摘要：地下室结构作为建筑物的基础，对建筑物的使用与安全都起着至关重要的作用，而随着建筑物朝着高层，超高层的逐步发展，大底盘地下室结构在建筑工程中的重要性也开始越来越大。本文主要针对地下室结构的抗浮设计、不均匀沉降问题以及结构超长问题进行分析，希望能提出地下室结构设计的关键点。
关键词：高层建筑；地下室；结构设计
引言
随着社会的飞速发展，人们对地下空间的需求更是持续增长，地下工程对项目建设也越来越重要，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，现代高层建筑因技术经济水平的发展，大都设有大底盘地下室，其结构质量及有效性非常关键，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。
1、抗浮性设计问题
1.1提升地下室重量
在解决地下室建筑浮力问题上，根据抗浮原理分析，如果能加大建筑物自身的重量，当重力超出浮力时，便能承受浮力而不会产生安全问题。所以，通过提升地下室的重量就可以在一定程度上进行抗浮，但前提是工程地基承载力能得到很好的运用，否则整个高层建筑工程将无法承受地下室重力的增加[1]。在保证前提的情况下，提升地下室重量的主要途径是增大地下室顶板厚度。该方式的优点是能在保证基坑标高不变的情况下增大地下室的重量，在采用该方式时要确保地下室顶板厚度，顶板之间不设置梁。通过增大顶板厚度来增加地下室重量的方式，会使地下室的顶板框架受到更大的负荷，这对顶板的稳定性便带来了威胁。
1.2提升基坑坑底标高
基坑是在基础设计的位置上根据基底的标高和基础平面尺寸开挖的土坑，在高层建筑群地下室设计时一般都要挖基坑，深度是根据设计基础底面标高来决定的，一般是开挖到地下室底板下的垫层底标高。但为了解决地下室浮力问题，在设计允许范围之内，应尽量提升基坑坑底的标高，这样做可以降低抗浮设防水位。目前，用于高层建筑底板的主要有梁板式筏板和平板式筏板，在抗浮设计上，运用梁板式筏板形式要比运用平板式筏板形式更加有效。梁板式筏板形式本身的基础高度就要比平板式筏板高，另外在基顶标高相同的情况下，基础埋深也比平板式筏板大[2]。基础高度高和基础埋深深意味着较强的在抗浮能力，所以，在高层建筑群基础底板选择上尽量选择梁板式筏板作为基础。
1.3设置抗浮桩
在抗浮桩设置前要对建筑工程施工区域的水文、地质条件等做全面的勘察，并在搜集数据的基础上做好精确的计算。这是因为在设置地下室抗浮水位时一般是根据传统的计算规律，根据工程所在区域地下水位变化情况以及近年来的水文情况而计算得出的，所以，已设置的抗浮水位和实际的水位之间有一定的误差。这种误差对于抗浮桩的设置来说，不仅会使所设置的抗浮桩无法达到降低浮力的效果，而且还可能会导致地下室不均匀沉降问题的出现。因此，在设置抗浮桩前必须要做好全面的水文、地质和地下水压力的考察工作。
1.4使用宽扁梁盖楼
在抗浮设计上，主要是进行抗浮水位的设置，使建筑物在合理的位置承受浮力重量。为了降低抗浮设防水位，降低地下室结构的层高，在施工时可以使用宽扁梁盖楼。宽扁梁的截面高度是跨度的1/16，甚至更小，截面高度的降低可以有效地降低地下室结构高度，并将抗浮设防水位控制在一定范围内。
2、地下室不均匀沉降问题
2.1沉降缝设置
沉降缝设置的作用有以下两个方面：
（1）沉降缝设置后，不同部位在进行自由沉降过程中不会影响到其他部位，每一个部位可以根据自己的特点进行沉降，但不会去影响其他部位的沉降。
（2）地下室不均匀沉降会带来较大的沉降压力，这部分压力过大会对整个高层建筑产生危害，而设置了沉降缝之后就会使沉降均匀，降低沉降压力，对建筑物具有稳定的效果。但目前在沉降缝的设置上还存在着基础埋深工作难、立面处理工作需要优化、防渗漏设计和整体稳定性设计难度较大等问题[3]。
2.2 端承桩设置
端承桩是指上部结构的荷载主要有桩端阻力承受的桩，在设置时将桩端打入到承载力较高的岩石、老黏土等土层中，一般使用在上层结构承载力较低、下层结构承载力较高的情况中。设置端承桩的作用一方面可以增大建筑地基的承载力，另一方面可以解决地下室结构不均匀沉降问题。不过设置端承桩的缺点是所需要使用的基础材料较多，经济性能差，所以更多的是应用在超高层建筑施工中。
2.3 沉降后浇带浇筑
沉降后浇带要注意设置的位置和时间。位置上，应该是将后浇带浇筑在裙楼和主楼中间，在设置时要注意钢筋的连续性。施工时间上，应该是在整个建筑工程、其他沉降工作完成后，确保建筑的裙房和主楼在沉降上没有问题后，在整个建筑物稳定性有所保证的基础上，再在裙楼和主楼之间进行后浇带的浇筑。该方式所起到的作用是进一步提高建筑物的稳定性和安全性，将地下室结构中的不均匀沉降问题进一步缓解甚至是解决。
3、变形缝设置和抗裂设计问题
变形缝的设置在大底盘地下室结构设计中，可以根据工程施工的实际情况来决定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果地下室结构施工中受到环境温度的影响比较明显，比如因热胀冷缩等原因使地下室结构出现了裂缝，这时就可以设置温度缝来降低地下室施工过程中以及施工完成后在应用时出现墙体裂缝的问题[4]。此外，沉降缝也是变形缝的一种，如果出现地下室结构沉降不均匀问题，可以设置沉降缝来避免沉降差异给整体建筑物结构带来的不稳定影响。
