淺析高層建筑地下結構設計難點

摘要：本文將對高層建筑地下結構設計難點進行闡述，并提出幾點措施，希望能給高層建筑地下結構設計人員提供參考。

關鍵詞：高層建筑；地下結構；設計

在經濟時代大發展的背景下，高層建筑結構計算分析軟件也在不斷的更新，它從以往慣用的平面框架與桁架計算程序演變成如今建筑行業常使用的空間計算程序，推動了我國建筑事業蓬勃發展。在設計高層建筑地下結構時，充分的考慮到各種因素的干擾，為設計好高層建筑地下結構做鋪墊。高層建筑地下結構設計也存在一些難點問題，而如何處理好設計中的難點問題值得我們熱愛工程建筑專業的人士進行研究。

一、簡述地下結構的功能

（一）可以作為基坑支護

一般高層建筑的地下室層數較多，地下柱墻梁板體系剛度較強，施工中可以借助地下室永久結構和臨時基坑支護的作用，為地下室四周產生的地層壓力提供支撐點，并且將此壓力予以平衡。封閉四周水平土壓力沿高度方向永遠呈水平狀態，因此，在地下室結構設計時，可以順勢沿著相同高度方向依次釋放土層應力，充分利用地下結構具有支撐功能。經過如此設計，可以對梁板受力條件進行適度改善，甚至可以使原本因壓力而彎曲的梁板構件逐漸成為壓彎構建，整個過程幾乎不會額外增加結構費用。

（二）可以平衡同高度水平土壓力

高層建筑若是在平地上施工作業，將不會產生地下結構抗滑移與抗傾·覆狀況。而高層建筑若是在坡地上施工作業，將會因坡差因素產生不平衡水平土壓力，因此，處于坡面下部的主體結構會產生抗滑移與抗傾覆的狀況。高層建筑地下結構具備較大的剛度，在某種程度上可以起到抗滑移與抗傾覆的作用。但是在地下結構設計時，應該考慮到高層建筑的穩固性與重要性以及存在不平衡土壓力將對地下結構產生作用等問題，因此，對于因坡差因素產生的土壓力應該進行單獨處理。

二、高層建筑地下結構設計難點分析

（一）地下基坑支護設計問題

眾所周知，高層建筑地下結構基坑支護作用是支撐并傳遞土壓力，保持地下結構不受影響，形成地面標高處的梁板結構，并作為支撐梁板的基礎。有時設計者在地下結構設計中，沒有充分的考慮到高層建筑固有的規模大，樓層高等特點以及施工場所等問題。即使有的設計者考慮到了上述的問題，但是在實際的設計方案中，還是會出現各式各樣的問題，致使基坑不穩、不牢。因此，設計者在進行地下基坑結構設計前應該周全的考慮所有的因素，只有做好基坑支護工作，才能保證地下結構穩固、結實。

（二）圍護設計問題

目前的高層建筑工程規模較大，多作為辦公樓與商店使用。一般情況下，地下室面積較大，主要適用于商業用途、倉庫、停車場等用途。為尋求更大的地下面積，往往會采取措施向地下深處進行深挖，致使地下結構的層數增多，而基坑也會隨著層數往上漲而變深。

圍護結構在土層條件較差的情況下，設計時往往會選用多道內支撐形式。高層建筑的層數多，施工工藝較為復雜，且需要的時間也較一般工程項目建設長。因此，采取合理的設計方案與施工技術，在較短的工期內完工，會給施工單位與建設單位創造效益。但是主樓作為高層建筑施工工期的關鍵因素，一旦基坑內的支撐與主樓結構發生不協調現象，將會降低施工效率，從而影響到正常施工的質量、工期與成本。

（三）地下室外墻設計問題

地下室外墻結夠設計在高層建筑中也是較為重要的一部分。無論是普通建筑還是高層建筑，墻面最基本的要求應該是整體保持平整、無裂縫與滲漏問題。外墻是要承受住各梁板作用的壓力以及墻體外側的水土壓力水平荷載。但是在地下室外墻設計中，水土的壓力以及施工過程中的受力情況往往不能精確的預測與計量，因此，給正確無誤的設計地下室外墻結構帶來了困難。

