高層建筑地下室結構設計相關問題研究

賈少文?謝匯

摘 要：經濟的飛速發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構設計特點及相關問題進行粗淺的討論。

關鍵詞：高層建筑；地下室；結構設計

高層建筑地下空間的建設不僅要參考居民的生活需求，更要滿足人們對地下空間的防災要求，并且隨著居民對地下空間的需求越來越大，地下工程的建設在整體項目中所占比例也會持續增長，然而地下空間的建設難度較大，設計很多復雜的技術問題，結構設計的好壞將直接影響整個項目的建設周期、施工費用和完工效果。所以，本文旨在分析高層建筑地下室結構設計相關問題，以期為相關技術人員提供一定的參考意見。

1 高層建筑地下室結構設計特點

地下室結構體系應參考地面建筑體系。在項目前期方案協同設計的時候，應當盡量使地下室的承重構件同地面建筑的承重構件相對應，使荷載得以通過地下室的承重構件直接傳至地基基礎。

根據彈塑性工作階段設計鋼筋混凝土結構構件。由于結構的動力響應可能會降低結構設計的可靠性，所以不妨先使結構構件進入塑性工作狀態，使之吸收更多能量，提高材料的設計強度，這樣就可以使材料盡可能得到完全利用，有利于提高經濟效益。

在爆炸動荷載狀態下只進行強度計算，不計算變形、裂縫和地基承載力。

重視地下室結構抗震要求，提高抗塌毀能力。此設計特點要求地下室設計初期綜合考慮使用的材料強度等級、結構構件的最小厚度和最小配筋率等等，另外還需結合地面高層建筑設計嵌固端構造和超長結構差異沉降處理等。

2 高層建筑地下室結構設計相關問題

2.1 抗浮問題

對設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生設計不符合要求的情況，筆者在這里提出幾點解決該問題的方法：

1.確定科學合理的抗浮設防水位。

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

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構的有效填埋深度，以此提高主體結構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際承載力，切忌顧此失彼。

4.采用平板式筏板基礎。通常情況下平板式筏板其基礎重量大約等于“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，北區地下車庫采用了平板式筏板基礎，厚度為700毫米，南區采用了“低板位”梁板式筏板基礎，基礎梁長度為1300毫米，僅僅只因為這個原因，南區就比北區施工時的基坑深度要深60厘米，如圖所示。

圖1 南、北區基礎示意圖（a為北區，b為南區）

2.2 不均勻沉降問題

若非高層建筑有堅實的巖石地基，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。相關數據顯示，相比普通樁基，采用CFG樁的工程造價要低三分之一至二分之一，CFG樁不僅技術相對更加成熟，而且更具經濟性。通常根據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+設置沉降后澆帶和方法2：CFG樁地基處理+不設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樁的使用數量從而降低經濟成本，但一方面設置沉降后澆帶會延長基坑的降水時間，從而增加降水費用，另一方面沉降后澆帶不允許主體結構長期呈四邊嵌固的狀態，因此并不利于高層建筑的整體結構在施工期間維持穩定性。方法2對地基的處理程度要求較高，由于不設置沉降后澆帶，因此必須對主體結構的最終沉降量進行嚴格的控制，缺點是方法2的經濟性相對較差。

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

利用合理的計算盡量補償高層建筑可能發生的沉降量，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 地下室結構超長問題

地下室結構過長是多數高層建筑普遍具有的問題，一般采用設置伸縮后澆帶的處理方式：當地下結構長度在40米至60米的區間時，則應當設置一道寬度約為80cm至100cm、鋼筋貫通不切斷的伸縮后澆帶了；如果地下結構長度是大于60m的超長結構，則應當根據鋼筋搭接所需最小尺寸和必要操作空間的實際情況設置鋼筋斷開的伸縮后澆帶。除了設置伸縮后澆帶，當然也可以采用如在混凝土中添加微膨脹劑、采用低強度等級的混凝土、設置膨脹加強帶、加大結構的鋼筋配筋量等方式解決地下室結構超長的問題。

3 結語

高層建筑的地下室結構涉及到很多復雜的知識，并且有很多問題現在也尚未解決。俗話說，千里之堤毀于蟻穴，地下室結構的安全問題牽動著越來越多人的心，相信我國學者今后也將致力于解決地下室結構設計的相關問題，提高高層建筑地下室結構設計的水平。

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