高層建筑中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題分析

1、高層建筑中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題分析前言近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的高層建筑也越來越多，一般都設(shè)有地下室，通常為13層，地下室面積約占整個(gè)建筑面積的15 %35 %。1 抗浮問題對(duì)于具有地下室的高層建筑群體而言，塔樓部分一般在使用階段不會(huì)存在抗浮問題，但裙房及純地下室部分經(jīng)常會(huì)有抗浮不滿足要求的問題，針對(duì)此種情況，結(jié)合我院的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下解決方案。11在建筑允許的情況下，盡可能提高基坑坑底的設(shè)計(jì)標(biāo)高，間接降低抗浮設(shè)防水位，具體措施有以下幾種:（1）采用平板式筏板基礎(chǔ)。一般而言，平板式筏板基礎(chǔ)的重量與“低板位”梁板式筏板基礎(chǔ)上填覆土的重量基本相當(dāng)，但后者的基礎(chǔ)高度一般要比前者高。以

2、某廣場一期工程為例，西區(qū)地下車庫底板采用帶下翻式柱帽的平板式筏板基礎(chǔ), 板厚為700mm ,而東區(qū)則采用“低板位”梁板式筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)梁（上翻）高為1300mm ，僅因基礎(chǔ)高度一項(xiàng)，東區(qū)的基坑深度就比西區(qū)深0.6m。（2）樓蓋提倡使用寬扁梁或無梁樓蓋。一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/161/22，寬扁梁的使用將有效地降低地下結(jié)構(gòu)的層高，從而相對(duì)降低了抗浮設(shè)防水位。在某廣場一期工程西區(qū)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于地下二層戰(zhàn)時(shí)為六級(jí)人防物質(zhì)庫,柱網(wǎng)跨度為8.8m，地下一層頂部有1.2m 厚的覆土，荷載相對(duì)較大，因此在該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中, 寬扁梁的截面高度取為600mm，為跨度的1/15，如果不使用寬扁梁，截

3、面高度估算在900mm以上，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。12增加地下室的重量（1） 增加基礎(chǔ)配重。此種方法大致又有以下幾種情況，增加基礎(chǔ)底板的厚度，增加底板上覆土厚度以及底板上采用重度大且價(jià)格低廉的填料。這三種方法的共同特點(diǎn)是增加基礎(chǔ)配重以解決抗浮問題的同時(shí)又不可避免的增加了基礎(chǔ)的埋置深度，從而相對(duì)地提高了地下室抗浮設(shè)防水位的高度，因此它不是一種效率最高的方法，某廣場一期東區(qū)就采用了第2 種方法，通過與西區(qū)相比較，其經(jīng)濟(jì)效果較差。（2） 增加地下室頂板的厚度（采用大板結(jié)構(gòu)）。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在不增加基坑坑底標(biāo)高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室頂板可以不再設(shè)置次梁，既有利于其他專業(yè)的使

4、用，又簡化了施工工序。當(dāng)于地下室埋置深度不深時(shí)，采用此方法可將樁基抗浮簡化為獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板，有很大的經(jīng)濟(jì)效益。2 地下室結(jié)構(gòu)超長問題地下室結(jié)構(gòu)超長問題存在的普遍性可以從以下幾個(gè)項(xiàng)目中略見一斑，某廣場一期工程西區(qū)地下結(jié)構(gòu)平面尺寸為143m 156m，地下結(jié)構(gòu)雖然受溫度變化的影響較地上結(jié)構(gòu)小，但周邊約束作用較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)超長問題的重要性仍然不容忽視。目前比較成熟的做法有以下幾種:（1） 設(shè)置伸縮后澆帶。地下結(jié)構(gòu)一般在結(jié)構(gòu)長度大于4060m 時(shí)宜設(shè)置一道伸縮后澆帶，普通的伸縮后澆帶寬度約為8001000mm ，鋼筋貫通不切斷。對(duì)于平面尺寸特別長的地下結(jié)構(gòu)，設(shè)置鋼筋斷開的伸縮后澆帶，后澆帶的寬度按鋼筋搭

5、接所需最小尺寸和必要的操作空間確定，設(shè)置了鋼筋斷開和不斷開兩種伸縮后澆帶用以解決地下室結(jié)構(gòu)超長不設(shè)縫問題，從使用效果看沒有發(fā)現(xiàn)問題。（2） 不設(shè)置伸縮后澆帶,采取其他相應(yīng)措施。當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)的超長問題不是特別突出時(shí)，為了簡化施工工藝，可采用此方法。這些措施主要有:a. 采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土；b. 混凝土中添加微膨脹劑；c. 采用粉煤灰混凝土技術(shù)；d. 適當(dāng)加大分布鋼筋配筋量；e. 施工縫處設(shè)置膨脹止水條；f . 設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。3 基礎(chǔ)形式的選取及計(jì)算分析方法問題現(xiàn)代高層建筑大都為塔樓式建筑群，由于上部結(jié)構(gòu)荷載差異巨大，導(dǎo)致基底反力相差很大，因此，對(duì)基礎(chǔ)而言，有必要根據(jù)不同的上部結(jié)構(gòu)形式、上部結(jié)構(gòu)

