對高層建筑地下室結構設計問題的幾點思考

閆智勇

摘 要：隨著經濟社會的不斷發展和滿足人們對增加高層建筑有效面積的強烈要求，現在很多高層建筑都設有地下室。但是由于相當多的地下室沒有滿足人們多方面的要求和期望，所以導致很多人很渴望擁有既能滿足功能需求，又比較經濟、安全、可靠的地下室。文章著重講述高層建筑中地下室設計的常見問題。

關鍵詞：高層建筑；地下室設計；結構

近年來，我國經濟已進入了快速發展期，城市住宅區、商業建筑以及高層、超高層建筑日益增多。建筑一般都會涉及一層或多層地下室，一方面，是為了滿足建筑功能和基礎埋深的需要，另一方面，平時可以用作車庫、商業用途或設備用房，在發生戰爭時又可以用作人防設施。建筑地下室的工程設計荷載普遍較大，對防水抗裂的要求就比較高，因此，其工程造價也相對較高，通常占全部工程項目造價的比重就相對較大。因為影響地下室結構設計的因素有很多，在設計的過程中要綜合考慮的技術問題也很多，例如，地下室抗浮、不均勻沉降等問題，都是使得在建筑結構設計中，地下室結構設計起著非常重要作用，絕不能忽視，一旦在設計過程中出現問題，那么將會給整個建筑帶來嚴重的隱患。

1 地下室結構設計難點

地下室的結構設計復雜，設計范圍很廣，特別是結構設計要綜合考慮多個因素，如防火、坑道、通風、采光、人防要求、使用功能、排水等。在建筑高層地下室長度超出設計規定長度時，就需要在進行結構設計的過程中結合建筑結構設計專業，最終確定是否還要設置變形縫，從一般情況來看下應該少設或不設置變形縫，這樣做的原因是，設置變形縫會導致建筑的防水處理工程變得更加復雜。此外，對于具有大底盤地下室高層建筑群來說，高層建筑的塔樓部分在使用階段一般不存在抗浮的問題，但是高層建筑地下室經常會存在抗浮也不能達到要求的問題。同時，因為在進行高層建筑地下室抗浮實際的過程中，一般只會考慮地下室正常使用的極限狀態，而對于建筑施工過程以及洪水期的重視不夠，從而導致了在高層建筑施工過程中，會出現因抗浮能力不夠而造成的局部破壞現象發生。地下室頂板是人防工程的重要部位，需要考慮組合核爆炸力等效靜荷載因素；側墻也需要考慮側向土、水的水平作用組合。簡而言之，高層建筑地下室防水工程是一項系統性的基礎工程，所涉及的因素很多，如施工、設計和材料選擇等因素，所以，造成地下室結構設計難點眾多的原因概括起來有以下幾個方面：抗震設計、地下室抗浮、抗滲設計、結構平面設計和外墻結構設計等。

2 高層建筑地下室結構設計的問題及解決方案

2.1 地下室層高問題

地下室結構設計通常是在確定建筑方案之后進行的，因此不可能再對建筑做大幅度的改變和調整。一般層高是可以調整的。地下室層數的多少直接影響到整個建筑的建造，因為地下室的層數影響到降水要求、土方開挖、基坑支護、抗浮水位以及施工工期等。因此一般高層建筑地下室的設計人員會把層高壓得很低，而提高地下室頂板結構的最低點是縮短地下室凈高的最有效的方法。針對此問題的一般處理方法是頂板樓板采用無梁樓蓋、預應力空心樓板或寬扁梁等。然而當地下室的頂板本設計為無梁樓蓋時就不應該將其作為上部結構的嵌固部位。在建筑結構計算中應計算到滿足嵌固端要求的地下室層數或底板，但在計算剪力墻底部加強區的層數應該從地面往上算起，并且應該包括地下室部分。在合理布置柱網時，可以通過對地下室的建筑的布置作合理的調整來減少地下室的凈高。這些都是對減少地下室造價起著很大的作用，但是這些也是設計人員通常會忽略的一部分。

