探讨高层建筑地下结构设计

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摘要：根据笔者在高层建筑地下结构设计中的一些体会，阐述了高层建筑地下结构设计的一些特点，力图使结构设计尽可能经济合理。并着重介绍了地下室外墙 的设计建议与出现收缩裂缝后的处理方法。

关键词： 高层建筑； 地下室； 结构设计； 基础埋深

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1. 概 述

随着社会的发展，高层建筑越来越多，由于建筑层数的增加，水平荷载(风荷载或地震作用)产生的内力和位移迅速增大。有一定的基础埋深，可以保证地基的稳定性，防止倾覆和滑移，而且也有利于减少建筑物的整体倾斜，因此，《高规》“规定了基础的最小埋置深度的要求。高层建筑结构由于其高度较高，基础埋深较深，所以，一般都设置地下室。通常高层建筑结构在20 层以内至少设1层地下室；21~ 30 层设1~2层地下室；30层以上设2~3层地下室。高层建筑中的设备用房往往较多，而将这些设备用房、地下消防水池和汽车停车位等设在地下室，既能发挥地下室的作用，又能满足基础埋探的要求。同时，还可以利用地下停车场作人防地下室，以满足战时的需要。所以，地下室结构设计是高层建筑结构设计的一个重要组成部分。

高层建筑地下室与基础设计包括地下室外墙设计和地下室顶板设计、地下室底板设计及基础设计、地下室出人口坡道、楼梯设计，以及人防口部设计(如果是人防地下室)等。下面将对地下结构设计中经常遇到的几个问题进行简要论述，与同行们共同探讨。

2. 地下室外墙设计建议

高层建筑地下室外墙的厚度与配筋设计，根据文献〔2〕的调查，发现各项工程的设计很不一致，特别是地下室墙的配筋大小出入很大，从广州地区已建的高层建筑地下室的情况来看，本人认为地下室外墙厚采用 30～50厘米，配筋14 @200～中18@200，一般可以满足要求。对于地下水位较高，地下水压力较大的情况，地下室外墙厚度与配筋应适当增加。如果地下室埋深较深，地下支护采用围护桩加二道基坑支撑的方案，在拆除第二道支撑时，往往需要考虑第二道支撑以下部分地下室外墙所起的作用，所以，浇捣地下室底板时，地下室外墙的施工缝一般设在第二道支撑下方。待这部分外墙达到设计要求的强度后，将围护桩与地下室外墙间的空隙填实，这样这部分外墙与地下室底板就可以共同组成新的第二道支撑，承受围护桩传来的主动土压力。此时，地下室楼板一般还未浇捣，这部分地下室外墙处于悬臂受力状态，因此，在设计地下室外墙时，还应对该施工阶段地下室外墙受力的情况进行验算。

为了满足受力要求，地下室外墙竖向钢筋一般配得较多，而水平钢筋往往只要满足最小配筋率即可。正如文献〔2〕所述对于地下室墙的配筋率，规范中规定的最小配筋率不等于是合理的配筋率，而是一个最小的下限值，设计时应根据具体情况适当向上调整。本人认为地下室外墙水平钢筋尤其不要配得太小，在满足计算要求后配筋率最好不小于0.25%～0.35%，以免在施工阶段出现收缩裂缝，影响地下室防水。所以，在设计时我们把地下室外墙水平钢筋适当加大，根据地下室层高4.2m 和4.9m 的不同，地下室外墙水平钢筋分别采用16@200和18@200。

地下室外墙的厚度与配筋满足要求，同时混凝土中添加了适量添加剂后，由于施工阶段养护不当，仍然有可能造成墙体出现收缩裂缝，从而影响地下室外墙 的抗渗性。出现这种情况看，该采取什么措施呢?下面就介绍一个在广州某工程中采用的方法，以供同行参考。

在广州某工程中曾经出现过这样情况：地下室结构外墙拆模后，发现墙上有许多沿竖向分布的微小裂缝，裂缝最大宽度lmm，间距2mm左右。经过计算复核，地下室外墙钢筋完全满足受力要求。再经过进一步了解，地下室外墙浇捣的前后几天天气特别炎热，加上地下室外墙外侧的土还未回填，施工阶段未采取任何特殊的养护措施。所以，我们断定这是由于施工阶段养护不当造成的混凝土收缩裂缝。于是就采用了下面这个方法进行处理：首先，先将裂缝部位扩缝，凿成“V”型，再用水清洗干净，其次，在“V”型槽内预埋注浆管；然后，使用专用注浆泵，将水溶性氨醋堵漏剂从注浆管中缓缓注入，待裂缝中浆液注满后，随即扎住注浆管(一般压力控制在2~3kg/ cm2左右)；第二天，将外露注浆管割除，将表面修平。最后，为达到长期防水目的，在堵漏部位涂刷优质防水材料，并加 帖玻璃纤维布。经过这样处理后，至今未发现过有开裂或渗漏现象。

