高层建筑地下室结构设计常见问题

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【摘 要】地下室的设计应遵循安全、适用和合理的原则,合理的设计是前提.地下室往往作为高层上部结构的嵌固部位,地下室的外墙刚度大,结构布置时应根据《高层建筑混凝土结构技术规程》来保证其刚度,平面上尽量保持刚度均匀,各层板包括顶板的厚度应尽可能符合设计要求,尽量能使得地下室形成一个坚固的箱体.只有在参建各方的通力合作下,不断地进行探索和创新,才能更加合理、更加有效地开发和利用地下空间.

【关 键 词】高层建筑；结构设计；问题

高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物,是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果.科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础.地下室的结构设计过程错综复杂我们应以遵循安全、适用和合理的原则,及合理的设计为前提,进行全面考虑,把问题减小至最低或消除,以使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战备效益,最后达成设计要求.

一、地下室的抗裂问题

地下室的抗裂措施由于地下室的混凝土体量较大,而有些地下室长度超过了结构伸缩缝的最大间距,混凝土的干缩和施工期间的水泥水化热将会导致墙体及楼板的裂缝.设计过程中一般可采用以下措施：

（1）设置施工后浇带后浇带作为混凝土早期释放约束力的措施已得到广泛应用.

（2）采用补偿收缩混凝土在混凝土中掺入UEA等微膨胀剂,以混凝土的膨胀值抵消其收缩值,从而达到控制裂缝的目的.

（3）提高构件的抗拉性能增加外墙水平分布钢筋的配筋率,减小钢筋间距.

二、地下室外墙的结构设计问题

地下室结构设计的重中之重是地下室外墙的设置,设计时以下几个问题需特别注意.①静止土压力系数.根据试验确定静止土压力,当无法进行试验时,粘性土可取0.5～0.7,砂土可取0.34～0.45.②荷载.地下室外墙的荷载包括两部分,一部分是水平荷载；一部分是竖向荷载.水平荷载一般是效静荷载主要包括：侧向土压力、地面荷载和人防等.竖向荷载则由地下室本身的重量及楼层的传重.在实际应用中,竖向载荷和风载荷以及地震产生的力是难以控制的.墙体配筋则是由垂直于墙面的水平载荷形成的弯矩决定的,并且竖向载荷的压弯作用一般不予考虑.③地下室外墙的配筋计算.实际设计应用时,在带扶壁柱的外墙配筋计算方法是按双向板计算配筋,而不是根据扶壁柱的尺寸大小来计算.

而扶壁柱不是按外墙双向板传递荷载算其配筋,而是根据地下室结构的整体电算分析结果来配筋.这样设计会使外墙竖向受力筋配筋偏少、扶壁柱配筋不足,而外墙的水平分布筋过多.在计算地下室外墙的配筋时,除了垂直于外墙方向部分有钢筋混凝土的,内隔墙之间有相连的外墙板块或者扶壁柱横截面积较大的外墙板块需要用双向板计算之外,其他形式的外墙通常都按竖向单向板计算配筋.竖向载荷小的外墙扶壁柱,无论是外墙转角处还是内外侧的主筋部分都需做适当的加强.扶壁墙的截面积的大小则是界定外墙水平分布筋的依据.在计算地下室外墙时底部支座应固定,并且它的厚度要和配筋量匹配.侧壁的抗弯能力比底板的大,而弯矩则和底板相等.

三、混凝土浇注问题

墙板混凝土浇注一般采用赶浆法,混凝土的流向是不可控制的,可能在这里施工时,混凝土已经流到十几米之远,特别是顶板和墙板同时浇注,此现象更为严重,等浇注到那儿,可能已经初凝已过；还有顶板和墙板一起浇注,必须先浇注墙板,等墙板混凝土全部完成后,再进行顶板浇注,应该没有多大的问题.

浇筑混凝土应合理安排施工计划及工序,合理留置施工缝,浇捣混凝土应连续进行,当必须间隙时应缩短时间,并应在前层混凝土凝结前将上层混凝土浇捣完毕.混凝土运输、浇筑和间歇允许时间如下：混凝土强度等级

另外,混凝土一次下料不能过厚、不均匀、不对称.混凝土下料不均匀、不对称,影响混凝土的振捣顺序,尤其是混凝土墙板的门洞口处,如果下料不对称,混凝土的侧压力不均匀,容易将内模挤压偏位,同时混凝土一次下料过多,浇筑层过厚,振捣作用长度、半径不够,混凝土容易漏振、不密实,产生蜂窝、孔洞.

四、地下室抗震设计问题

高层建筑的抗震性能好坏与否与地下室的设计关系重大.提高高层建筑的抗震要求,地下室与地上部分的筑墙必须相一致.而且地下室的埋深也有要求,地下室的埋深要大于地上部分的高度时,其层数可不予考虑,这时算高度时才可从上部地面开始算.为了提高抗震性能,顶板必须要求可作为上部结构的嵌固部位.若地下室顶板为无梁楼盖和顶板内外板标高超过梁高变化引起错层这两种情况时,必须进行一定的处理使其能够作为上部结构的嵌固部位.

五、抗浮、抗渗及控制问题

地下室结构设计中尤其需注意只有地下室部分和地面上楼层较少时的抗浮计算,采用桩基时需计算桩的抗拔承载力.根据《荷载规范》相关规定计算强度和计算抗浮是荷载分项系数的取值是不一样的,计算强度时取1.0,计算抗浮时去0.9.地下室抗浮设计影响的因素很多,主要依据是地下水位及其变幅,并且实际设计中往往只考虑其极限状态,而施工过程中出现抗浮不够导致局部破坏,往往是对施工过程及洪水期不够重视引起的.

对于那些地下空间很大的高层建筑而言,塔楼部分的抗浮一般不会有问题,出问题的往往是其裙房和纯地下室部分.针对这种情况,通常有以下解决措施：①确定科学合理的抗浮设防水位；②通过某些方法间接降低抗浮设防水位,如尽量提高基坑坑底的实际标高；③设置一些抗浮桩；④尽可能增加地下室的本身的重量.

地下室设计是一项复杂的工程,除了满足受力要求外,抗渗技术也是一个非常重要的要点,如若设置不当,可能造成地下室成汪洋.由于钢筋混凝土结构不是致密的往往外有裂缝,抗渗效果不是很理想,要想完成抗渗的目的,通常还需采取以下措施：①设置膨胀带.混凝土中本身具有膨胀剂,但其早期变形收缩仅靠其本身的膨胀剂变形不能达到理想效果,通常大于60m时就需设置一定长度的膨胀带来补偿,才可达到混凝土的无缝施工；②加强钢筋混凝土的抗拉能力.在浇筑混凝土时要使用抗变形的钢筋.由于侧壁受底板和顶板约束,上下部所承受的力不一样,使得混凝土上下膨胀收缩不一致,为了抵消这部分差异,要在侧壁增加水平温度筋强化混凝土面层,或者墙的设置一道暗梁增加其抗拉能力.除了这些措施之外,对混凝土的养护也格外重要；③设置后浇带.混凝土早期膨胀收缩时需释放约束力,后浇带技术很好的解决了这个问题.同时后浇带技术也已经可以很好的解决长久性的变形缝,并且已经得到了广泛的应用.

六、结语

总之,建筑地下室的设计是一项专业性极强的工作,涉及到的工序和领域较多,具有复杂性.因此,设计要坚持在满足基本功能的基础上,做到安全稳定,经济合理.既可以满足高层建筑地基深埋的要求,也可以防止地下室的渗漏,有助于地下室功能的更好发挥.