浅谈高层建筑地下室结构设计中存在的问题及对策

2015-04-16柳鑫

建材与装饰 2015年27期

关键词：标准值外墙结构设计

柳鑫

（贵州省城乡规划设计研究院　贵州　贵阳　550001）

浅谈高层建筑地下室结构设计中存在的问题及对策

柳鑫

（贵州省城乡规划设计研究院贵州贵阳550001）

随着科学技术水平的不断提升，我国各行各业进入了新的发展阶段，高层建筑设计施工行业更是呈现出了新的特点。地下室结构是高层建筑的重要组成部分，对于建筑的整体稳定性以及人防性能等应用需求有着显著的影响。本文结合工程实例对高层建筑地下室结构设计中存在的问题进行了分析，并提出了相应的控制措施，具有一定借鉴价值。

高层建筑；地下室；结构设计；问题；措施

引言

随着高层建筑的迅速崛起，高层建筑地下室结构的合理设计越来越引起人们的关注。高层建筑地下室的设计使用：①出于对地下空间的使用利用上的考虑，比如在地下室设置车库；②根据规范的要求，高层建筑基础一般埋置深度较大，设置地下室较为经济且较为合理。为了满足不同设计的需求，在地下室结构设计的过程中，应遵循安全、适用和合理的原则，同时在高层建筑地下室的建设过程中还需要重视其的技术的改进与革新，以满足未来建筑的设计需求。

1　工程实例

1.1工程概况

本工程地下室二层，其中地下二层为战略民防掩避室兼汽车库；地下一层为设备、电气机房及车库。占地面积为4353.735m2，地下室建筑面积为8770m2。建筑总面积36000m2，建筑总高度99m，地下室总高度11.6m，共有24层。抗震设防烈度为Ⅵ度，场地类别为Ⅱ类，抗震等级为二级。地下室底板及地下室外墙防水层采用APP塑性体沥清卷材防水。

1.2地下室结构分析

本工程为全现浇框筒结构，抗震设防裂度为Ⅵ度。本工程基础采用人工挖孔灌注桩及独立柱基础。基础底板为有梁板。地下室混凝土强度等级：基础垫层C10、基础底板C35P8、框架柱C55，核心筒墙体C55、外墙水池壁C35P8、梁、板、其它墙C35、其它C35。地下二层、地下一层结构高分别为5.40m和6.00m。

钢筋保护层：地下室外墙内侧25mm，外侧35mm，其它墙为15mm，基础底板35mm，柱30mm、梁25mm，板15mm。底板厚300mm，核心筒筏板板厚2000mm。基础底板标高为-11.4m，局部底板标高为-13.4m。

地下室剪力墙尺寸：地下室外墙墙厚400mm，核心筒墙体厚有：400mm、350mm、200mm。

柱截面尺寸：柱均设计为方柱，柱共四种类型，1000mm× 1000mm、900mm×900mm、800mm×800mm、600mm×600mm。有附墙柱及独立柱。

板类型及板厚：地下室板均为有梁板，地下二层顶板厚为250mm，地下一层顶板厚均为180mm。

梁截面尺寸：底板暗截面尺寸有800mm×1000mm、400mm× 800mm及350mm×600mm三种规格。地下二层顶板梁截面尺寸有400mm×1000mm、350mm×800mm两种规格。地下一层顶板梁截面尺寸有400mm×1000mm、400mm×800mm、350mm×800mm三种规格。

