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摘要：本文简要探讨了高层建筑中主楼与裙房地下室结构设计中标比较常见的问题,并提出了相应的解决办法,如温度应力,地下水浮力,不均匀沉降,及地下室大底板的设计方法。
关键词：建筑；地下室；结构设计
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑地下室是高层建筑的重要组成部分。可以认为是高层建筑与底盘连接的嵌入式的锚固体，为高层建筑提供结构稳定和安全保证。四周回填土的侧向约束限制了地下室的变位，进而增加了塔楼结构的刚度，减少了塔楼的自震周期和位移。高层建筑地下室应该有一定的埋深，对抗震有利。日本的研究结果表明，有地下室的建筑上部结构地震反应比无地下室的低20％-30％。随着地下室层数和埋深的增加，建筑物的整体刚度增大，自震周期明显减小，位移减小。地下室的埋深需根据建筑物的高度、体型、地下室功能、地基土的特点、抗震设防烈度和抗震等级及满足建筑物稳定的侧限要求等条件。所以地下室的埋深一般可取H/15-H/18，且宜大于3.0m。
1 地下室结构超长问题
地下室的温度变化虽然比地上小很多,但是对于体形庞大的超长地下室结构温度应力仍然不可忽视。地下室底板及外墙的温度裂缝是设计中必须考虑的问题。基础地下室为高层建筑的发展提供了坚实的物质结构基础，而其设计过程错综复杂我们应以遵循。我们应以合理的设计为前提，全面考虑其适用和合理的原则，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。控制超长地下室底板混凝土裂缝可以从施工方案和设计方案来着手解决。
1.1 高层建筑核心筒承台厚度一般很大,我曾经做过的一个工程核心筒承台厚度达3米,面积为8X9米,我设计这个项目时在图纸上要求施工单位采用如下方案:采取分层浇注,阶梯式推进,每层混凝土在初凝前完成上層浇注。这样可以适当降低混凝土硬化过程中水化热引起的早期裂缝。事实证明这种方案是有效的,承台施工完毕后我们经过仔细的观察很少见到裂缝。
1.2 为减少混凝土硬化过程中的收缩应力,可以设置施工后浇带,当地下室长度超过40m时,宜每隔20~30米设置后浇带一道,其宽度一般不小于800mm,位置宜在距柱或墙的中部1/3范围内,该处浇灌混凝土的时间可以由设计人员根据实际工程情况确定,但不得小于后浇带两侧混凝土浇灌完毕后1个月。
1.3 混凝土的水泥应选用水化热低的品种,如矿渣硅酸盐水泥。严格控制砂石骨料含泥量和级配。控制水化热的升温,构件中心与表面的温差不宜大于25℃,并控制降温和加强养护。
1.4 混凝土强度等级不宜过高,高层建筑地下室的竖向构件混凝土强度一般都很高,有的用到C60(规范规定不宜大于C60),设计人员为了施工方便,有可能把整个地下室的混凝土强度等级提高到与竖向构件一致,这样做很难保证混凝土的施工质量。因此我建议在满足承载力和防水要求的条件下,宜将混凝土强度控制在C35以下,可掺粉煤灰,增大骨料的粒径,利用60d后期强度。这样不仅能保证质量,也能节省造价。
1.5 采用膨胀剂配制混凝土,利用膨胀剂的补偿收缩功能解决混凝土硬化过程中的收缩开裂。现在市面上的膨胀剂种类很多,施工时最好要有厂家的技术人员现场指导方可保证施工质量。
1.6 设置不完全断开伸缩缝。这种缝一定程度的解决了防水及抗裂的问题,但是对温度应力的减少是有限的。
控制超长地下室外墙混凝土裂缝,可采取以下措施: (1) 设置施工后浇带。(2) 采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土,并留施工后浇带。(3) 墙体一般养护比较困难,受温度影响大,容易开裂。为了控制温差和干缩引起的竖向裂缝,水平分布钢筋宜采用变形钢筋,间距不宜大于150mm,配筋率不宜小于0.5%。在保证截面有效高度的前提下将水平钢筋放在竖向钢筋的外侧也是一种行之有效的方法。(4) 地下一层外墙,在室外地面以上部分,应设置外保温隔热层,避免直接暴露。(5) 混凝土强度等级不宜大于C35.
