高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析

高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析

摘要：隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和土地資源的日趨緊張，尤其是人們?nèi)找嬖鲩L的停車需求，越來越多的高層建筑設(shè)置了地下室。為了充分利用地下空間，地下室面積日益增大，地下室逐漸向更深發(fā)展成為多層地下室。這在一定程度上導致了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計相對繁瑣、復雜，對設(shè)計人員提出了更高的理論和實踐要求。因此作為工程設(shè)計人員應該進一步關(guān)注地下室設(shè)計中的常見問題，加強相關(guān)規(guī)范的學習，進行合理經(jīng)濟的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。本文主要從地下室層高問題、抗浮設(shè)計、溫度應力、沉降問題以及裂縫控制等方面闡釋了地下室設(shè)計中的常見問題，并對此問題做了分析。關(guān)鍵詞：地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)選型；抗浮設(shè)計；溫度應力；裂縫控制引言改革開放以來，我國經(jīng)濟已進入了快速發(fā)展期，城市住宅區(qū)、商業(yè)建筑中的高層、超高層建筑逐漸增多。主體建筑下一般都會建造一層甚至多層地下室。一方面，設(shè)置地下室可以滿足高層建筑基礎(chǔ)埋深的需要；另一方面，平時可以用作車庫、商業(yè)用途或設(shè)備用房，戰(zhàn)時又可以作為防空地下室。地下室結(jié)構(gòu)上部覆土、消防車或者人防設(shè)計荷載普遍較大，對防水抗裂的要求又比較高。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較大。影響地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素有很多，在設(shè)計的過程中要綜合考慮的技術(shù)問題也很多，例如，地下室抗浮、不均勻沉降、地下室抗裂抗?jié)B等問題，這些因素都決定了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的成敗。一旦在設(shè)計過程中考慮不周或者有所疏漏，那么將會給整個建筑帶來嚴重的安全隱患。本文對地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計要點做一個簡單梳理和探究。1地下室結(jié)構(gòu)選型和層高問題地下室結(jié)構(gòu)設(shè)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布局做大幅度的改變和調(diào)整。結(jié)構(gòu)設(shè)計在方案階段主要是確定頂?shù)装宓慕Y(jié)構(gòu)型式和配合車位合理布置柱網(wǎng)。其中，地下室的結(jié)構(gòu)選型直接關(guān)系到地下室的層高。地下室的層高又直接影響到整個工程的造價，因為地下室的層高影響到降水要求、土方開挖、基坑支護、抗浮水頭以及施工工期等。因此一般高層建筑地下室的設(shè)計人員會盡可能地優(yōu)化設(shè)計使得層高最為經(jīng)濟合理。結(jié)構(gòu)選型是決定地下室層高的最關(guān)鍵因素。目前，地下室頂板常見的結(jié)構(gòu)型式有兩種，即為梁板結(jié)構(gòu)體系和無梁樓蓋體系。無梁樓蓋相比于梁板結(jié)構(gòu)可以節(jié)省層高約300～400mm，但是無梁樓蓋本身的土建造價相對較高，施工質(zhì)量控制要求高。另一方面，當?shù)叵率翼敯遄鳛榍豆潭藭r，主樓相關(guān)范圍應采用梁板結(jié)構(gòu)。所以無梁樓蓋的選擇還要受到地下室建筑平面的限制。