影響到整個(gè)建筑的建造，因?yàn)榈叵率业膶訑?shù)影響到降水要求、土方開(kāi)挖、基坑支護(hù)、抗浮水位以及施工工期等。因此一般高層建筑地下室的設(shè)計(jì)人員會(huì)把層高壓得很低，而提高地下室頂板結(jié)構(gòu)的最低點(diǎn)是縮短地下室凈高的最有效的方法。針對(duì)此問(wèn)題的一般處理方法是頂板樓板采用無(wú)梁樓蓋、預(yù)應(yīng)力空心樓板或?qū)挶饬旱取Ｈ欢?dāng)?shù)叵率业捻敯灞驹O(shè)計(jì)為無(wú)梁樓蓋時(shí)就不應(yīng)該將其作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。在建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)計(jì)算到滿足嵌固端要求的地下室層數(shù)或底板，但在計(jì)算剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的層數(shù)應(yīng)該從地面往上算起，并且應(yīng)該包括地下室部分。在合理布置柱網(wǎng)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)地下室的建筑的布置作合理的調(diào)整來(lái)減少地下室的凈高。這些都是對(duì)減少地下室造價(jià)起著很大的作用，但是這些也是設(shè)計(jì)人員通常會(huì)忽略的一部分。

2.2 抗浮問(wèn)題

當(dāng)?shù)叵滤乃惠^淺或高層建筑地下室埋藏較深時(shí)，地下室部分及裙房可能會(huì)出現(xiàn)抗浮不滿足要求的問(wèn)題。當(dāng)出現(xiàn)這類情況時(shí)，應(yīng)采用以下幾種措施：

（1）在設(shè)計(jì)允許的基礎(chǔ)上，提高基坑坑底的設(shè)計(jì)高度，進(jìn)而將抗浮設(shè)防水位降低。當(dāng)前，我國(guó)高層建筑基礎(chǔ)底板一般都采用梁板式筏板基礎(chǔ)或者平板式筏板基礎(chǔ)。在通常情況下，二者的填覆土質(zhì)量與重量基本相當(dāng)，但是梁板式筏板基礎(chǔ)高度要比平板式筏板基礎(chǔ)高，當(dāng)保證基頂標(biāo)高同定的情況下，前者的基礎(chǔ)埋深要大于后者的埋深。因此相對(duì)使抗浮水位提高，故平板式筏板基礎(chǔ)對(duì)降低抗浮水位更有利。

（2）一般建設(shè)高層樓房時(shí)建議采用無(wú)梁樓蓋或者寬扁梁。通常情況下，寬扁梁的截面高度是跨度的百分之六左右，寬扁梁會(huì)可以降低地下結(jié)構(gòu)的層高，從而進(jìn)一步降低抗浮設(shè)防水位。

（3）在解決地下室抗浮問(wèn)題的過(guò)程中，最為直接的方法就是在增加地下室重量的同時(shí)，增加地下室的標(biāo)準(zhǔn)層高，但這種方法一般還要考慮地基土的承載能力。通常采用增加基礎(chǔ)負(fù)重和增加地下室底板厚度來(lái)有效增加地下室重量，從而解決抗浮問(wèn)題。

（4）通過(guò)設(shè)置抗拔樁解決抗浮問(wèn)題。該方法一般應(yīng)用在裙樓等地下室上部建筑層數(shù)不多的部分。此外，特別需要考慮到的問(wèn)題就是抗浮地下水位的確定。在高層建筑地下室抗浮設(shè)計(jì)中的重要因素之一就是地下水水位及其變幅，在進(jìn)行高層建筑地下室抗浮實(shí)際施工的過(guò)程中，一般只會(huì)考慮地下室正常使用的極限狀態(tài)，而對(duì)于施工過(guò)程以及洪水期的重視不夠，從而導(dǎo)致在施工過(guò)程中，出現(xiàn)因抗浮能力不夠而造成局部破壞的現(xiàn)象。

2.3不均勻沉降問(wèn)題

（1）裙房與高層建筑之間設(shè)置沉降縫，使每個(gè)部分自由沉降，互相不影響，還可以避免由于不均勻沉降原因所產(chǎn)生的內(nèi)力，但在實(shí)際上，這樣做會(huì)給地下室的防滲漏、建筑的立體處理、整體穩(wěn)定和基礎(chǔ)的埋置深度帶來(lái)諸多困難。

（2）高層建筑和裙房之間采用端承樁，將端承樁設(shè)置在堅(jiān)硬的基巖上。但是這種方法耗費(fèi)大量的基礎(chǔ)材料，不經(jīng)濟(jì)。

2.4 裂縫及控制問(wèn)題

由于受到地下室結(jié)構(gòu)本身和基坑邊壁等因素的影響和約束，地下室的外墻混凝土極易出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，因此，地下室的外墻裂縫寬度通常要控制在0.2毫米以內(nèi)，另外，要根據(jù)裂縫的寬度驗(yàn)算來(lái)控制配筋量。在建筑工程中有許多設(shè)計(jì)是將地下室防水結(jié)構(gòu)的構(gòu)件計(jì)算彎矩調(diào)幅、有的未考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)、多層時(shí)未按多跨連續(xù)計(jì)算、有的下端按鉸接，高層建筑地下室外墻在計(jì)算過(guò)程中漏掉抗裂性驗(yàn)算，地下室底板和外墻連接的構(gòu)造不是很合理，建筑物超長(zhǎng)未留置后澆帶或設(shè)縫，外墻施工縫或者后澆帶詳圖沒(méi)有交代，后澆帶的位置設(shè)置不恰當(dāng)，室外出入口與主體結(jié)構(gòu)相連處沒(méi)有設(shè)置沉淀縫等，會(huì)導(dǎo)致違反設(shè)計(jì)規(guī)范，并且會(huì)產(chǎn)生地下室滲透現(xiàn)象的發(fā)生。由于高層建筑地下室的整體超長(zhǎng)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)手段，有效防止建筑裂縫的不斷擴(kuò)大，應(yīng)采取的主要措施有補(bǔ)償收縮混凝土，即在混凝途中摻入U(xiǎn)EA、HEA等微膨脹劑；膨脹帶，由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會(huì)與混凝土的早期收縮變形完全補(bǔ)償；后澆帶，作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探究具有十分重要的意義。作為設(shè)計(jì)人員必須著力不斷提高自身的專業(yè)技術(shù)水平，精心設(shè)計(jì)地下室荷載，頂板、外墻、底板等結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的抗浮、抗?jié)B的設(shè)計(jì)工作，只有這樣才能全面提高結(jié)構(gòu)的安全性能，為工程質(zhì)量的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為人民的生命財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。

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