论文部分内容阅读
摘要：本文主要针对高层建筑超长地下室结构设计中需要引起重视的问题，如裂缝问题、抗浮问题、沉降问题、人防设计等常见问题，同时对这些问题进行深入分析并提出解决方法并作相应的经济分析。
关键词：高层建筑，超长地下室，结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
国民经济的快速增长，使城市高层建筑日渐增多，而因高层建筑相关的技术、经济、使用等问题，往往都会设计超长地下室。然而超长地下室的建设不仅给整个建筑结构设计、施工设计等方面都带来了一定难度，并且地下室设计的好坏直接影响人民的生活工作。此外，高层建筑超长地下室结构设计本身所涉及的技术问题较多，如混凝土结构裂缝问题、不均匀沉降问题、抗浮问题、人防设计问题。本文总结近些年来一些高层建筑项目的实践经验，以超长地下室结构设计常见的问题为主线，提出解决方法并进行适当的经济分析。
一、混凝土结构裂缝问题
高层建筑的地下室往往超长，一般都超过了40m-60m。从技术上来讲，地下室混凝土结构不易受温度方面的影响，但由于建筑物的约束作用过强而导致不易控制混凝土结构裂缝。具体来讲，特别是超长地下室，一旦其地下室结构出现问题，其防水功能就会受很大影响，从而影响混凝土结构的耐久性、稳定性，也就容易形成安全隐患。此类问题原因在于材料问题、混凝土强度、结构设计施工等方面。所以要做好混凝土裂缝控制，必须要严格控制设计、施工。具体而言，首先进行裂缝计算，依据混凝土规范，在裂缝允许出现的范围内，合理配置满足要求的强度钢筋，然后难处裂缝宽度，一般要将裂缝控制在迎水面0.2mm、背水面0.3mm内；其次要严格把关材料环节，尽量选择带肋钢筋，混凝土标号不宜大于C40，为保证其质量，可以适当添加UEA膨胀剂；再次满足构造各方面要求，要考虑到沉降后浇带，同时设置温度后浇带，严格按照相关规范来配置钢筋间距，其最大间距不宜超过150mm，若遇到迎水面保护层厚度较大时，可以适当的通过设置钢筋网片来控制混凝土裂缝；最后要把握施工方法，超长地下室所使用的水泥等级要高于32.5Mpa，水灰比不宜大于0.5，虽然温度变化对地下室裂缝的影响较小，但仍要严格的进行保温保湿养护，要保证混凝土中心温度与表面相差在25oC以内，还有要做好不少于半个月的养护。
二、不均匀沉降问题
不均匀沉降问题基本上是现在带有超长地下室的高层建筑解决的问题，除非是在坚硬的岩石上建造地基。对高层建筑的超长地下室设计而言，必须考虑到周围建筑物和高层建筑对同一地下室的沉降缝，为使建筑的各个部分的沉降互不影响，就需尽可能的避免不均匀沉降所带来的内力，但这样一来就会给地下室防渗漏、结构稳定性设计带来一定的技术障碍，而一般都有以下几种解决方法：采用人工处理地基，即主体结构部分采用CFG桩复合地基，在裙房及纯地下室部分可以采用天然地基，这主要是因为CFG桩技术越来越成熟并性价比较高；主体结构采用桩基础，这样一来可以将主体结构的荷载通过所设置的桩基础而传递到岩石或土层上，也就在一定程度上保证了地下至周围建筑物和高层建筑的最小沉降，同时避免了设置沉降后浇带引起的一系列问题，此法优势明显，但由于造价高昂，因此往往适用于地基条件较差的情况；主体结构部分使用整体基础，裙房及地下室采用独立基础外加防水板，此法不同前两种方法，其造价也相对偏低，但是由于其施工工序复杂且不利于控制，因此使用相对较少。此外需要注意的是在不均匀沉降的相关计算方面，在选择相关的不均匀沉降控制方法时，要考虑到基础的补偿作用来计算主体结构的沉降量。