2　高层建筑地下室结构设计要点研究

2.1混凝土设计

（1）地下室混凝土强度等级除与主楼和辅楼上部结构对应的框架柱为C45外，其余结构构件均为C35.地板及承台底铺设150 厚C15素混凝土垫层。

（2）地下室板、顶板、基础梁、承台、水池侧壁、外墙、与外墙相连的柱及剪力墙、出入口汽车坡道均采用防水混凝土，抗渗等级不低于P8。

2.2后浇带设计

本工程地下室属超长结构，混凝土浇捣后易产生较大的收缩应力，导致外墙、楼板、梁开裂，为了降低这种危害，从地下室地板至地下室顶板设置多道后浇带。其要求如下：①地下室顶板及楼板后浇带大样详12ZG003第40页节点；②现浇梁后浇带大样详12ZG003第40页节点；③地下室底板后浇带大样详12ZG003 第41页节点；④地下室外墙后浇带大样详12ZG003第41页节点；⑤一般后浇带应在其两侧混凝土龄期达到60d后，主楼周围后浇带应在主楼封顶14d后，且观测沉降速率不大于0.03mm/d后，方可施工，后浇带混凝土应采用补偿性收缩混凝土浇筑，气强度等级应较两侧混凝土强度等级提高一级，养护不少于28d；⑥混凝土应添加缓凝抗裂剂，具体掺量详见产品说明，用于屋面、地下室所有构件、后浇带处。

2.3钢筋的链接及锚固设计

（1）柱、墙、板、梁中受力钢筋接长方式：剪力墙边缘构件、地下室地板和顶板、框架梁及框架柱中，直径≥16mm的钢筋均采用机械连接接头，其接头应相互错开，钢筋机械连接接头连接区段的长度为35d，位于同一连接区段内的纵向钢筋接头面积百分率不大于50％，直径＜16mm的钢筋可采用焊接连接接头，其接头应相互错开，钢筋焊接连接接头连接区段的长度为35d且不小于500mm，位于同一连接区段内的纵向钢筋接头面积百分率不大于50％。当剪力墙墙体分布钢筋和现浇板钢筋采用绑扎搭接连接接头时，其接头应相互错开。钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度，位于同一连接区段内的纵向钢筋接头面积百分率不大于25％。

（2）顶板面筋及地板底筋在跨中1/3范围、顶板底筋急地板面筋在支座范围接长，同一截面可接长25％总钢筋面积，相邻接头错开600。

（3）剪力墙、柱、梁大样均选用国家标准设计图集《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》（11G101-1），钢筋的锚固与连接均详该图集，次梁、板钢筋的最小锚固长度La按第53页表选用，其它梁、柱、墙钢筋的最小锚固长度LaE按第53页表选用，梁支座处，梁面钢筋直径相同时，应尽可能拉通，梁支座上部纵筋截断除满足11G101-1第4.41～4.43条外，在梁内还不得小于2倍梁高及1.5LaE。

（4）地下室地板、顶板的上下部钢筋在支座的锚固长度≥La。地下室墙体水平钢筋在暗柱处应贯通。

3　高层建筑地下室结构设计常见问题分析

3.1高层建筑地下室结构的防水问题

地下室防水是地下室设计中的重要部分，是地下室使用的安全性、舒适性的重要保障，因而地下室防水至关重要。然而目前现实中的高层建筑地下室，防水方面的质量问题还是较多，有的造成的影响还十分严重。如果地下室结构防水达不到相关设计要求和标准，将会导致地下室积水问题的出现，钢筋混凝土若长时间被积水浸泡，会导致混凝土内部钢筋锈蚀膨胀，威胁混凝土结构的稳定性，进而对整体建筑结构的使用安全性构成威胁。

3.2高层建筑地下室结构的荷载问题

地下室结构荷载包括核爆动荷载（考虑人防）、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合，结构设计时可依各工程的结构特点，根据规范要求进行荷载组合。地下室各部位参与组合的荷载分别为：

顶板：顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。

侧墙：竖向，顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位），外墙自重标准值；横向，核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。

内承重墙（柱）：顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重，内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和，由大的荷载起控制作用。

基础：底板核爆动荷载标准值，上部建筑物自重标准值，顶板传来静荷载标准值，地下室墙身自重标准值。

3.3高层建筑地下室结构设计中的变形缝与后浇带

高层建筑中常见的变形缝有伸缩缝、沉降缝、防震缝。伸缩缝是自基础以上将建筑物断开，避免建筑因温度和收缩变形而导致开裂破坏，建筑在沉降缝位置处必须从上部到基础完全断开，将建筑分成几个部分，使得每个部分沉降均匀，避免因沉降的差异过大导致开裂破坏，防震缝将建筑分为平面规则的、简单的、独立的防震单元，避免地震时建筑因平面不规则而产生破坏，防震缝设置位置处，基础可以断开，也可以不断开。实际的大部分工程在结构设计时，设置以上两种缝时都必须综合考虑，即做到“二缝合一”。

