高层建筑地下室结构设计问题分析

高层建筑地下室结构设计问题分析

摘要：随着经济社会的不断发展和土地资源的日趋紧张，尤其是人们日益增长的停车需求，越来越多的高层建筑设置了地下室。为了充分利用地下空间，地下室面积日益增大，地下室逐渐向更深发展成为多层地下室。这在一定程度上导致了地下室结构设计相对繁琐、复杂，对设计人员提出了更高的理论和实践要求。因此作为工程设计人员应该进一步关注地下室设计中的常见问题，加强相关规范的学习，进行合理经济的地下室结构设计工作。本文主要从地下室层高问题、抗浮设计、温度应力、沉降问题以及裂缝控制等方面阐释了地下室设计中的常见问题，并对此问题做了分析。关键词：地下室；结构设计；结构选型；抗浮设计；温度应力；裂缝控制引言改革开放以来，我国经济已进入了快速发展期，城市住宅区、商业建筑中的高层、超高层建筑逐渐增多。主体建筑下一般都会建造一层甚至多层地下室。一方面，设置地下室可以满足高层建筑基础埋深的需要；另一方面，平时可以用作车库、商业用途或设备用房，战时又可以作为防空地下室。地下室结构上部覆土、消防车或者人防设计荷载普遍较大，对防水抗裂的要求又比较高。因此，其工程造价也相对较高，通常占全部工程项目造价的比重就较大。影响地下室结构设计的因素有很多，在设计的过程中要综合考虑的技术问题也很多，例如，地下室抗浮、不均匀沉降、地下室抗裂抗渗等问题，这些因素都决定了地下室结构设计的成败。一旦在设计过程中考虑不周或者有所疏漏，那么将会给整个建筑带来严重的安全隐患。本文对地下室结构设计要点做一个简单梳理和探究。1地下室结构选型和层高问题地下室结构设计通常是在确定建筑方案之后进行的，因此不可能再对建筑布局做大幅度的改变和调整。结构设计在方案阶段主要是确定顶底板的结构型式和配合车位合理布置柱网。其中，地下室的结构选型直接关系到地下室的层高。地下室的层高又直接影响到整个工程的造价，因为地下室的层高影响到降水要求、土方开挖、基坑支护、抗浮水头以及施工工期等。因此一般高层建筑地下室的设计人员会尽可能地优化设计使得层高最为经济合理。结构选型是决定地下室层高的最关键因素。目前，地下室顶板常见的结构型式有两种，即为梁板结构体系和无梁楼盖体系。无梁楼盖相比于梁板结构可以节省层高约300～400mm，但是无梁楼盖本身的土建造价相对较高，施工质量控制要求高。另一方面，当地下室顶板作为嵌固端时，主楼相关范围应采用梁板结构。所以无梁楼盖的选择还要受到地下室建筑平面的限制。另外，通过合理布置柱网，对地下室各个专业的统筹协调也可以适当减少地下室的净高。2地下室的抗浮设计当地下水的水位较高或高层建筑地下室埋深较深时，地下室掘开式部分及裙房可能会出现整体抗浮不满足要求的问题。地下室抗浮失效所带来的危害非常大，可以导致地下室底板拱起开裂引起渗漏，严重者导致整个结构失效带来严重安全隐患。这里对于常用的抗浮措施做个简单的总结：第一，在设计允许的基础上，提高基坑坑底的设计高度，进而将抗浮水头降低。减小层高就要求采用精细化设计，例如可以引入BIM设计来优化地下室层高。在结构选型方面可采用宽扁梁、无梁楼盖等结构型式，带由此多带来的土建造价成本的提高应综合考虑。第二，在解决地下室抗浮问题的过程中，最为直接的方法就是增加地下室自身的重量，包括但不限于增加结构构件的尺寸和增加回填材料。从而解决抗浮问题。第三，上述两种方法在抗浮水位较低的地区效果较好。由于我国南方和沿海地区水位较高，只能通过设置抗拔桩或者抗浮锚杆解决抗浮问题。3不均匀沉降问题高层建筑整体高度和自重都远大于掘开式部分纯地下室，两者之间可能会产生不均匀沉降。然后考虑到地下室防水抗渗等问题，往往不能在纯地下室和高层建筑主体之间设置沉降缝。为了有效控制不均匀沉降问题，应采取减小主楼和裙房差异沉降的措施。1)减小主楼沉降的技术措施有：(1)采用压缩模量较高的中密以上砂类土或砂卵石作为地基持力层，并确保下方无软弱下卧层；(2)主楼采取整体式基础，并通过“挑边”等技术措施，适当扩大基础底面积，减小基底附加应力；(3)当采用天然地基效果不明显时，可采用桩基础，以提高地基承载力和减小沉降量。2)适当加大裙楼或者纯地下室沉降的技术措施有：(1)裙楼采用整体性较差、沉降量较大的独立基础，不宜采用整体式筏板基础等；(2)在主楼和裙房交接跨设置用于减小沉降差异的沉降型后浇带，沉降实测值和计算确定的后期沉降差满足设计要求后，方可进行后浇带混凝土浇筑。4地下室温度应力和裂缝控制超长地下室结构裂缝的种类主要有两大类：外界荷载作用引起的裂缝和由变形引起的裂缝。其中变形变化主要包括温度应力、收缩和不均匀沉降三个方面。水泥水化放热及外界气温变化是产生温度应力的两个主要热源。控制温度裂缝的相关措施主要有：(1)采用补偿收缩混凝土，设置后浇带(膨胀加强带)；(2)设置一定数量的温度筋；(3)控制综合温差，选择适当的季节和天气浇筑混凝土；(4)严格控制底板施工过程及养护时间。结束语高层建筑地下室结构设计是一个复杂的过程。高层建筑上部荷载大，基础埋深深，地下室与基础设计的合理与否直接影响高层建筑的正常使用与造价。因此，设计时既要做到安全可靠、经济合理，又要满足地下室特定的建筑使用功能，以保证其正常使用。只有概念清晰、计算准确的结构设计才能为工程质量的提升奠定坚实的基础，为人民的生命财产安全保驾护航。Reference[1]张元坤.多层地下室结构选型论述[J].广东土木与建筑，2015(1).[2]聂贻哲，严平.带约束体的超长地下室温度应力分析[J].低温建筑技术，2008(5).[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].中国建筑工业出版社,2008.[