三、抗浮问题
高层建筑项目的地下建筑往往不会遇到抗浮问题的难点技术，但其超长地下室设计就会遇到层层技术问题。解决的方法往往有：首先要科学合理的确定抗浮防水位，地下室设防水位的原则是可依据历年最高水位来设防水位，而若是防水要求不是很严格的话，可以按3-5年最高水位来设防水位，科学设置好防水位给建筑项目带来的直接性经济效益是明显；其次，在一定允许条件下，可适当提高基坑坑底的设计标高，从而可以间接的降低设防水位，这一方法具体而言可以采用平板式筏板基础、楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖，宽扁梁可以有效的降低地下结构的层高，也相当于间接的达到了降低抗浮设防水位；再次可以通过增加地下室的重量直接来解决抗浮问题，然而此法必须考虑充分到地基上的承载力，不然后果不堪设想，在修正主体结构的地基承载力时，增加地下室的重量可以适当的提高其有效埋置深度，这样一来也就提高了地基承载力特征值，而实际上，要达到增加地下室重量目的，可以通过增加基础底厚度、增加基础顶覆土厚度、采用容重大且价格低的填料来增加基础配重，也可通过增加地下室顶板的厚度；最后还可以通过设置抗浮桩来解决抗浮问题，此法有局限性，主要问题在于地下水位计算的不精确性原因，容易造成主体结构和裙房间的产生更大的不均匀沉降差，而当地下水位长期较高时，抗浮桩的作用就比较明显，因而在设计方面要充分综合各方面的条件和影响来选择抗浮方法。
四、人防地下室结构设计问题
高层建筑地下室按不同使用要求分为人防区、非人防区两个部分。普通民用建筑防空地下室人防等级一般都是五、六级。而按平战结合原则，综合考虑到地下室受力各方面因素及建筑项目经济因素，一般将主体结构部分设置成五级人防区，而裙房、纯地下室部分往往设计成六级人防区。人防地下室考虑到了来自核爆动荷载及辐射等要求，所要求的材料、内力计算、构造规定均与非人防地下室有所区别。根据相关规范并结合实践经验，浅谈人防地下室结构设计中的几个具体问题并提出相关解决方法。其一，人防构件最小截面尺寸取值问题，结合《人民防空地下室设计规范》规定，人防顶板、人防墙、密闭门门框樯的最小厚度为200mm，对人防顶板而言，当顶部有覆土时，可以将覆土厚度通过折算的方法当成混凝土厚度来计算顶板防护厚度，无覆土情况下，便要考虑建筑面层的防护作用；而对于人防墙、密闭门门框樯的防护厚度达不到要求时就必须通过适当的方法来增加墙厚或是严格按规范来设计施工。其二，人防构件荷载确定，人防地下室荷载计算分析往往采取等效静荷法，用此法关键在于等效静荷载的使用前提；其三是人防底板的荷载控制，对两层及以下的人防地下室而言，当其顶部有覆土时，要注意到此时人防底板往往是由平时荷载起到控制作用的；其余情况往往是战时荷载起作用。
五、小结
总而言之，高层建筑超长地下室的结构设计涉及的技术问题较复杂，目前仍是建筑界研究关注的焦点。作为结构设计人员必须要扎实的专业知识技能和丰富的经验积累，并从技术和经济两方面来深入研究地下室结构设计，以做到技术与经济同步、安全与适用相协调的高水平地下室结构设计。
参考文献：
[1]徐培福、傅学怡、王翠坤等,复杂高层建筑结构设计.北京:中国建筑工业出版 社,2005.
