高层建筑地下室设计探讨

摘要：现代城市高层建筑不断涌现,而高层建筑大多都带有地下室。随着人们对地下空间需求的不断增长，地下工程在整个建设项目中所占的比重还会越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大，结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。因此，如何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系问题，是每个设计人员应该认真考虑的。本文将结合实际案例，对高层建筑地下室设计的相关问题进行分析探讨。

关键词：高层建筑 地下室 设计

某高层建筑占地5.4万M²，总建筑面积约21万M²，将打造成现代都市化的极致生活精品社区。设三层地下室（埋深约17m），地面为四栋30层塔楼（结构高98.8m）,此外，还设三层裙房用于商业。下面谈谈该建筑地下室的设计。

1、抗震设防等级问题

按《高规》第 4.8.2 条、10.2.5 条规定，本工程各部位的抗震等级为：①剪力墙底部加强应为一级（特一级），非加强应为二级（一级）；②框支层及其下一层的框架为特一级（特一级），框支层下面一层以下的框架为一级（特一级）；③塔楼部位的地下一层为一级，以下为二级或三级（二级）；④裙楼地上及地下一层为二级（二级），其地下二层为二级（二级）。

(1)尽管本工程结构较复杂，重要部位的抗震等级按规范要求提高一级，其它部位则没必要普遍提高抗震等级，否则会造成工程造价的不必要提高。(2)本工程为有转换层的大底盘多塔楼建筑，各部位的抗震等级均不同，故应准确、明确详细分列。(3)地下室的抗震等级一般低于上部，设计中其竖向构件的竖向钢筋给予一定的加强，箍筋则按其相应抗震等级设置。

2、地下室抗浮设防水位问题

本工程地下室单层地面积较大，平面尺寸为 190m×170m，原状地面标高起伏较大，整个地盘最大高差近 7m。为降低设防水位，根据现场环境情况，利用地下室周边基坑与地下室侧壁之间工作面，设立排水沟，将地势高处的侧壁外地下水疏导到地势低处。由于基坑支护桩之间，采用搅拌桩或旋喷桩作止水帏幕，加上地面采用混凝土板排走底地表水，因此，渗入支护桩与地下室侧壁之间的水量非常少；地下室侧壁背面及排水沟顶部贴专用疏水板，该产品一侧是带凹凸的塑料板，另一侧是带过虑作用棉网；经过止水帏幕及专用疏水板两道的过虑后，流入排水沟的水是非常清澈的，不含杂质，而且，排水沟截面较大，不会产生排水沟的堵塞。故在设计中将地盘分成 3 个区域，采用设防水位分别是-1.000m、-4.000m 和-6.500m。此方案投资成本不高，但可大幅度降低地下室的设防水位，减少承受地下水作用的构件（地下室底板、抗拔构件及侧壁等）的受力，从而降低成本，可取得较佳的经济效益。

本工程地点原始地势西高东低，因此可沿地盘的北面、西面和南面三边布置排水沟，东面工业大道一侧均为地势低处，而且受地铁施工影响，不设排水沟。

3、基础底板选型设计问题

本工程塔楼部份采用人工挖孔桩基础，裙房部位采用天然地基扩展基础，两种基础交界处设置沉降后浇带。底板采用600～700厚板。通过比较论证，此设计方案是合理的。

（1）塔楼之外的 2～3 层裙房所占的面积很大，其底板底的持力层大部分为强风化岩，地基承载力特征值 fax=600KPa ,压缩模量也颇大，故裙房部位可采用天然地基扩展基础，抗浮则采用抗拔锚杆。此基础方案具有多方面优点：①满足裙房基础的各项要求；②施工方便快捷，相应缩短施工工期；③检测方便易行；④经济性好。

（2）塔楼部位采用人工挖孔桩，以微风化岩层为技力层，柱下尽量避免选用三桩，而改用大直径的单桩。这样既受力明确直接，承台的配筋量大为减少，且可节省承台和桩孔护壁的砼量。