另外，通過合理布置柱網(wǎng)，對地下室各個專業(yè)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)也可以適當減少地下室的凈高。2地下室的抗浮設(shè)計當?shù)叵滤乃惠^高或高層建筑地下室埋深較深時，地下室掘開式部分及裙房可能會出現(xiàn)整體抗浮不滿足要求的問題。地下室抗浮失效所帶來的危害非常大，可以導致地下室底板拱起開裂引起滲漏，嚴重者導致整個結(jié)構(gòu)失效帶來嚴重安全隱患。這里對于常用的抗浮措施做個簡單的總結(jié)：第一，在設(shè)計允許的基礎(chǔ)上，提高基坑坑底的設(shè)計高度，進而將抗浮水頭降低。減小層高就要求采用精細化設(shè)計，例如可以引入BIM設(shè)計來優(yōu)化地下室層高。在結(jié)構(gòu)選型方面可采用寬扁梁、無梁樓蓋等結(jié)構(gòu)型式，帶由此多帶來的土建造價成本的提高應綜合考慮。第二，在解決地下室抗浮問題的過程中，最為直接的方法就是增加地下室自身的重量，包括但不限于增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和增加回填材料。從而解決抗浮問題。第三，上述兩種方法在抗浮水位較低的地區(qū)效果較好。由于我國南方和沿海地區(qū)水位較高，只能通過設(shè)置抗拔樁或者抗浮錨桿解決抗浮問題。3不均勻沉降問題高層建筑整體高度和自重都遠大于掘開式部分純地下室，兩者之間可能會產(chǎn)生不均勻沉降。然后考慮到地下室防水抗?jié)B等問題，往往不能在純地下室和高層建筑主體之間設(shè)置沉降縫。為了有效控制不均勻沉降問題，應采取減小主樓和裙房差異沉降的措施。1)減小主樓沉降的技術(shù)措施有：(1)采用壓縮模量較高的中密以上砂類土或砂卵石作為地基持力層，并確保下方無軟弱下臥層；(2)主樓采取整體式基礎(chǔ)，并通過“挑邊”等技術(shù)措施，適當擴大基礎(chǔ)底面積，減小基底附加應力；(3)當采用天然地基效果不明顯時，可采用樁基礎(chǔ)，以提高地基承載力和減小沉降量。2)適當加大裙樓或者純地下室沉降的技術(shù)措施有：(1)裙樓采用整體性較差、沉降量較大的獨立基礎(chǔ)，不宜采用整體式筏板基礎(chǔ)等；(2)在主樓和裙房交接跨設(shè)置用于減小沉降差異的沉降型后澆帶，沉降實測值和計算確定的后期沉降差滿足設(shè)計要求后，方可進行后澆帶混凝土澆筑。4地下室溫度應力和裂縫控制超長地下室結(jié)構(gòu)裂縫的種類主要有兩大類：外界荷載作用引起的裂縫和由變形引起的裂縫。其中變形變化主要包括溫度應力、收縮和不均勻沉降三個方面。水泥水化放熱及外界氣溫變化是產(chǎn)生溫度應力的兩個主要熱源?？刂茰囟攘芽p的相關(guān)措施主要有：(1)采用補償收縮混凝土，設(shè)置后澆帶(膨脹加強帶)；(2)設(shè)置一定數(shù)量的溫度筋；(3)控制綜合溫差，選擇適當?shù)募竟?jié)和天氣澆筑混凝土；(4)嚴格控制底板施工過程及養(yǎng)護時間。結(jié)束語高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復雜的過程。高層建筑上部荷載大，基礎(chǔ)埋深深，地下室與基礎(chǔ)設(shè)計的合理與否直接影響高層建筑的正常使用與造價。因此，設(shè)計時既要做到安全可靠、經(jīng)濟合理，又要滿足地下室特定的建筑使用功能，以保證其正常使用。只有概念清晰、計算準確的結(jié)構(gòu)設(shè)計才能為工程質(zhì)量的提升奠定堅實的基礎(chǔ)，為人民的生命財產(chǎn)安全保駕護航。Reference[1]張元坤.多層地下室結(jié)構(gòu)選型論述[J].廣東土木與建筑，2015(1).[2]聶貽哲，嚴平.帶約束體的超長地下室溫度應力分析[J].低溫建筑技術(shù)，2008(5).[3]李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化與合理構(gòu)造[M].中國建筑工業(yè)出版社,2008.[