[2]杜文卓，高层建筑地下室剪力墙裂缝分析与控制[J].合肥工业大学，2012.4
[3]劉琼、王国彬、张建波，高层建筑超长地下室楼盖应力分析[J].陕西建筑，2007（02）
作者简介：郭国红（1981.06—），男，河南许昌，汉，本科，助理工程师，研究方向：建筑结构设计。
关键词：高层建筑，超长地下室，结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
国民经济的快速增长，使城市高层建筑日渐增多，而因高层建筑相关的技术、经济、使用等问题，往往都会设计超长地下室。然而超长地下室的建设不仅给整个建筑结构设计、施工设计等方面都带来了一定难度，并且地下室设计的好坏直接影响人民的生活工作。此外，高层建筑超长地下室结构设计本身所涉及的技术问题较多，如混凝土结构裂缝问题、不均匀沉降问题、抗浮问题、人防设计问题。本文总结近些年来一些高层建筑项目的实践经验，以超长地下室结构设计常见的问题为主线，提出解决方法并进行适当的经济分析。
一、混凝土结构裂缝问题
高层建筑的地下室往往超长，一般都超过了40m-60m。从技术上来讲，地下室混凝土结构不易受温度方面的影响，但由于建筑物的约束作用过强而导致不易控制混凝土结构裂缝。具体来讲，特别是超长地下室，一旦其地下室结构出现问题，其防水功能就会受很大影响，从而影响混凝土结构的耐久性、稳定性，也就容易形成安全隐患。此类问题原因在于材料问题、混凝土强度、结构设计施工等方面。所以要做好混凝土裂缝控制，必须要严格控制设计、施工。具体而言，首先进行裂缝计算，依据混凝土规范，在裂缝允许出现的范围内，合理配置满足要求的强度钢筋，然后难处裂缝宽度，一般要将裂缝控制在迎水面0.2mm、背水面0.3mm内；其次要严格把关材料环节，尽量选择带肋钢筋，混凝土标号不宜大于C40，为保证其质量，可以适当添加UEA膨胀剂；再次满足构造各方面要求，要考虑到沉降后浇带，同时设置温度后浇带，严格按照相关规范来配置钢筋间距，其最大间距不宜超过150mm，若遇到迎水面保护层厚度较大时，可以适当的通过设置钢筋网片来控制混凝土裂缝；最后要把握施工方法，超长地下室所使用的水泥等级要高于32.5Mpa，水灰比不宜大于0.5，虽然温度变化对地下室裂缝的影响较小，但仍要严格的进行保温保湿养护，要保证混凝土中心温度与表面相差在25oC以内，还有要做好不少于半个月的养护。
二、不均匀沉降问题
不均匀沉降问题基本上是现在带有超长地下室的高层建筑解决的问题，除非是在坚硬的岩石上建造地基。对高层建筑的超长地下室设计而言，必须考虑到周围建筑物和高层建筑对同一地下室的沉降缝，为使建筑的各个部分的沉降互不影响，就需尽可能的避免不均匀沉降所带来的内力，但这样一来就会给地下室防渗漏、结构稳定性设计带来一定的技术障碍，而一般都有以下几种解决方法：采用人工处理地基，即主体结构部分采用CFG桩复合地基，在裙房及纯地下室部分可以采用天然地基，这主要是因为CFG桩技术越来越成熟并性价比较高；主体结构采用桩基础，这样一来可以将主体结构的荷载通过所设置的桩基础而传递到岩石或土层上，也就在一定程度上保证了地下至周围建筑物和高层建筑的最小沉降，同时避免了设置沉降后浇带引起的一系列问题，此法优势明显，但由于造价高昂，因此往往适用于地基条件较差的情况；主体结构部分使用整体基础，裙房及地下室采用独立基础外加防水板，此法不同前两种方法，其造价也相对偏低，但是由于其施工工序复杂且不利于控制，因此使用相对较少。此外需要注意的是在不均匀沉降的相关计算方面，在选择相关的不均匀沉降控制方法时，要考虑到基础的补偿作用来计算主体结构的沉降量。
