高层建筑地下室结构设计常见问题分析

陈杰

摘要：随着建筑技术的不断进步，目前高层建筑的应用越来越广泛，在高层项目的实施过程中，地下室结构设计工作面临的难度较大，对此本文分析高层建筑地下室结构设计常见问题，在此基础上提出解决对策，希望对相关工作有所帮助。

关键词：高层建筑；地下室；结构设计；问题；对策

目前地下室的应用十分普遍，并且随着社会的不断发展，人们对地下设施的需求越来越高，在高层建筑地下室的结构设计过程中，面临的问题十分复杂，包括结构超长、变形、抗浮以及地基承载力问题等等，并且还要认识到，高层建筑地下室的施工难度大，施工周期长，材料消耗大，如果地下室结构不合理，将严重影响项目成本以及施工进度，降低工程项目的社会效益和经济效益，由此可见，有必要进一步探讨高层建筑地下室结构设计的常见问题。

1 抗浮问题

针对于建有大底盘地下室的高层建筑群体来说，塔楼部门在使用过程中通常不会出现抗浮问题，不过纯地下室部门和裙房部分则容易产生抗浮不符合要求的现象，个人认为，可采取以下几方面措施来解决上述问题。

1.1 合理确定抗浮设防水位

在地勘部门的勘查报告中，地下水水位方面的指标主要有以下三项，一是拟建场地的历史最高水位，二是近3-5年的最高水位，三是实际勘查时的实测静止地下水位。在确定抗浮设防水位时，一定要科学运用各项指标，以我院的工程设计经验为例，我院在北京市某高层大厦地下室的设计过程中，为了确保抗浮设防水位设计合理，首先充分依照《北京地区建筑地基基础勘查设计规范》中的各项规定，对于防水要求不严格的地下室，在确定设防水位时可以根据实测静止地下水位以及近3-5年最高水位来进行设计，而对于防水要求较为严格的地下室，则可以依据历年最高地下水位来进行设计。同时我院充分结合北京地区缺水现状，并考虑到周边地区的地下水位状况，最终我院建议甲方委托勘查单位对抗浮设防水位重新评估。根据勘查报告显示，近3-5年最高水位35.000m左右，1959年以来历史最高水位37.000m左右，根据各项水文资料，重新评估后抗浮设防水位为33.500m，我院在设计过程中为了有效应对抗浮问题，按照地下水位35.500m进行设计，通过增加基础配重来应对地下水浮力问题。

1.2 尽量提高基坑坑底设计标高

在保证建筑物质量、安全以及功能的情况下，可以尽量提高基坑坑底的设计标高，这样也能够在一定程度上解决抗浮问题。

首先应尽量采取平板式筏板基础。通常情况下，平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式阀板基础上填覆土的重量基本相当，不过平板式筏板基础的高度要更低，因此应尽量采用平板式筏板基础。

其次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1/16-1/22，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。

1.3 增加地下室的重量

增加地下室本身的重量可以解决地下室抗浮问题，在对主体结构的地基承载力进行深度修正时，增加地下室的重量可以提高主体结构的有效埋置深度，从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。因此在高层建筑地下室结构设计中，应通过增加基础配重、增加地下室顶板厚度等方式来增加地下室重量，不过要注意到，但种方法应结合地基土的承载力而定，不能顾此失彼。

2 不均匀沉降问题

不均匀沉降问题对于大底盘高层建筑群而言，是一个必须面对的问题，除非该建筑群直接坐落在坚硬的岩石地基上，解决此问题主要有以下几种方法。

2.1采用人工处理地基

（1）CFG桩地基处理+设置沉降后浇带。此方法的出发点是：在CFG桩复合地基承载能力满足设计要求的前提下，允许主体结构在施工期间有相对量的沉降，由此造成的沉降差靠主体结构和非主体结构之间的沉降后浇带来解决。这种方法的优点是：降低地基处理的程度，进而减少CFG桩的数量，降低建设成本，减少施工周期。其缺点在于：由于沉降后浇带一般是在主体结构封顶后1-2个月封闭，这样将使施工期间的基坑降水时间加长，增加了降水费用，并且后浇带放置时间过长质量难以保证，而且相应位置底板还要加厚，另外由于沉降后浇带的存在使得主体结构在施工期间长时间不能处于四边嵌固的状态，对结构在施工期间的整体稳定性也不利。如果能采取有效措施避免由于设置沉降后浇带所带来的问题的话，这种方法还是很经济适用的，目前国内很多项目都采取了这种方法，实践证实技术经济效果都不错。

（2）CFG桩地基处理+不设置沉降后浇带。这种方法要求在CFG桩复合地基承载能力满足设计要求的前提下，严格控制主体结构的最终沉降量，这样做的优缺点正好和方法（1）相反，我国的“中国气象局国家气候中心科技大楼”采用了此种方法，从技术角度讲没有任何问题，但经济效果略欠佳。

2.2 主体结构采用桩基础

这样即能保证主体结构具有较小的最终沉降量，也不存在地基的承载能力问题，而且可以避免设置沉降后浇带后所带来的一些问题。但此种方法造价较高，一般适用于超高层建筑或地基条件较差的情况。

2.3 整体基础+独立基础

主体结构部分采用整体基础，裙房及地下室部分采用独立基础外加防水板，这种处理方法充分发挥了各种不同基础形式的优点且造价低廉，但施工工序复杂，目前在实际工程中使用较少。

2.4 计算措施

计算措施应结合以上相应方法，在一定程度上准确确定不均匀沉降量，具体措施有：（1）计算主体结构的沉隆量时应考虑基础的补偿作用；（2）考虑基坑开挖后基坑坑底的土反弹量。

3 地下室結构超长问题

目前比较成熟的做法有以下几种：

3.1 设置伸缩后浇带

地下结构一般在结构长度大于40-60m时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为800-1000mm，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接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。

3.2 不设置伸缩后浇带

如不设置伸缩后浇带，可采取以下措施：（1）采用低强度等级混凝土；（2）混凝土中添加微膨胀剂；（3）采用粉煤灰混凝土技术；（4）适当加大分布钢筋配筋量；（5）施工缝处设置膨胀止水条；（6）设置膨胀加强带。

总结：

随着社会的发展，建筑的发展速度不断加快，地下室的结构设计是一个综合性很强的工作，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，例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。

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