探討高層建筑超長地下室結構設計注意事項

姚 運

(深圳市建筑設計研究總院有限公司合肥分院，安徽 合肥 230088)

0 引言

基于高層建筑結構的復雜性，設計人員在對超長地下室進行結構設計時，必須對建筑工程項目的結構類型、地質條件以及用途進行綜合考慮，同時還要考慮工程施工對周邊建筑的影響，如防裂縫設計、抗浮設計等，以保證施工安全。

1 混凝土結構裂縫問題

高層建筑的地下室長度通常都在100 m以上。從技術方面來看，超長地下室的混凝土結構受溫度影響較小，但高層建筑物的約束力較強，常常會造成混凝土結構出現裂縫問題。從實際使用情況來講，超長地下室結構如果存在問題，就會在很大程度上影響到其防水功能，進而對混凝土結構的穩定性和可靠性造成影響，很容易導致安全隱患的出現。這種問題產生的根源主要在于混凝土強度和結構設計施工等。因此，必須合理控制混凝土裂縫，并要對設計和施工過程進行嚴格把控。

從實際防控措施來看，第一步應對裂縫進行科學計算，計算時考慮溫度應力作用，在混凝土規范中裂縫允值范圍內，滿足強度前提下對配筋進行合理配置，之后對裂縫寬度驗算，通常要將裂縫控制在背水面0.3 mm，迎水面0.2 mm之內。

第二步，應對施工材料進行嚴格把控，以帶肋鋼筋為最佳選擇，大體積混凝土配合比應經過試配確定。原材料應符合相關標準要求，宜選用低水化熱低堿水泥，摻入適量的粉煤灰和緩凝型外加劑，并控制水泥用量。將混凝土標號控制在C40之內，同時為了保證混凝土質量，主體結構構件的后澆帶采用填充膨脹混凝土,除后澆帶外采用補償收縮混凝土。膨脹劑采用復合型防水膨脹劑。

第三步，合理滿足混凝土結構的各個方面標準，應對后澆帶設置進行綜合考慮，高層建筑四周設置沉降后澆帶解決沉降問題，每隔30 m～40 m設多道縱橫向收縮后澆帶或間歇式膨脹加強帶；同時在相關規范標準的基礎上對鋼筋間距進行科學設置，增大側壁、樓板(底板)水平配筋，梁腰筋加密處理；將其間距控制在15 cm之內，如果迎水面保護層厚度過大，可以運用設置鋼筋網片的方式對混凝土裂縫進行控制。

第四步，應對施工工藝進行合理控制，盡管地下室裂縫受溫度變化影響不大，但依然要進行保溫保濕等養護工作，應將混凝土表面與中心溫差控制在25 ℃之內，并要持續養護半個月以上。施工時可以采用分倉澆筑分段跳倉施工，嚴格控制原材料的質量及施工方法。

2 不均勻沉降問題

如果地基不是建造在堅硬的巖石上，高層建筑超長地下室都要面臨的一個非常重要的問題就是不均勻沉降問題。在設計高層建筑的超長地下室的過程中，設計人員一定要對周邊建筑物與高層建筑對同一地下室的沉降縫進行重點考慮，為了保證高層建筑各個部位的沉降現象不相影響，就應將不均勻沉降所造成的內力盡可能避免，但這樣就從技術方面阻礙地下室防滲漏、結構穩定性設計，通常采用下面幾種方式來進行處理：

第一種，采用人工處理地基的方式，也就是主體結構部分采用碎石樁(CFG)復合地基，而裙房和純地下室位置可以使用天然地基，使用此種方式的原因在于碎石樁技術性價比相對較高。

第二種，主體結構部分采用樁基礎，主體結構的荷載被樁基礎傳遞到巖石或土層上，以確保地下室周邊建筑與高層建筑沉降值降到最小，并在一定程度上防止設置沉降后澆帶產生的相關問題，該方式具有十分明顯的優勢，但其施工成本非常高，所以一般在地基條件較差的情況下使用。