三、抗浮问题
高层建筑项目的地下建筑往往不会遇到抗浮问题的难点技术，但其超长地下室设计就会遇到层层技术问题。解决的方法往往有：首先要科学合理的确定抗浮防水位，地下室设防水位的原则是可依据历年最高水位来设防水位，而若是防水要求不是很严格的话，可以按3-5年最高水位来设防水位，科学设置好防水位给建筑项目带来的直接性经济效益是明显；其次，在一定允许条件下，可适当提高基坑坑底的设计标高，从而可以间接的降低设防水位，这一方法具体而言可以采用平板式筏板基础、楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖，宽扁梁可以有效的降低地下结构的层高，也相当于间接的达到了降低抗浮设防水位；再次可以通过增加地下室的重量直接来解决抗浮问题，然而此法必须考虑充分到地基上的承载力，不然后果不堪设想，在修正主体结构的地基承载力时，增加地下室的重量可以适当的提高其有效埋置深度，这样一来也就提高了地基承载力特征值，而实际上，要达到增加地下室重量目的，可以通过增加基础底厚度、增加基础顶覆土厚度、采用容重大且价格低的填料来增加基础配重，也可通过增加地下室顶板的厚度；最后还可以通过设置抗浮桩来解决抗浮问题，此法有局限性，主要问题在于地下水位计算的不精确性原因，容易造成主体结构和裙房间的产生更大的不均匀沉降差，而当地下水位长期较高时，抗浮桩的作用就比较明显，因而在设计方面要充分综合各方面的条件和影响来选择抗浮方法。
四、人防地下室结构设计问题
高层建筑地下室按不同使用要求分为人防区、非人防区两个部分。普通民用建筑防空地下室人防等级一般都是五、六级。而按平战结合原则，综合考虑到地下室受力各方面因素及建筑项目经济因素，一般将主体结构部分设置成五级人防区，而裙房、纯地下室部分往往设计成六级人防区。人防地下室考虑到了来自核爆动荷载及辐射等要求，所要求的材料、内力计算、构造规定均与非人防地下室有所区别。根据相关规范并结合实践经验，浅谈人防地下室结构设计中的几个具体问题并提出相关解决方法。其一，人防构件最小截面尺寸取值问题，结合《人民防空地下室设计规范》规定，人防顶板、人防墙、密闭门门框樯的最小厚度为200mm，对人防顶板而言，当顶部有覆土时，可以将覆土厚度通过折算的方法当成混凝土厚度来计算顶板防护厚度，无覆土情况下，便要考虑建筑面层的防护作用；而对于人防墙、密闭门门框樯的防护厚度达不到要求时就必须通过适当的方法来增加墙厚或是严格按规范来设计施工。其二，人防构件荷载确定，人防地下室荷载计算分析往往采取等效静荷法，用此法关键在于等效静荷载的使用前提；其三是人防底板的荷载控制，对两层及以下的人防地下室而言，当其顶部有覆土时，要注意到此时人防底板往往是由平时荷载起到控制作用的；其余情况往往是战时荷载起作用。
五、小结
总而言之，高层建筑超长地下室的结构设计涉及的技术问题较复杂，目前仍是建筑界研究关注的焦点。作为结构设计人员必须要扎实的专业知识技能和丰富的经验积累，并从技术和经济两方面来深入研究地下室结构设计，以做到技术与经济同步、安全与适用相协调的高水平地下室结构设计。
参考文献：
[1]徐培福、傅学怡、王翠坤等,复杂高层建筑结构设计.北京:中国建筑工业出版 社,2005.
[2]杜文卓，高层建筑地下室剪力墙裂缝分析与控制[J].合肥工业大学，2012.4
[3]劉琼、王国彬、张建波，高层建筑超长地下室楼盖应力分析[J].陕西建筑，2007（02）
作者简介：郭国红（1981.06—），男，河南许昌，汉，本科，助理工程师，研究方向：建筑结构设计。