高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題分析

高峰

摘要：高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中包括層高、抗浮以及裂縫等一些問題的控制。通過對地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的幾種問題的介紹，探討幾種合理的解決方案。

關(guān)鍵詞：高層建筑；地下室；沉降；抗浮

前言

在現(xiàn)代高層建筑中，通常都要設(shè)置地下室大地盤結(jié)構(gòu)，并且地下工程的設(shè)計在現(xiàn)代工程設(shè)計中顯得越來越重要。地下工程具有：施工周期長、難度大以及材料消耗大等特點。所以在整個高層建筑設(shè)計中，地下室設(shè)計對整個工程的進(jìn)度有很大的影響。在對地下室進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要注重概念設(shè)計，減少工程造價。

1地下室的層高

一旦建筑方案確定之后，就不可以進(jìn)行大幅度的結(jié)構(gòu)調(diào)整。通常情況下可以根據(jù)需求進(jìn)行層高的調(diào)整。在建筑上，地下室的層高對其影響的力度是非常大的，一旦層高發(fā)生變化，建筑整體就要隨之發(fā)生變化。調(diào)整層高時就需要對土方開挖、基坑支護(hù)、降水要求以及抗浮水位和施工工期等產(chǎn)生影響。基于上述的情況，通過實踐研究表明，在設(shè)計地下室的層高時，其設(shè)計高度應(yīng)該低。由于通過建筑和設(shè)備凈空要求以及結(jié)構(gòu)層最低點的特點來決定層高，所以為了減少其凈高可以把其頂板結(jié)構(gòu)的最低點抬高。

具體措施是：使用預(yù)應(yīng)力空心樓板、無梁蓋樓以及寬扁粱等作為頂樓板設(shè)計方案。在某工程設(shè)計中，地下室的人防等級是核5級，最大跨度是9.7米。梁板采用普通的形式，梁高是1.4米；采用寬扁梁結(jié)構(gòu)時，梁高則是0.9米；而頂樓板是預(yù)應(yīng)力空心結(jié)構(gòu)時，只要暗梁就可以了，兩者的厚度一共為0.6米。從上述工程實例就可以看出，凈高受頂板結(jié)構(gòu)形式的影響是比較大的。

當(dāng)?shù)叵率业捻敯迨菬o梁樓蓋時，該樓板就不能夠當(dāng)做嵌固上部結(jié)構(gòu)的部位。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)該計算至符合嵌固端要求的底板或者樓層，這時的計算是向下計算。而對剪力墻底部計算加強(qiáng)區(qū)的層數(shù)時，則運(yùn)用從下（地面或者地下層）往上算的方法。

對柱網(wǎng)進(jìn)行布置也能通過合理調(diào)整地下建筑的排布達(dá)到減小凈高的需求。根據(jù)地下室的用途可以進(jìn)行科學(xué)的柱網(wǎng)布置。地下室一般用作停車場，因此針對這種用途的地下室，可以通過合理規(guī)劃車道和車位的方法，使轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)減小，這樣就能夠達(dá)到減少凈高的需求，另外還可以降低地下工程造價。

2抗浮問題

對于不同的地區(qū)，其地下水位是不同的，在多雨的地區(qū)，其地下水位就相對淺。針對這樣的情況，對地下室進(jìn)行設(shè)計時就要考慮到抗浮問題。尤其是純地下室和裙房的抗浮。為了解決這中情況，通常應(yīng)采取的對策有四種：第一，通過將基坑坑底的高度進(jìn)行提升，這樣能夠把抗浮設(shè)防水位降低。目前在設(shè)計基礎(chǔ)底板時，通常采用的筏板基礎(chǔ)有兩種：梁板式和平板式。在重量上，兩者沒有太大的區(qū)分；但是在基頂標(biāo)高一定的情況下，平板式筏板的埋深要小于梁板式。梁板式的基礎(chǔ)高度就高，不符合降低抗浮水位的要求。所以應(yīng)該采用平板式的筏板基礎(chǔ)是比較合理的。第二，采用無梁樓蓋或者寬扁梁形式的樓蓋。通常情況下，寬扁梁的跨度是其截面高度的16-22倍，因此采用這種結(jié)構(gòu)能夠符合較低的地下層高的要求，抗浮設(shè)防水位也就降低了。第三，增加底板厚度。增加地下室底板厚度能夠增大其重量，重量增大了，抗浮問題就能夠得到緩解。這種情況下，地下室頂板的板塊與板塊間就不需要再添設(shè)次梁。第四，增設(shè)抗拔樁。對于層數(shù)不多的建筑以及裙樓，在進(jìn)行地下室設(shè)計時可以設(shè)置抗拔樁。對地下水位要進(jìn)行檢測，因為其變幅能夠影響到地下室設(shè)計中的抗浮設(shè)計。在實際施工中，洪水期通常不被重視，設(shè)計者只將正常使用中的極限值作為考慮范圍。這種設(shè)計存在著很大的安全隱患。在施工時就會出現(xiàn)抗浮不足而發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)破壞的情況。由于地上部分的建筑情況通常是比較復(fù)雜的，例如：同一地下室的整體結(jié)構(gòu)上方可能有許多底層或者高層建筑，局部有的沒有地上建筑，地下面積大，但是又不是規(guī)則的形狀等，這些情況都比較復(fù)雜，要針對具體問題具體解決。