3 抗浮問題

普通的高層建筑工程項目的地下建筑在抗浮問題方面沒有難點技術的存在，但超長地下室設計方面卻有很多技術問題存在。一般會采用下面幾種方式來解決：

第一種，保證抗浮水位的取值具有科學性與合理性，抗浮水位的基本依據是過去各個年份的最高水位，而如果對抗浮要求不太嚴格的情況下，可以根據過去3年～5年中的最高水位來確定抗浮水位，抗浮水位的科學設置能給建筑工程項目帶來十分明顯的直接性經濟效益。

第二種，可以將基坑坑底的設計標高適當提高，就降低設防水位，該方式的具體實施，可以采取平板式筏板基礎，建議使用寬扁梁或無梁樓蓋，采用寬扁梁樓蓋能夠將地下結構的層高合理降低，也在一定程度上將抗浮設防水位間接降低。

第三種，適當增加地下室配重，將抗浮問題直接性解決，但該方式一定要對地基的承載力進行充分考慮，否則將造成嚴重的后果。在對主體結構的地基承載力進行修正過程中，地下室重量的增加能夠將其有效埋置深度適當提升，將基礎底厚度和基礎頂覆土厚度等適當增加促使基礎配重有效增加。另外，還可以將頂板的厚度適度增加來增加地下室重量。

第四種，可以采用抗浮樁或抗拔錨桿的設計解決抗浮問題，但該方式具有一定的局限性，其根源是由于地下水位難以實現精確性計算，很容易導致主體結構和裙房出現更大的不均勻沉降差。如果地下水位長期處于較高位置，抗浮樁能夠發揮十分明顯的作用，所以在設計過程中，設計人員要對各方面的條件和影響進行綜合分析，合理選擇抗浮方式。

4 高層建筑超長地下室結構設計的變形縫問題

因為地上塔樓有一定的高度差存在，并且各塔樓體型也不一樣，在較為復雜的高層建筑中有很多薄弱環節存在。所以，根據設計要求，要采用防震縫設置，以促使結構具有較強規則性，從而增強結構的抗震性能。將變形縫設置在地上，該方式的優點是能夠將地下室結構受溫度變化而產生變形裂縫的幾率有效降低。同時因為結構設計較為簡單，能夠將其抗震設計效率有效提高。

從地下室頂板方面來看，高層建筑超長地下室可以不預設變形縫。因為超長地下室頂板高度基本一致，整體性較強，在不進行變形縫設計的情況下，可把頂板當做嵌固端，可以對周圍土體傳遞水平震波，以提高防震性能。如果施工過程中地下水位相對較高，在沒有變形縫設計的情況下，可以起到一定的防水作用。在設計變形縫之前，設計人員要對高層建筑的整體結構進行認真分析和研究，將變形縫位置合理確定下來。

5 人防地下室結構設計問題

按照相關規范要求，同時根據實踐經驗，人防地下室結構設計中需要注意的事項有以下幾個方面：

第一點，關于人防構件最小截面尺寸的取值方面，設計人員應根據《人民防空地下室設計規范》規定，人防頂板和人防墻等厚度應控制在200 mm以上，從人防頂板方面來講，如果其頂部存在覆土，可以折算覆土厚度并將其當做混凝土厚度來對頂板防護厚度進行計算，如果不存在覆土情況，設計人員就應對建筑面層的防護功能進行考慮。如果人防墻以及密閉門門框檣等防護厚度不能符合相關要求，就一定要采用適當方式將墻厚增加，也可以根據施工規范嚴格設計施工方案。人防區頂板按戰時塑性計算、平時彈性包絡設計。

第二點，關于人防構件荷載的確定方面，通常情況下，采取等效靜荷法來計算人防地下室荷載，該方式的使用重點在于需要合理運用等效靜荷載。

第三點，關于人防底板的荷載控制方面，對于兩層或以下的人防地下室來說，如果其頂部存在覆土，應注意這種情況下人防底板通常是通過平時荷載來實現控制功能的，在其他情況下，通常是戰時荷載來進行控制。

6 結語

在高層建筑的超長地下室結構設計中，因為其與各個領域內容都有一定聯系，所以設計人員必須對實際情況進行分析，抓住重點因素，合理設計結構方案，并采取相應的控制措施，以實現相關標準要求。