探讨高层建筑超长地下室结构设计注意事项

2018-03-26姚运

山西建筑 2018年24期

关键词：抗浮人防结构设计

姚运

(深圳市建筑设计研究总院有限公司合肥分院，安徽合肥 230088)

0 引言

基于高层建筑结构的复杂性，设计人员在对超长地下室进行结构设计时，必须对建筑工程项目的结构类型、地质条件以及用途进行综合考虑，同时还要考虑工程施工对周边建筑的影响，如防裂缝设计、抗浮设计等，以保证施工安全。

1 混凝土结构裂缝问题

高层建筑的地下室长度通常都在100 m以上。从技术方面来看，超长地下室的混凝土结构受温度影响较小，但高层建筑物的约束力较强，常常会造成混凝土结构出现裂缝问题。从实际使用情况来讲，超长地下室结构如果存在问题，就会在很大程度上影响到其防水功能，进而对混凝土结构的稳定性和可靠性造成影响，很容易导致安全隐患的出现。这种问题产生的根源主要在于混凝土强度和结构设计施工等。因此，必须合理控制混凝土裂缝，并要对设计和施工过程进行严格把控。

从实际防控措施来看，第一步应对裂缝进行科学计算，计算时考虑温度应力作用，在混凝土规范中裂缝允值范围内，满足强度前提下对配筋进行合理配置，之后对裂缝宽度验算，通常要将裂缝控制在背水面0.3 mm，迎水面0.2 mm之内。

第二步，应对施工材料进行严格把控，以带肋钢筋为最佳选择，大体积混凝土配合比应经过试配确定。原材料应符合相关标准要求，宜选用低水化热低碱水泥，掺入适量的粉煤灰和缓凝型外加剂，并控制水泥用量。将混凝土标号控制在C40之内，同时为了保证混凝土质量，主体结构构件的后浇带采用填充膨胀混凝土,除后浇带外采用补偿收缩混凝土。膨胀剂采用复合型防水膨胀剂。

第三步，合理满足混凝土结构的各个方面标准，应对后浇带设置进行综合考虑，高层建筑四周设置沉降后浇带解决沉降问题，每隔30 m～40 m设多道纵横向收缩后浇带或间歇式膨胀加强带；同时在相关规范标准的基础上对钢筋间距进行科学设置，增大侧壁、楼板(底板)水平配筋，梁腰筋加密处理；将其间距控制在15 cm之内，如果迎水面保护层厚度过大，可以运用设置钢筋网片的方式对混凝土裂缝进行控制。

第四步，应对施工工艺进行合理控制，尽管地下室裂缝受温度变化影响不大，但依然要进行保温保湿等养护工作，应将混凝土表面与中心温差控制在25 ℃之内，并要持续养护半个月以上。施工时可以采用分仓浇筑分段跳仓施工，严格控制原材料的质量及施工方法。

2 不均匀沉降问题

如果地基不是建造在坚硬的岩石上，高层建筑超长地下室都要面临的一个非常重要的问题就是不均匀沉降问题。在设计高层建筑的超长地下室的过程中，设计人员一定要对周边建筑物与高层建筑对同一地下室的沉降缝进行重点考虑，为了保证高层建筑各个部位的沉降现象不相影响，就应将不均匀沉降所造成的内力尽可能避免，但这样就从技术方面阻碍地下室防渗漏、结构稳定性设计，通常采用下面几种方式来进行处理：

第一种，采用人工处理地基的方式，也就是主体结构部分采用碎石桩(CFG)复合地基，而裙房和纯地下室位置可以使用天然地基，使用此种方式的原因在于碎石桩技术性价比相对较高。

第二种，主体结构部分采用桩基础，主体结构的荷载被桩基础传递到岩石或土层上，以确保地下室周边建筑与高层建筑沉降值降到最小，并在一定程度上防止设置沉降后浇带产生的相关问题，该方式具有十分明显的优势，但其施工成本非常高，所以一般在地基条件较差的情况下使用。

