向林

【摘 要】本文通過(guò)筆者多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，主要就高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)與分析，主要從抗浮、結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)、基礎(chǔ)形式的選取、計(jì)算分析方法和人防設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了論述，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；地下室；抗浮設(shè)計(jì)；計(jì)算方法；人防設(shè)計(jì)

引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，高層建筑隨之不斷增多，在城市工程建設(shè)中出現(xiàn)了非常多的地下室和地下車(chē)庫(kù)。將高層建筑的設(shè)備用房、地下消防水池和汽車(chē)停車(chē)位等等設(shè)置在地下室，不僅能夠充分地發(fā)揮地下室的作用，而且又滿足了基礎(chǔ)埋深的要求，同時(shí)地下停車(chē)場(chǎng)可以用作人防地下室，以滿足戰(zhàn)時(shí)需要。因此，在高層建筑的設(shè)計(jì)中，如何合理地設(shè)計(jì)地下室的結(jié)構(gòu)這個(gè)問(wèn)題顯得極其重要，下面簡(jiǎn)要地探討地下室在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題。

1 抗浮問(wèn)題

對(duì)于高層建筑地下室來(lái)說(shuō)，塔樓部分一般在使用階段不會(huì)存在抗浮問(wèn)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(wèn)題，針對(duì)此種情況，結(jié)合筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下解決方案。

1.1 提高基坑坑底的設(shè)計(jì)標(biāo)高，降低抗浮設(shè)防水位

（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。以某廣場(chǎng)一期工程為例，西區(qū)地下車(chē)庫(kù)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(wú)梁樓蓋。一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/16～1/22，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(chǎng)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(kù)，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，截面高度估算在900mm以上，綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。

1.2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(wèn)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(chǎng)一期東區(qū)就采用了第2 種方法，通過(guò)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。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)的使用，又簡(jiǎn)化了施工工序。當(dāng)?shù)叵率衣裰蒙疃炔簧顣r(shí)，采用此方法可將樁基抗浮簡(jiǎn)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(zhǎng)問(wèn)題

對(duì)目前來(lái)說(shuō)，地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生。如某廣場(chǎng)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(zhǎng)問(wèn)題引起了人們的關(guān)注。因此，需要采取以下幾個(gè)方面的措施：

（1）設(shè)置伸縮后澆帶。地下結(jié)構(gòu)一般在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度大于40～60m 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800～1000mm ，鋼筋貫通不切斷。對(duì)于平面尺寸特別長(zhǎng)的地下結(jié)構(gòu)，設(shè)置鋼筋斷開(kāi)的伸縮后澆帶，后澆帶的寬度按鋼筋搭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(kāi)和不斷開(kāi)兩種伸縮后澆帶用以解決地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)不設(shè)縫問(wèn)題，從使用效果看沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(zhǎng)問(wèn)題不是特別突出時(shí)，為了簡(jiǎn)化施工工藝，可采用此方法。這些措施主要有：1）采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土；2）混凝土中添加微膨脹劑；3）采用粉煤灰混凝土技術(shù)；4）適當(dāng)加大分布鋼筋配筋量；5）施工縫處設(shè)置膨脹止水條；6）設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。

3 基礎(chǔ)形式的選取及計(jì)算問(wèn)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)荷載大小、地基的承載力及壓縮模量等問(wèn)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(wèn)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）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(méi)條件時(shí)設(shè)置下翻式柱帽。設(shè)置柱帽有以下優(yōu)點(diǎn)：1）解決底板抗沖切問(wèn)題；2）減小底板的計(jì)算跨度；3）減小支座負(fù)筋。

4 人防地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)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。

4.1 人防構(gòu)件的最小截面尺寸取值問(wèn)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(lái)計(jì)算頂板的防護(hù)厚度，當(dāng)頂部沒(méi)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(mén)門(mén)框墻，當(dāng)其防護(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。

4.2 人防構(gòu)件的荷載取值問(wèn)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。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。

4.3 人防底板的荷載控制問(wèn)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。

5 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜性工程，其上部荷載大，基礎(chǔ)埋深較深，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否將直接影響到建筑物的正常使用和工程造價(jià)。所以，在設(shè)計(jì)階段既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，又要滿足地下室結(jié)構(gòu)抗浮要求，以確保高層建筑的質(zhì)量和使用安全。

【參考文獻(xiàn)】

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[3] 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）.

[4] 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）.

[5] 《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50038—2005）.