建筑地下室結構設計中的若干問題探索

賓羽飛

南京大學建筑規劃設計院有限公司，江蘇南京 210093

目前高層建筑在城市發展中修建的數量較多，為了滿足結構基礎的埋置深度，同時為了節約土地、充分利用建筑空間，這些建筑基本都有地下室，在實際的使用中可以作為建筑的地下車庫、商場，由于工程地質情況復雜，存在著很多難以預料的工程地質情況，導致地下室在施工時面臨著嚴重的造價成本高、施工質量差以及進度緩慢等問題，所以需要設計、施工單位對地下室結構的設計工作多加關注，根據地下室建設的實際情況制作出科學合理的地下室結構設計方案。

1 目前地下室結構設計現狀概述

地下室在現代化的建筑設計以及施工中，有著非常廣闊的應用前景，所以很多施工設計單位在工程建設中愈來愈重視地下室的作用，開始大力進行地下室的設計、建造工作，但是在工程總造價成本中，地下室的造價成本非常高，并且受到沉降不均、施工所在地區地質條件以及抗浮能力不達標等條件影響，使得設計人員設計出的地下室作業方案中存在多種缺陷，如果按照可行性較差的作業方案來施工，將會造成竣工后的地下室存在較多的質量隱患，用戶使用時有著較高的風險，影響建設單位的經濟收益[1]。

2 地下室結構設計問題分析

2.1 設計要點

設計單位在設計高層地下室結構方案時，需要先到施工現場對當地的土層地質條件作以詳細的調查了解，確定地基性質之后，再對工程施工建設的立項書等資料進行分析，確定基礎及地下室的設計方案。方案確定后，設計人員需要根據勘察單位提供的工程地質報告確定基礎的持力層以及地下室的埋置深度，同時需要結合建筑、設備等專業的功能需求，確定地下室的層高，另外，設計人員還要根據地勘報告提供的該地區的抗浮水位，確定整個地下室及基礎的結構形式，在這個過程中，需要從以下幾個要點進行設計：

（1）確定地下室嵌固位置。當前高層建筑的地下室為全埋式地下室，同時地下室頂板不存在大面積的洞口或樓板缺失，所以滿足地下室頂板作為結構嵌固端的一般條件，嵌固的位置可以選定在地下室頂板，此時，該結構相關范圍內的地下室的側向剛度（地下一層）需要大于與之相鄰上一樓層側向剛度，剛度需為原來剛度的2倍或以上；相關范圍的地下室應設計為現澆梁板結構，同時地下室頂板的厚度不小于180mm，頂板配筋同時在板頂板底布置通長鋼筋，配筋率不小于0.25%。

（2）確定地下室結構的抗震等級。當結構為單層地下室時，在地上主體結構相關范圍內，地下室的抗震等級應與主樓一致或應根據主樓抗震等級確定；在相關范圍以外的部分，可根據地下室本身，結合當地的地震烈度，設防分類標準進行確定。當地下室為多層地下室時，當嵌固端在地下室頂板時，地下一層主樓相關范圍內抗震等級與主樓相同，地下二層及以下可降低抗震等級，但不小于四級；當嵌固端在地下一層底板時，則地下一層和二層在主樓相關范圍內抗震等級與主樓相同，以下各層可降低抗震等級，但不小于四級。

（3）在抗浮設計時，設計人員需要根據地勘報告提供的該地區的抗浮設計水位，結合地下室本身的埋置深度，計算該結構承受的最大水浮力，并以此為依據確定地下室結構的抗浮設計方案，確保結構本身具備足夠的抗浮承載力。

（4）后澆帶的合理設置。要求在后澆帶設計時預留后澆帶，長度不少于30m，最多為40m，并且在鋼筋、頂板以及底板接頭時選擇標準搭接接頭來連接，盡量減少大體量混凝土結構中溫度應力對于地下室結構的不良影響[2]。

2.2 設計難點

地下室涉及面廣，高層地下室結構設計需要對防火、排水、通風、采光、人防等方面問題綜合分析考慮。比如，將地下室長度控制在規定長度，在合理的間距設置后澆帶，盡量避免設置變形縫，變形縫的設置會增加防水處理的難度。針對存在大底盤的地下室結構，在裙房等位置的抗浮設計往往無法滿足實際要求。因為工程項目施工中地下室抗浮設計往往只考慮到正常使用極限，未能對洪水期以及施工過程有充分分析，最終容易因為抗浮不足產生局部破壞，側墻位置需要對側向土和水的水平作用有充分全面的分析考慮。地下室防水工程同樣有一定的系統性，包含材料選擇、設計和施工等不同內容，很大程度上增大了地下室結構設計難度。