高层建筑的地下室有防水的额外要求，而变形缝恰恰是防水的薄弱位置，处理不好的话容易引起地下水的渗漏，因此地下室设计中宜尽量采取设置后浇带、加强带等结构措施，以避免设置变形缝。且《高规》12.2.3条也规定：“高层建筑的地下室中不宜设置变形缝。”地下室通常会设置施工后浇带，目的是为了将混凝土硬化过程当中的应力释放出来，用以控制或减少混凝土的初始裂缝，因而《高规》中规定地下室超过伸缩缝的最大距离要求时，可采取每隔30～40m设置800～1000mm宽施工后浇带的措施，且施工后浇带需贯通地下室底板、外壁和顶板。施工后浇带设置应避开梁板的最大受力位置，一般设置在柱距的二等分线的附近位置，后浇带的浇筑宜在45d之后进行。楼板和墙体钢筋在后浇带位置宜断开搭接，便于两侧的混凝土能够各自自由收缩，但是梁钢筋可以不断开。需值得注意的是，施工后浇带并不能直接减少建筑物在使用过程中结构的温度应力，也就不能够提高结构对于温度应力的承受能力。

3.4地下室外墙的结构设计

地下室外墙是地下室的重要组成部分，在高层建筑地下室结构设计的过程中，地下室外墙的设计起着至关重要的作用。地下室外墙不仅承受了上部结构传来的竖向荷载，同时也承受了水平荷载（水平荷载包含有上压力，地面堆载产生的侧向压力，水压力以及人防荷载等）。但是在地下室外墙的结构设计中，上部结构竖向荷载产生的内力一般不起控制作用，起控制作用的还是由水平荷载产生的内力。地下室外墙一般根据周边的支承情况按双向板或单向板计算内力。地下室的内墙一般距离相距较远，因而在实际的设计中一般按底部（基础底板或中间层楼板）作固定支座，顶板处作铰接支座来计算地下室外墙。且计算时仅考虑水平荷载作用，不考虑水平荷载和竖向荷载组合的压弯作用效应。

通常设计中，地下室外墙采用的混凝土等级不会太高，一般为C30。这是由于强度等级过高必然导致混凝土的水泥用量较大，较易产生裂缝，容易引起渗漏。但是大多数的实际高层建筑中，地下室外墙上往往都有框架柱，这些框架柱承受了上部结构的荷载，因此它们的混凝上强度等级往往较高，一般都高于地下室外墙的强度等级。从设计角度来看，上述做法是符合规范要求的，但是混凝土标号的不同会给实际施工带来不便。如果都按低标号来做，必然会影响结构的安全，如果都按高标号来，显然会提升造价，经济性不高。对于强度等级相差不是特别大的情况时，通常我们可以采用墙柱交界处加腋的方式来解决上述问题，加腋后都可按地下室外墙的混凝土标号来浇筑。在地下室外墙中的框架柱可通过加大柱截面及加腋增大实际柱截面处理，并验算局部受压满足要求时，混凝土等级可统一按地下室外墙混凝土等级。

4　解决措施

要较好的解决地下室的防水问题，在设计过程中，必须根据工程的性质、使用要求和重要性等方面来合理确定防水等级。结构设计中地下室的防水问题我们主要关注两个方面：①主体结构的防水；②细部构造的防水，也称节点防水。地下室主体结构防水大多数采用结构自防水，也就是采用防水混凝土。防水混凝土主要分为普通防水混凝上、外加剂防水混凝土、膨胀水泥防水混凝土。采用防水混凝土时还需注意设计抗渗等级的要求。而地下室的节点防水，就是要对地下室的变形缝、施工缝、后浇带等防水的薄弱环节采取一些防水构造措施，如：设止水带、做成企口缝以延长渗水路线等等。