（3）裙楼部位在抵抗水浮力方面，采用抗拔锚杆比采用人工挖孔桩更为合理。因为若采用桩抗浮，则水浮力先通过板，再传给抗拔桩，路径不直接；且因抗拔桩桩距较大，造成底板跨度大，在水浮力作用下，底板内力大，配筋量相应大（以 h=600 底板为例，其配筋量达 90kg/ m2）。若采用天然地基扩展基础加抗拔锚杆，在保持板厚不变前提下，底板配筋即使由抗裂控制，其配筋量将大为降低（配筋量仅 50kg/ m2）,虽然多了抗拔锚杆，但总的用钢量还是后者少。通过比较，采用天然地基＋抗拔锚杆比采用人工挖孔桩抗浮，地下室底板及基础造价节省近30%。

4、地下室侧壁设计

（1）侧壁配筋按裂缝宽度控制，部分地下室侧壁配筋很大，故宜考虑上部荷载对侧壁的压力，按压弯构件来计算，配筋量将大幅度降低。

（2）由于本地下室超长长度大，由温度而引起的温度应力非常巨大，采用钢筋硬抗是不可行的。对此类超长地下室，应使到混凝土温度应力得到合理释放才是有效方法，故每隔20～30m 侧壁采用诱导缝的做法，控制侧壁在该指定位置开裂，加强该位置的防水措施，使到裂而不漏。该构造措施在多个工程中应用，效果良好。

（3）对于配筋偏大的侧壁，在设计中考虑调整侧壁厚度，可取得良好的经济效益。

5、温度预应力筋的布置问题

本工程地下室及裙楼，均为超长超宽结构，设计中采用无粘结预应力筋来解决超长超宽结构的温度收缩应力。根据本工程的特点，采取了以下兼并的措施：

（1)地下室底板设@30~40m 的后浇带+适度的无粘结预应力。

（2)地下室侧壁设后浇带+诱导缝，@30m 以内一道。

（3)裙房屋面温度变化较大且涉及抗渗防漏，故设后浇带+适度无粘结预应力。

（4)地下室其它楼板及裙房楼层，由于不涉及渗漏，虽有微裂缝的产生也是可以接受的。采取如下措施：①加密后浇带；②在平面薄弱部位如洞口角部、窄长板等温度较大的位置设置加强筋；③在梁内施加无粘结预应力，短向不设置，同时预应力钢筋可替代部分支座面筋及跨中底筋，并可减少大跨度梁的挠度，此项措施可获得更高的抗裂要求。

（5)结构采用预应力技术注意的问题：①抵抗温度应力的预应力设计,由于温度应力计算时边界条件难以准确把握,一般参照经验并根据实际情况，预应力平均预压应力设计采用 0.6~1.0Mpa；预应力技术的应用可以减小裂缝开裂的程度，提高结构的抗裂性能，但不能保证结构不出现裂缝；②如预应力设置于平面结构主次梁内,则可在满足最小配筋率的情况下,将部分普通钢筋代换为预应力钢筋来进行预应力配筋设计,这一作法比较经济；③地下室底板设计采用预应力克服温度和收缩应力时,采用无粘结预应力技术较多,因为有粘结预应力相对无粘结预应力来讲，灌浆难以确保密实，施工要求较高等，无粘结预应力施工质量更易控制；④温度预应力的张拉一般要求在混凝土达到设计张拉强度时尽早张拉，甚至可以把设计张拉强度适当降低并考虑分批张拉的措施，确保预应力尽早作用于结构，抵抗结构早期的温度和收缩应力（因早期混凝土结构的温度和收缩应力相对较大，容易在预应力张拉前已经出现开裂）；⑤为保证预应力尽早张拉，结构设置后浇带时应在后浇带上单独设置跨过后浇带的预应力连接短筋，确保每一施工段内预应力钢筋能够尽早张拉；⑥预应力张拉端的设置应考虑分散设置的原则，防止张拉端集中力太大并与温度和收缩应力等叠加时导致开裂，张拉端应注意局部承压的合理设计。

6、地下室梁板优化问题

（1）设置温度预应力筋的楼板不宜太薄，应采用不小于150 厚的楼板。

（2）钢筋尽量采用三级钢，一是充分发挥其高强度性能，二是可降低各构件的最小配筋率，从而取得良好的经济效益。

（3）控制梁的配筋率，在满足建筑功能要求下，尽可能调整梁高，使其符合经济配筋率，可大幅节省楼层钢筋用量。

参考文献：

1.冯雪.高层建筑地下室结构设计分析[J].民营科技,2011,(07).

2.周凤兴.浅谈高层建筑地下室设计及处理方法[J].今日科苑,2010,(10).