3. 主楼与裙房地下设缝问题

高层建筑基础设计时，由于上部荷载大，要求因素(沉陷、稳定、造价、工期等) 比较多，因此，高层主楼与裙房的地下结构是整体相连，还是各自独立,必须认真、慎重地全面考虑。例如某广场，主楼地上二十八层，地下二层，体型为方形，框架一剪力墙结构。裙楼地上七层，地下一层，条形框架结构，位于主楼西侧，见图1。该工程建于七度地震区二类场地上，基础采用钻孔灌注桩，桩基承台采用筏板厚承台兼作地下室底板，与桩组成桩筏基础。从建筑体型考虑，若将主楼与裙楼联成整体，因主楼平面较小，裙房纵向又较长，必将引起较大的扭转，因此，主楼与裙楼间设置了抗震缝，地下室与基础间设置了沉降缝，使主楼与裙房彻底脱开，各自独立。为确保主楼的抗侧稳定性，我们采取在沉降缝间填粗砂的措施，以满足埋深要求。又如广州某写字楼，主楼是两座方形塔楼，地上三十二层，裙楼地上六层，地下均为二层，采用框架一筒体结构，见图2。该工程建于七度地震区二类场地上，基础采用钻孔灌注桩，地下室底板为整片筏板厚承，整体刚度大，该工程建好至今已三年多，沉降量很小，几乎没有什么不均匀沉降。此外，考虑到掩埋于土体内的地下混凝土结构受大气温度影 响相对于地面以上较小，从大量的地震破坏资料来看，地下结构所受的地震破坏很小，因此，为了更好地满足建筑、防水等要求，我们将主、裙楼地下结构连成整体。总之，主楼与裙房的地下结构是整体相连还是各自独立，应根据具体工程的实际情况综合考虑，同时还应采取相应的构造措施。当主、裙楼间设基础沉降缝时，应确保主楼的抗侧稳定性。当考虑到基础整体性和建筑功能上的要求，主、裙楼地下结构连成一体，以便满足防水等要求时，应考虑到主、裙楼间的不均匀沉降会引起上部结构的附加内力，为此，可在主、裙楼间设施工后浇带，待主楼沉降基本稳定后连成整体。并且要加强地下室结构的整体刚度，防止刚度突变，特别在主、裙楼交接部位不宜有突变。

图l 某广场主楼与裙房图2 某写字楼主楼和裙房分布

4。 地下室顶板、底板与桩基

地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座，地下室顶板刚度越大，对上部结构的约束作用越好。所以，地下室顶板厚度不要太薄，一般取≥180mm，对于人防地下室，地下室底板同地下室外墙一样，除了满足受力要求外，还要满足地下室抗渗、防水的要求，所以，地下室底板厚度、配筋也不可太小，底板厚度一般取40～60cm，配筋率一般可取0.25 %。对于桩箱、桩筏基础，地下室底板也是桩承台，还要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。

软土地区高层建筑结构基础一般采用桩基础，有时与地下室及其底板共同组成桩箱、桩筏基础。

高层建筑基础采用冲(钻)孔灌注桩时，对于桩端持力层是碎卵石层。强风化岩的情况，采用压力注浆的方法，即先在桩中预埋小直径钢管至桩端，待桩身混凝土达到一定强度后，在桩端持力层处压力注浆的方法，可以大大提高单桩承载力，从而减少桩数，节省造价。对于桩端持力层是粘性土的情况，这种方法提高的承载力很少。此外，采用在桩边钻孔埋管后压力注浆的方法还可以用于桩基补强。

5.结 语

高层建筑地下结构设计是一个复杂的过程，高层建筑上部荷载大，基础埋深较深，地下室与基础设计的合理与否，直接影响到高层建筑的正常使用与造价。所以，设计时既要满足功能要求、安全可靠、经济合理，又要满足地下室结构抗渗这一特殊要求，以保证其正常使用。

参 考 文 献

[1]《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程JGJ 3--91》中国建筑工业出版社，1991

[2]徐至均，《建筑结构》1998

[3]王仙蔚、李晓雷，高层建筑地下室结构的设计要点《低温建筑技术》，2010