2 抗浮问题
地下水位埋深一般比较浅,裙房及纯地下室部分常常会有抗浮不满足要求的问题。针对此种情况,应采取以下措施:
2.1 当地质条件较好时,高层建筑的基础应优选采用筏板基础。筏板基础可分为平板式筏板基础和梁板式筏板基础。平板式筏板基础自重大,且能有效的降低基础埋深,从而相应的减少地下水浮力。
2.2 地下室顶板提倡使用无梁楼盖或者宽扁梁楼盖。这样可以有效地降低地下结构的层高,从而相对降低了抗浮设防水位。
2.3 设置抗拔桩。抗拔桩要求有效桩长不应小于10m,且进入持力层深度不小于3d;抗拔桩与承台的连接也有特殊的要求,如果是预应力管桩,也应将预应力钢筋锚入承台内。
2.4 当采用筏板基础时,可以将边跨筏板外挑1~2米,在挑出部分的筏板上覆土,增加压重,既可以有效抵消部分浮力,也能平衡部分弯矩。
3 基础的差异沉降问题
解决不均匀沉降问题大致有以下几种方法:
3.1 预估主楼的沉降量,并先施工主楼。待一定条件下,采用加强后浇带的技术措施,来控制主楼与裙房之间的沉降差。
3.2 裙房和高层建筑之间不设沉降缝,采用端承桩,将桩端置于强风化或中风化上。
3.3 裙房和主楼部分采用不同的基础形式:当天然地基承载力不是很低时,裙房部分采用天然基础,主楼部分采用桩基础或桩筏基础,或桩基础加后注浆。
3.4 裙房和主楼部分也可以都采用桩基础,但是主楼部分的桩布置多而密,裙楼部分的桩布置少而疏。
3.5 当裙楼只有一跨时,裙楼的基础可以直接从刚度较大的主楼基础上挑出。
4 桩基础地下室地板的设计
地下室设计一般采用预应力管桩,主楼下的桩布置非常密,而裙楼下一般为两桩或三桩承台,底板如果采用传统的梁板结构,一方面施工起来比较困难,在大承台内再加梁已经没有必要,不经济。现在比较被市场认可的做法是把底板设计成无梁楼盖的方案,把桩承台当柱帽考虑,承台与底板之间加腋来解决板冲切不足的问题。这种做法施工方便,工程质量也容易保证。
5 结束语
高层建筑超长地下室的结构设计问题比较复杂,在设计中应根据具体工程的实际情况采取合理的设计方法,真正做到设计的作品安全、适用、经济、美观。现代建筑体形越来越庞大,随着汽车的相对普及和城市的空间相对有限使得人们对地下室的依赖程度越来越高,地下室超长超大已非常普遍。超长地下室作为一个整体来设计可以避免许多问题,因设置伸缩缝很难解决漏水的问题,也不利于布置设备管线,施工比较困难,结构质量也难以保证。因此大部分地下室设计都不再设置永久性的伸缩缝。但是超长地下室的设计也存在不少问题,如温度应力 ,地下水浮力,不均匀沉降等等。在设计中怎样解决好这些问题将成为地下室设计成败的关键。
参考文献：
[1] 邓燕敏.高层建筑地下室外墙混凝土裂缝控制术[J].商品与质量：学术观察，2011,(7).
[2] 张祎，郭进.关于高层建筑地下室外墙混凝土裂缝控制的探讨[J].建材与装饰，2012,(3).
[3] 林惠萍. 高层建筑地下室外墙混凝土裂缝控制与工程实践[J].建筑知识，2011,（1）.
[4] 金升亮. 关于高层建筑地下室设计中的要点[J].中小企业管理与科技，2012,（9）
[5] 高海，曹宪庭.后张无粘连预应力混凝土楼盖设计中的若干问题探讨[J].冶金矿山设计与建设，2010，（9）.
[6] 张奋强.高层建筑地下室混凝土外墙裂缝控制[J].福建建材，2010,(5).