3 抗浮问题

普通的高层建筑工程项目的地下建筑在抗浮问题方面没有难点技术的存在，但超长地下室设计方面却有很多技术问题存在。一般会采用下面几种方式来解决：

第一种，保证抗浮水位的取值具有科学性与合理性，抗浮水位的基本依据是过去各个年份的最高水位，而如果对抗浮要求不太严格的情况下，可以根据过去3年～5年中的最高水位来确定抗浮水位，抗浮水位的科学设置能给建筑工程项目带来十分明显的直接性经济效益。

第二种，可以将基坑坑底的设计标高适当提高，就降低设防水位，该方式的具体实施，可以采取平板式筏板基础，建议使用宽扁梁或无梁楼盖，采用宽扁梁楼盖能够将地下结构的层高合理降低，也在一定程度上将抗浮设防水位间接降低。

第三种，适当增加地下室配重，将抗浮问题直接性解决，但该方式一定要对地基的承载力进行充分考虑，否则将造成严重的后果。在对主体结构的地基承载力进行修正过程中，地下室重量的增加能够将其有效埋置深度适当提升，将基础底厚度和基础顶覆土厚度等适当增加促使基础配重有效增加。另外，还可以将顶板的厚度适度增加来增加地下室重量。

第四种，可以采用抗浮桩或抗拔锚杆的设计解决抗浮问题，但该方式具有一定的局限性，其根源是由于地下水位难以实现精确性计算，很容易导致主体结构和裙房出现更大的不均匀沉降差。如果地下水位长期处于较高位置，抗浮桩能够发挥十分明显的作用，所以在设计过程中，设计人员要对各方面的条件和影响进行综合分析，合理选择抗浮方式。

4 高层建筑超长地下室结构设计的变形缝问题

因为地上塔楼有一定的高度差存在，并且各塔楼体型也不一样，在较为复杂的高层建筑中有很多薄弱环节存在。所以，根据设计要求，要采用防震缝设置，以促使结构具有较强规则性，从而增强结构的抗震性能。将变形缝设置在地上，该方式的优点是能够将地下室结构受温度变化而产生变形裂缝的几率有效降低。同时因为结构设计较为简单，能够将其抗震设计效率有效提高。

从地下室顶板方面来看，高层建筑超长地下室可以不预设变形缝。因为超长地下室顶板高度基本一致，整体性较强，在不进行变形缝设计的情况下，可把顶板当做嵌固端，可以对周围土体传递水平震波，以提高防震性能。如果施工过程中地下水位相对较高，在没有变形缝设计的情况下，可以起到一定的防水作用。在设计变形缝之前，设计人员要对高层建筑的整体结构进行认真分析和研究，将变形缝位置合理确定下来。

5 人防地下室结构设计问题

按照相关规范要求，同时根据实践经验，人防地下室结构设计中需要注意的事项有以下几个方面：

第一点，关于人防构件最小截面尺寸的取值方面，设计人员应根据《人民防空地下室设计规范》规定，人防顶板和人防墙等厚度应控制在200 mm以上，从人防顶板方面来讲，如果其顶部存在覆土，可以折算覆土厚度并将其当做混凝土厚度来对顶板防护厚度进行计算，如果不存在覆土情况，设计人员就应对建筑面层的防护功能进行考虑。如果人防墙以及密闭门门框樯等防护厚度不能符合相关要求，就一定要采用适当方式将墙厚增加，也可以根据施工规范严格设计施工方案。人防区顶板按战时塑性计算、平时弹性包络设计。

第二点，关于人防构件荷载的确定方面，通常情况下，采取等效静荷法来计算人防地下室荷载，该方式的使用重点在于需要合理运用等效静荷载。

第三点，关于人防底板的荷载控制方面，对于两层或以下的人防地下室来说，如果其顶部存在覆土，应注意这种情况下人防底板通常是通过平时荷载来实现控制功能的，在其他情况下，通常是战时荷载来进行控制。