高层建筑中地下室结构设计的问题分析

1、高层建筑中地下室结构设计的问题分析前言近年来，随着我国经济的发展，城市的高层建筑也越来越多，一般都设有地下室，通常为13层，地下室面积约占整个建筑面积的15 %35 %。1 抗浮问题对于具有地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题，针对此种情况，结合我院的工程设计经验，总结出以下解决方案。11在建筑允许的情况下，尽可能提高基坑坑底的设计标高，间接降低抗浮设防水位，具体措施有以下几种:（1）采用平板式筏板基础。一般而言，平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当，但后者的基础高度一般要比前者高。以

2、某广场一期工程为例，西区地下车库底板采用带下翻式柱帽的平板式筏板基础, 板厚为700mm ,而东区则采用“低板位”梁板式筏板基础，基础梁（上翻）高为1300mm ，仅因基础高度一项，东区的基坑深度就比西区深0.6m。（2）楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/161/22，宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高，从而相对降低了抗浮设防水位。在某广场一期工程西区地下室结构设计中，由于地下二层战时为六级人防物质库,柱网跨度为8.8m，地下一层顶部有1.2m 厚的覆土，荷载相对较大，因此在该项目的设计中, 宽扁梁的截面高度取为600mm，为跨度的1/15，如果不使用宽扁梁，截

3、面高度估算在900mm以上，综合经济指标良好。12增加地下室的重量（1） 增加基础配重。此种方法大致又有以下几种情况，增加基础底板的厚度，增加底板上覆土厚度以及底板上采用重度大且价格低廉的填料。这三种方法的共同特点是增加基础配重以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度，从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度，因此它不是一种效率最高的方法，某广场一期东区就采用了第2 种方法，通过与西区相比较，其经济效果较差。（2） 增加地下室顶板的厚度（采用大板结构）。这种方法的优点是在不增加基坑坑底标高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室顶板可以不再设置次梁，既有利于其他专业的使

4、用，又简化了施工工序。当于地下室埋置深度不深时，采用此方法可将桩基抗浮简化为独立基础加防水板，有很大的经济效益。2 地下室结构超长问题地下室结构超长问题存在的普遍性可以从以下几个项目中略见一斑，某广场一期工程西区地下结构平面尺寸为143m 156m，地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小，但周边约束作用较强，结构超长问题的重要性仍然不容忽视。目前比较成熟的做法有以下几种:（1） 设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于4060m 时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为8001000mm ，钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构，设置钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带的宽度按钢筋搭

5、接所需最小尺寸和必要的操作空间确定，设置了钢筋断开和不断开两种伸缩后浇带用以解决地下室结构超长不设缝问题，从使用效果看没有发现问题。（2） 不设置伸缩后浇带,采取其他相应措施。当地下结构的超长问题不是特别突出时，为了简化施工工艺，可采用此方法。这些措施主要有:a. 采用低强度等级混凝土；b. 混凝土中添加微膨胀剂；c. 采用粉煤灰混凝土技术；d. 适当加大分布钢筋配筋量；e. 施工缝处设置膨胀止水条；f . 设置膨胀加强带。3 基础形式的选取及计算分析方法问题现代高层建筑大都为塔楼式建筑群，由于上部结构荷载差异巨大，导致基底反力相差很大，因此，对基础而言，有必要根据不同的上部结构形式、上部结构

6、荷载大小、地基的承载力及压缩模量等问题，因地制宜地采用不同的基础形式。（1） 平板式筏板基础和梁板式筏板基础的适用范围。相邻柱间距及柱荷载差别较小时适用平板式筏板基础，反之则宜采用梁板式筏板基础。通常，在材料用量相当的情况下，梁板式筏板基础的刚度较平板式筏板基础大，底板标高变化较多时宜采用梁板式筏板基础。（2） 梁高、板厚的选取及计算方法问题。目前计算筏板基础时，常用的方法有“倒楼盖”方法、弹性地基梁板方法和有限元分析方法，其中“倒楼盖”方法是一种传统方法，按该法进行基础设计时，基础内力按基底反力直线分布进行计算。基础内力按基底反力直线分布进行计算时，要求地基土比较均匀、上部结构刚度较好、荷载

7、分布比较均匀、梁板式筏板基础梁的高跨比或平板式筏板基础的厚跨比不小于1/6，当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。“规范”对基础梁高跨比和板厚跨比的要求，其本质是要保证基础具有一定的刚度，但笔者认为基础刚度应与基底反力的大小相匹配，对于层数较多的高层建筑而言，该要求很容易满足，但对于层数较少的高层建筑而言，该条要求就显得偏严。（3） 基础底板抗冲切验算及抗剪切计算问题。通过对跨度从610m、长宽比从13、板厚从4001000mm 变化的梁板式筏基底板的计算来看，梁板式筏基底板都是受冲切承载力起控制作用，因此一般的梁板式筏基底板可以不进行底板受剪切承载力的验算。对于平板式筏基而言，底板的柱下及

8、核心筒边的抗冲切验算则必不可少，且应考虑不平衡弯矩的作用，尤其是边柱和角柱。（4） 采用平板式筏板基础时，宜设置平面尺寸较大的柱帽。当有条件时设置上翻式柱帽，没条件时设置下翻式柱帽。设置柱帽有以下优点:a. 解决底板抗冲切问题；b. 减小底板的计算跨度；c. 减小支座负筋。4 人防地下室的结构设计问题地下室根据其使用要求通常会分为人防区和非人防区两部分，普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。41 人防构件的最小截面尺寸取值问题当顶部有覆土时,可以将覆土的厚度折算成相应的混凝土厚度来计算顶板的防护厚度，当顶部没有覆土时，也可以考虑建筑面层的防护作用；对于人防墙、密闭门门框墙，当其防

9、护厚度不足时，则应增加墙厚或按规范要求采取相应的加强防护措施。确定人防构件的截面尺寸除考虑上述两个方面外，还应使人防构件在相应的人防荷载作用下具有规范所要求的允许延性比。42 人防构件的荷载取值问题防空地下室在核爆动荷载作用下的动力分析采用等效静荷载法，人防构件的等效静荷载标准值可按“规范”第4.7 节取值。对于人防顶板,当为常6级且其上覆土厚度大于1.5m 时或者为常5级且其上覆土厚度大于2.5m，顶板可不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载，仅采取构造要求即可。43 人防底板的荷载控制问题人防地下室位于主体结构部分时，人防底板一般是平时荷载起控制作用。人防地下室位于纯地下室部分时，当仅有一层地下室且顶部覆土教薄时，人防底板一般是战时荷载起控制作用，当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时，人防底板一般是平时荷载起控制作用。6 结语总之,地下室的结构设计是一个综合性很强问题，涉及到的内容繁多而复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如地基与基础的相互作用问题、上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高地下室结构设计的水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。参考文献：1朱炳寅等.