2.3 常見問題

2.3.1 抗浮問題

高層建筑地下室結構設計中常會出現抗浮問題，通常情況下塔樓發生抗浮問題的風險較小，而純地下室部分由于上部荷載較小，容易出現該問題，所以在結構設計中，設計人員對于抗浮設防水位要予以重視，首先，要求地下室施工工程的測繪人員能夠對具體施工地方的最高、最低歷史水位信息進行調查與把握，對于該地區的實時靜止水位進行準確測量，以此對地下室進行防水設計，保證設計出的地下室符合高層建筑地下室防水設計要求。其次，把握好地下室基坑標高，盡量將坑底標高值作以抬高設計，以此將抗浮設防水位作以間接的降低設計，在具體的水位降低中可以使用平板式筏板、無梁樓蓋等方式抬高地下室基礎的基底標高，從而減小水浮力。設計地下室重量時，需要在設計允許范圍內，盡量增加地下室的配重，以此抵抗水浮力。最后，應根據地質情況選擇抗浮樁基或抗浮錨桿等有效的抗浮措施。以此便可以有效解決抗浮問題[3]。

2.3.2 地下室結構超長問題

由于現澆混凝土地下室結構，在澆筑過程中會產生大量的熱量，如果這些熱量在結構施工過程中得不到有效的釋放，就會導致在地下室結構不同部位產生不均勻的收縮，從而產生明顯的結構裂縫，影響結構的耐久性和安全性。所以針對該問題，設計人員在設計地下室結構時最常用的方法就是設置后澆帶。若結構超長超過40m時，可以采用設置伸縮后澆帶的方式來對長度進行控制，通常情況下采用鋼筋后澆帶處理法。該種后澆帶主要有斷開、不斷開兩種鋼筋形式，處理結構超長問題的效果非常好。另外一種解決辦法則為不設置伸縮后澆帶，此種方法適用于結構超長不明顯的地下室工程中，在不設置的情況下，施工人員可以采用混凝土（強度較低）、微膨脹劑、膨脹止水條等方法對小幅度結構超長情況作以良好的處理。

2.3.3 沉降不均勻問題

該問題在高層建筑地下室結構設計中有著非常高的發生率，所以要引起設計人員的重視。導致不均勻沉降問題發生的原因有：地質條件復雜，主樓部分荷載較大，地庫部分荷載較小，從而主樓部分地下室基礎的沉降量大，地庫部分基礎的沉降量小等。在處理時，需要調節主樓部分和地下室部分的差異沉降，以此解決不均勻沉降問題。首先，可采用不同的基礎形式，如主樓部分、裙房部分可以采用樁基礎，若地基部分承載力較強，地下室可以采用天然基礎，以此將地下室沉降量控制在較小的范圍內。其次，通過地基處理等手段，方案設計中可以加大主樓部分地基土的自身剛度，應用水泥、砂石、粉煤灰等物料形成復合地基，從而減少主樓部分地下室基礎的沉降。再次，在設計時須注意沉降縫的設計問題，盡量不要在高層建筑、裙房之間進行沉降縫的設計，一般情況下可以在巖層風化程度處于中等或者較強的基礎上，在巖層埋入的上方位置設置端承樁，即可解決沉降不均問題，該法多適用于風化巖層埋入深度較淺的建筑地下室施工設計中。設計時把握好主樓沉降量，設計人員結合以往的高層建筑工程地下室沉降問題處理經驗，先對建筑主樓沉降量進行預估，之后設計主樓施工方案以及后澆帶施工技術應用方案，要求施工單位在施工期間，先施工主樓，之后檢查當前的施工環境是否符合后澆帶施工標準，如果符合再進行后澆帶技術的施工，以此對裙房、主樓之間的沉降差進行控制。最后，若建筑工程僅有一跨裙樓，設計時可以采用整體式基礎，同時增加基礎本身的剛度[4]。

3 結語

當前高層建筑設計人員在進行地下室結構設計時，需要對地下室的使用功能以及具體工程的地理地貌、水文條件等建設信息多加了解，并且在設計時認真總結以往設計的地下室在使用期間出現的問題，從而能夠從收集的信息以及相關問題出發，保證設計出的地下室有著良好的設計效果，施工建設后可以充分發揮出各項作用，確保人們可以安全且高質量的使用。