大底盘地下室结构的抗裂设计是高层建筑施工中设计施工人员必须要认真考虑的问题，在大底盘地下室结构设计中，由于结构超长和温度变化的原因，构件容易出现裂缝情况。比如混凝土比较干燥，地下室温度变化差异大等都会引起裂缝。为了尽量避免裂缝的出现，提高地下室结构的抗裂能力是关键。在抗裂设计上一方面可以对钢筋进行优化配置，如提升钢筋的配筋量，另一方面可以通过设置膨胀加强带，在混凝土中添加膨胀剂等方式来增加地下室结构的抗裂性能。
4、高层建筑地下室结构设计实例分析
某住宅楼项目，地上18层、地下1层，其中地上部位为钢筋混凝土框架剪力墙结构，地下1层为主要作为用户停车库。项目主要采用预应力管桩，以强风化岩或中风化岩为持力层，底板采用平板式筏，抗浮水头5m。建筑抗震设计类别为丙类，项目所处区域的抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.10g。框架和剪力墙的抗震等级均为三级，其中框支柱、框支梁为二级。裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，应为二级。
4.1 地下室的基础设计
根据本工程地质报告的情况，本工程采用预应力管桩基础，持力层为强风化岩或中风化岩，500mm 直径管桩单桩承载力特征值1800kN，岩层承载力较高，可满足沉降的要求。
4.2 地下室顶板设计
本工程地下室顶板上设计园林景观，需覆土0.5m，同时考虑到设备管线的高度及其保护土层厚度，最后确定覆土厚度为1.1m。
1）主楼室内部分地下室顶板设计主楼室内部分的地下室顶板适宜考虑施工阶段的承载力验算，因此考虑施工荷载后楼板荷载取为5kN/m2。
2）人防地下室的荷载取值
由地下室一层为人防地下室，所以对本工程中露天顶板要考虑到爆动荷载影响，因此人防地下室顶板的荷载按照六级人防顶板的等效荷载考虑，取750kN/m2，但在设计中不同时考虑这两种荷载的组合，仅需按人防爆动等效荷载进行地下室顶板计算。
4.3 地下室侧壁设计
1）进行地下室侧壁设计时，侧壁主要考虑的荷载有：结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等，由于侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂，为简化计算，在设计中可作合理简化。本地下室工程的侧壁，经计算地下室1 层的侧壁板厚取为350mm。
2）侧壁的构造要求在与土壤接触的侧壁混凝土保护层取为40mm，地下室内部的混凝土则取为15mm。把地下室侧壁的水平钢筋配置在外侧，而竖向钢筋配置在侧壁内侧。为有效控制本地下室的侧壁混凝土开裂，混凝土强度等级并不宜取得高，以减小混凝土的收缩应力，工程混凝土强度等级取为C30。
4.4 地下室底板设计
1）地下室底板主要以抗渗和抗浮计算为主，地下水位按50a 一遇考虑取在室外地坪，抗浮水头5m，抗渗等级P6。地下室底板所处土层为淤泥及淤泥质土，承载力较低不能作为持力层，故本次设计地下室底板按倒楼盖设计，采用无梁楼盖的方法计算，采用经验法，经计算地下室底板厚600mm。
2）地下室底板的钢筋布置要合理。地下室底板同一方向的梁板面筋应布置在相同标高上，没必要把两个方向的板面筋布置在梁面筋以下。这是由于基础梁两个方向的面筋本身就存在高差，而若把底板双向的面筋都布置在基础面筋下，则会造成底板面筋的面筋保护层过大，造成窝顶情况出现。
3）抗浮桩的验算与设计。该工程桩基抗浮验算时分两种情况，一种为柱下抗浮桩，另一种为非柱下抗浮桩。对于柱下抗浮桩建筑物自重及覆土自重的标准值G=1755kN，而该处承受的向上的水浮力标准值Fw=1037kN，G>1.1Fw，说明在有柱子时，建筑物的自重及覆土自重比受到的水浮力大很多，满足抗浮要求而无需抗浮桩。因此，对于柱下桩可不考虑抗浮要求，仅需满足竖向抗压承载力就可以了。对于非柱下抗浮桩，由于其承受的建筑物自重较小，G=489kN，Fw=1037kN，G>1.1Fw。因此，非柱下桩必须考虑抗浮要求。
根据工程地质勘察报告提供的数据及土层情况，经计算确定该工程抗浮桩的单桩竖向抗浮承载力特征值Ra=680kN。因此，根据上述抗浮计算公式G+nRa>1.1Fw，89kN+680kN=1169kN>1.1×1037kN，满足抗浮要求。
5.结束语
高层建筑往往带有地下室，有些甚至带几层地下室，而大底盘地下室结构越来越多地被运用到高层建筑群的建设施工中，有效地缓解了地下室空间压力。为了确保高层建筑群共用大底盘地下室应用效果良好性，提升其潜在的应用价值，则需要加强其结构设计，且在设计理念与方法的支持下，完善大底盘地下室结构设计方案。
参考文献：
[1] 祝旻.小区地下室结构施工技术[J].科技创新导报.2014（36）54
[2] 刘志海.地下室结构设计工程中常见问题及措施[J].科技创新与应用.2017（08）259
[3] 刘文峰.灰岩地基上某高层建筑群地基基础设计方案分析论证[J].西部探矿工程.2013（04）15-18
[4] 吴朋，冯波，张思平.某工程超长地下室设计[J].浙江建筑.2011（11）16-17
论文作者:倪文琛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/26
标签：地下室论文; 结构论文; 顶板论文; 侧壁论文; 荷载论文; 底板论文; 承载力论文; 《基层建设》2018年第29期论文;