6、荷載大小、地基的承載力及壓縮模量等問題，因地制宜地采用不同的基礎(chǔ)形式。（1） 平板式筏板基礎(chǔ)和梁板式筏板基礎(chǔ)的適用范圍。相鄰柱間距及柱荷載差別較小時(shí)適用平板式筏板基礎(chǔ)，反之則宜采用梁板式筏板基礎(chǔ)。通常，在材料用量相當(dāng)?shù)那闆r下，梁板式筏板基礎(chǔ)的剛度較平板式筏板基礎(chǔ)大，底板標(biāo)高變化較多時(shí)宜采用梁板式筏板基礎(chǔ)。（2） 梁高、板厚的選取及計(jì)算方法問題。目前計(jì)算筏板基礎(chǔ)時(shí)，常用的方法有“倒樓蓋”方法、彈性地基梁板方法和有限元分析方法，其中“倒樓蓋”方法是一種傳統(tǒng)方法，按該法進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)內(nèi)力按基底反力直線分布進(jìn)行計(jì)算。基礎(chǔ)內(nèi)力按基底反力直線分布進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要求地基土比較均勻、上部結(jié)構(gòu)剛度較好、荷載

7、分布比較均勻、梁板式筏板基礎(chǔ)梁的高跨比或平板式筏板基礎(chǔ)的厚跨比不小于1/6，當(dāng)不滿足上述要求時(shí)應(yīng)按彈性地基梁板計(jì)算?！耙?guī)范”對(duì)基礎(chǔ)梁高跨比和板厚跨比的要求，其本質(zhì)是要保證基礎(chǔ)具有一定的剛度，但筆者認(rèn)為基礎(chǔ)剛度應(yīng)與基底反力的大小相匹配，對(duì)于層數(shù)較多的高層建筑而言，該要求很容易滿足，但對(duì)于層數(shù)較少的高層建筑而言，該條要求就顯得偏嚴(yán)。（3） 基礎(chǔ)底板抗沖切驗(yàn)算及抗剪切計(jì)算問題。通過對(duì)跨度從610m、長寬比從13、板厚從4001000mm 變化的梁板式筏基底板的計(jì)算來看，梁板式筏基底板都是受沖切承載力起控制作用，因此一般的梁板式筏基底板可以不進(jìn)行底板受剪切承載力的驗(yàn)算。對(duì)于平板式筏基而言，底板的柱下及

8、核心筒邊的抗沖切驗(yàn)算則必不可少，且應(yīng)考慮不平衡彎矩的作用，尤其是邊柱和角柱。（4） 采用平板式筏板基礎(chǔ)時(shí)，宜設(shè)置平面尺寸較大的柱帽。當(dāng)有條件時(shí)設(shè)置上翻式柱帽，沒條件時(shí)設(shè)置下翻式柱帽。設(shè)置柱帽有以下優(yōu)點(diǎn):a. 解決底板抗沖切問題；b. 減小底板的計(jì)算跨度；c. 減小支座負(fù)筋。4 人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題地下室根據(jù)其使用要求通常會(huì)分為人防區(qū)和非人防區(qū)兩部分，普通民用建筑的防空地下室人防等級(jí)一般以五、六級(jí)居多。41 人防構(gòu)件的最小截面尺寸取值問題當(dāng)頂部有覆土?xí)r,可以將覆土的厚度折算成相應(yīng)的混凝土厚度來計(jì)算頂板的防護(hù)厚度，當(dāng)頂部沒有覆土?xí)r，也可以考慮建筑面層的防護(hù)作用；對(duì)于人防墻、密閉門門框墻，當(dāng)其防

9、護(hù)厚度不足時(shí)，則應(yīng)增加墻厚或按規(guī)范要求采取相應(yīng)的加強(qiáng)防護(hù)措施。確定人防構(gòu)件的截面尺寸除考慮上述兩個(gè)方面外，還應(yīng)使人防構(gòu)件在相應(yīng)的人防荷載作用下具有規(guī)范所要求的允許延性比。42 人防構(gòu)件的荷載取值問題防空地下室在核爆動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力分析采用等效靜荷載法，人防構(gòu)件的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按“規(guī)范”第4.7 節(jié)取值。對(duì)于人防頂板,當(dāng)為常6級(jí)且其上覆土厚度大于1.5m 時(shí)或者為常5級(jí)且其上覆土厚度大于2.5m，頂板可不計(jì)入常規(guī)武器地面爆炸產(chǎn)生的等效靜荷載，僅采取構(gòu)造要求即可。43 人防底板的荷載控制問題人防地下室位于主體結(jié)構(gòu)部分時(shí)，人防底板一般是平時(shí)荷載起控制作用。人防地下室位于純地下室部分時(shí)，當(dāng)僅有一層地下室且頂部覆土教薄時(shí)，人防底板一般是戰(zhàn)時(shí)荷載起控制作用，當(dāng)有兩層或兩層以上的地下室且頂部有覆土?xí)r，人防底板一般是平時(shí)荷載起控制作用。6 結(jié)語總之,地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性很強(qiáng)問題，涉及到的內(nèi)容繁多而復(fù)雜，有些問題至今尚未得到很好的解決，如地基與基礎(chǔ)的相互作用問題、上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地基基礎(chǔ)的影響等等?，F(xiàn)代高層建筑由于地下工程龐大，建設(shè)工程在地下的投資已經(jīng)接近甚至超過了地上，因此無論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)的角度講都需要我們更深入地研究地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問題，提高地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平，真正做到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)同步、安全與適用協(xié)調(diào)。參考文獻(xiàn)：1朱炳寅等.