（四）地下室地板設計問題

有經驗的地下室底板設計者與施工者都清楚高層建筑的地下結構自重往往較輕，對于地下水浮力承受力較弱。針對以上這種情況，在進行地下室地板結構設計中抗浮設計問題頗為重要。設計者應該充分的考慮地下結構本身的自重問題以及地下室地板是否會發生滲漏等問題，將地下各樓層的底板厚度以及水平剛度進行調整或適當的增加，并結合抗拔鉆孔灌注樁技術，使靜水壓力產生的上浮力處于平衡的狀態，從而使地下室地板能夠正常的使用。

（五）混凝土微膨脹設計問題

高層建筑地下結構中樓板面積及厚度較大，常常會出現裂縫的情況，設計者即使采用混凝土微膨脹劑改善裂縫現象，改善效果也依然不明顯。經研究分析，總結原因發現，主要是微膨脹劑的成分是鈣礬石在使用中可以使混凝土在水泥活性激發后產生熱量，而膨脹劑作用與混凝土收縮沒能同時進行，促使混凝土在運輸時坍落度受到損失。另外，外摻膨脹劑促使混凝土攪拌時間變長，且控制難度系數大，導致構件預應力不均勻。

三、地下結構設計措施

（一）基礎采用挖孔樁

根據樁基的要求，嚴格實施配筋與澆注混凝土工序，挖孔樁要達到一定的深度，在地基梁下口要鑿開護壁。在接頭鋼筋處，澆注混凝土應該達到地基梁的上口部位為宜。柱段護壁內施工到梁的下口，梁的鋼筋與混凝土接頭的方式可以依據地基梁接頭的方式進行。由此可以類推使柱升至地面標高，借助地面做土胎模施工梁板結構。在整個過程中，場內的土層沒有被攏動，形成了穩定的地標處梁板結構，也就為向上向下雙向施工奠定了基礎。

（二）地下室外墻設計措施

針對地下室外墻設計的問題，可以采取地墻內側預埋插筋的方法，當澆筑梁板時便可以鑿出預埋的鋼筋。由于鋼筋在一定程度上呈現出彎曲的狀態，因此校直鋼筋后，與梁板鋼筋進行連接，從而能夠傳遞固端彎距。用聚乙烯泡沫填充之前預埋鋼筋的位置，澆搗梁板時將填充物掏成凹槽形，以便能夠承受來自梁板之間傳遞的垂直剪力。

（三）混凝土設計與施工措施

高層建筑墻柱的荷載要求較大，一般的混凝土在施工中不適用，因此使用高強度的混凝土是必須的。高強度的混凝土具有能夠減小截面尺寸，承受住高強度荷載，控制墻柱軸壓比等優點，但是它還具有脆性，所以在設計中應該考慮到它的強度會隨著強度等級的增加而增加。因此，在高層建筑混凝土設計中，應結合實際情況選擇適宜強度的混凝土。在高層建筑物中，豎向構件使用的是高標號混凝土與勁性骨架，隨著頻繁使用，給鋼筋結構、鋼筋綁扎以及混凝土澆注等帶來了一定的難度。如今，高性能高強度混凝土技術研究有了新突破，使用這項技術對于高層建筑有著重要意義。

四、地下結構滲漏預留措施

通常，精心設計的建筑物使用壽命較長，在若干年之后外防水以及鋼筋混凝土結構體嚴重出現滲漏，預留措施便可借助內排水系統。它是在頂棚與側墻位置設置導水板，在樓面裝修層預埋金屬導水溝。當滲漏情況嚴重時，結合室內的除濕設備，導水板將滲水引導至樓面，然后導水溝順勢將滲水排到落水口，從而使排水系統運行起來。因此，在地下結構設計時，應該考慮到若干年之后滲漏問題的解決方案，做好滲漏預留措施，使高層建筑地下結構能夠穩固的為用戶使用。

結束語：

高層建筑地下結構設計存在的難點較多，本文只是從其中抽取了幾個較為常見的難點問題進行研究分析，并提出了相應的解決措施。通過上述分析上述難點問題，我們可以看出，地下結構設計好壞對于建筑施工質量以及整個高層建筑都有著非常大的影響。因此，在地下結構設計階段應該顧全大局，仔細衡量所有的問題，才能在施工中減少不必要的問題出現，從而保證建筑物的質量得到有效控制。

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