3沉降不均勻

為了解決這個問題目前建筑業(yè)通常采用的方法有：

在高層建筑和裙房間設(shè)置沉降縫。通過這種方法，建筑各個部分間就不會產(chǎn)生相互影響的現(xiàn)象，從而發(fā)生自由沉降。采用這種形式，沉降過程產(chǎn)生的力就變得均勻了。但是這種方法存在者一定的弊端。在這兩建筑間設(shè)置了沉降縫，那么對于地下室的防滲漏、基礎(chǔ)埋深以及建筑的整體穩(wěn)定性和立面處理等都產(chǎn)生了一定的不利影響，尤其在有人防要求的地下室設(shè)計中，這種設(shè)計更不理想。

高層建筑與裙房之間無沉降縫。在這種情況下，將端莊端設(shè)置在砂卵石層或者堅硬的基巖上。這種設(shè)計，既能夠減少沉降差有能夠符合地基承載力的要求。這種方法在行業(yè)內(nèi)被稱作“抗”。但是這種方法也有一定的缺陷，它的設(shè)計需要耗費(fèi)的材料相對較多，通常為了符合建筑商的經(jīng)濟(jì)利益，這種方法只用于那些地基持力層很差的建筑設(shè)計或者超高層的建筑設(shè)計中。

在主裙樓間先設(shè)置沉降后進(jìn)行澆帶。在不切斷鋼筋的情況下，先對主樓進(jìn)行施工，主樓施工完畢后再對裙房進(jìn)行沉降施工。等待這兩部分基本都沉降結(jié)束后才進(jìn)行澆筑，最后進(jìn)行澆帶。這種使用時間差的辦法就能夠?qū)⒊两挡罱鉀Q，并且采用這種方法能夠避免因設(shè)置沉降縫而產(chǎn)生的一系列問題。這中方法也叫做“調(diào)”。

4控制裂縫

高層建筑的外墻結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生收縮的現(xiàn)象，由于結(jié)構(gòu)本身以及基坑邊壁的限制力，發(fā)生收縮現(xiàn)象后就很容易產(chǎn)生拉應(yīng)力，這種力通常很大，能夠使外墻出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。通常對外墻裂縫的寬度要求不能大于0.2毫米。通過計算裂縫寬度就能夠控制配筋量。

地下室控制裂縫發(fā)展的方法主要通過以下幾點方法進(jìn)行解決：

（1）補(bǔ)償收縮混凝土。這種方法是將微膨脹劑如HEA和UEA等，加入到混凝土中。混凝土的膨脹值和其最終收縮值之差應(yīng)該不小于其極限拉伸值，這樣就能夠控制裂縫的開展。

（2）設(shè)置膨脹帶。混凝土中添加的膨脹劑，由于它的變形和混凝土沒有添加膨脹劑前收縮產(chǎn)生的變形力度不完全相同，不能完全補(bǔ)償。通過大量的工程實踐，增設(shè)膨脹帶進(jìn)行加強(qiáng)，可以解決這個問題。

（3）后澆帶。這中技術(shù)手段能夠應(yīng)對混凝土早期釋放的短時約束力而產(chǎn)生變形縫。

（4）在混凝土中增加鋼筋，提高其抗拉能力。為了避免由于側(cè)壁頂板和底板的限制，混凝土產(chǎn)生不一致的脹縮情況，可以將水平暗粱抵抗拉力設(shè)置在墻體中得到解決。

5結(jié)語

現(xiàn)代高層建筑所涉及的范圍很廣，其中地下室工程所包含內(nèi)容也十分的綜合。由于地下結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，所以在建造時要求綜合考慮各方面的內(nèi)容，協(xié)調(diào)各個部門共同解決地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的安全性。