2.2 抗浮問題

當地下水的水位較淺或高層建筑地下室埋藏較深時，地下室部分及裙房可能會出現抗浮不滿足要求的問題。當出現這類情況時，應采用以下幾種措施：

（1）在設計允許的基礎上，提高基坑坑底的設計高度，進而將抗浮設防水位降低。當前，我國高層建筑基礎底板一般都采用梁板式筏板基礎或者平板式筏板基礎。在通常情況下，二者的填覆土質量與重量基本相當，但是梁板式筏板基礎高度要比平板式筏板基礎高，當保證基頂標高同定的情況下，前者的基礎埋深要大于后者的埋深。因此相對使抗浮水位提高，故平板式筏板基礎對降低抗浮水位更有利。

（2）一般建設高層樓房時建議采用無梁樓蓋或者寬扁梁。通常情況下，寬扁梁的截面高度是跨度的百分之六左右，寬扁梁會可以降低地下結構的層高，從而進一步降低抗浮設防水位。

（3）在解決地下室抗浮問題的過程中，最為直接的方法就是在增加地下室重量的同時，增加地下室的標準層高，但這種方法一般還要考慮地基土的承載能力。通常采用增加基礎負重和增加地下室底板厚度來有效增加地下室重量，從而解決抗浮問題。

（4）通過設置抗拔樁解決抗浮問題。該方法一般應用在裙樓等地下室上部建筑層數不多的部分。此外，特別需要考慮到的問題就是抗浮地下水位的確定。在高層建筑地下室抗浮設計中的重要因素之一就是地下水水位及其變幅，在進行高層建筑地下室抗浮實際施工的過程中，一般只會考慮地下室正常使用的極限狀態，而對于施工過程以及洪水期的重視不夠，從而導致在施工過程中，出現因抗浮能力不夠而造成局部破壞的現象。

2.3不均勻沉降問題

（1）裙房與高層建筑之間設置沉降縫，使每個部分自由沉降，互相不影響，還可以避免由于不均勻沉降原因所產生的內力，但在實際上，這樣做會給地下室的防滲漏、建筑的立體處理、整體穩定和基礎的埋置深度帶來諸多困難。

（2）高層建筑和裙房之間采用端承樁，將端承樁設置在堅硬的基巖上。但是這種方法耗費大量的基礎材料，不經濟。

2.4 裂縫及控制問題

由于受到地下室結構本身和基坑邊壁等因素的影響和約束，地下室的外墻混凝土極易出現收縮現象，因此，地下室的外墻裂縫寬度通常要控制在0.2毫米以內，另外，要根據裂縫的寬度驗算來控制配筋量。在建筑工程中有許多設計是將地下室防水結構的構件計算彎矩調幅、有的未考慮荷載分項系數、多層時未按多跨連續計算、有的下端按鉸接，高層建筑地下室外墻在計算過程中漏掉抗裂性驗算，地下室底板和外墻連接的構造不是很合理，建筑物超長未留置后澆帶或設縫，外墻施工縫或者后澆帶詳圖沒有交代，后澆帶的位置設置不恰當，室外出入口與主體結構相連處沒有設置沉淀縫等，會導致違反設計規范，并且會產生地下室滲透現象的發生。由于高層建筑地下室的整體超長，在設計上應采取相應的技術手段，有效防止建筑裂縫的不斷擴大，應采取的主要措施有補償收縮混凝土，即在混凝途中摻入UEA、HEA等微膨脹劑；膨脹帶，由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會與混凝土的早期收縮變形完全補償；后澆帶，作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施。

3 結束語

總之，對高層建筑地下室的結構設計進行探究具有十分重要的意義。作為設計人員必須著力不斷提高自身的專業技術水平，精心設計地下室荷載，頂板、外墻、底板等結構和結構的抗浮、抗滲的設計工作，只有這樣才能全面提高結構的安全性能，為工程質量的提升奠定堅實的基礎，為人民的生命財產安全保駕護航。

參考文獻

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