关键词：建筑；地下室；结构设计
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑地下室是高层建筑的重要组成部分。可以认为是高层建筑与底盘连接的嵌入式的锚固体，为高层建筑提供结构稳定和安全保证。四周回填土的侧向约束限制了地下室的变位，进而增加了塔楼结构的刚度，减少了塔楼的自震周期和位移。高层建筑地下室应该有一定的埋深，对抗震有利。日本的研究结果表明，有地下室的建筑上部结构地震反应比无地下室的低20％-30％。随着地下室层数和埋深的增加，建筑物的整体刚度增大，自震周期明显减小，位移减小。地下室的埋深需根据建筑物的高度、体型、地下室功能、地基土的特点、抗震设防烈度和抗震等级及满足建筑物稳定的侧限要求等条件。所以地下室的埋深一般可取H/15-H/18，且宜大于3.0m。
1 地下室结构超长问题
地下室的温度变化虽然比地上小很多,但是对于体形庞大的超长地下室结构温度应力仍然不可忽视。地下室底板及外墙的温度裂缝是设计中必须考虑的问题。基础地下室为高层建筑的发展提供了坚实的物质结构基础，而其设计过程错综复杂我们应以遵循。我们应以合理的设计为前提，全面考虑其适用和合理的原则，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。控制超长地下室底板混凝土裂缝可以从施工方案和设计方案来着手解决。
1.1 高层建筑核心筒承台厚度一般很大,我曾经做过的一个工程核心筒承台厚度达3米,面积为8X9米,我设计这个项目时在图纸上要求施工单位采用如下方案:采取分层浇注,阶梯式推进,每层混凝土在初凝前完成上層浇注。这样可以适当降低混凝土硬化过程中水化热引起的早期裂缝。事实证明这种方案是有效的,承台施工完毕后我们经过仔细的观察很少见到裂缝。
1.2 为减少混凝土硬化过程中的收缩应力,可以设置施工后浇带,当地下室长度超过40m时,宜每隔20~30米设置后浇带一道,其宽度一般不小于800mm,位置宜在距柱或墙的中部1/3范围内,该处浇灌混凝土的时间可以由设计人员根据实际工程情况确定,但不得小于后浇带两侧混凝土浇灌完毕后1个月。
1.3 混凝土的水泥应选用水化热低的品种,如矿渣硅酸盐水泥。严格控制砂石骨料含泥量和级配。控制水化热的升温,构件中心与表面的温差不宜大于25℃,并控制降温和加强养护。
1.4 混凝土强度等级不宜过高,高层建筑地下室的竖向构件混凝土强度一般都很高,有的用到C60(规范规定不宜大于C60),设计人员为了施工方便,有可能把整个地下室的混凝土强度等级提高到与竖向构件一致,这样做很难保证混凝土的施工质量。因此我建议在满足承载力和防水要求的条件下,宜将混凝土强度控制在C35以下,可掺粉煤灰,增大骨料的粒径,利用60d后期强度。这样不仅能保证质量,也能节省造价。
1.5 采用膨胀剂配制混凝土,利用膨胀剂的补偿收缩功能解决混凝土硬化过程中的收缩开裂。现在市面上的膨胀剂种类很多,施工时最好要有厂家的技术人员现场指导方可保证施工质量。
1.6 设置不完全断开伸缩缝。这种缝一定程度的解决了防水及抗裂的问题,但是对温度应力的减少是有限的。
控制超长地下室外墙混凝土裂缝,可采取以下措施: (1) 设置施工后浇带。(2) 采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土,并留施工后浇带。(3) 墙体一般养护比较困难,受温度影响大,容易开裂。为了控制温差和干缩引起的竖向裂缝,水平分布钢筋宜采用变形钢筋,间距不宜大于150mm,配筋率不宜小于0.5%。在保证截面有效高度的前提下将水平钢筋放在竖向钢筋的外侧也是一种行之有效的方法。(4) 地下一层外墙,在室外地面以上部分,应设置外保温隔热层,避免直接暴露。(5) 混凝土强度等级不宜大于C35.
2 抗浮问题
地下水位埋深一般比较浅,裙房及纯地下室部分常常会有抗浮不满足要求的问题。针对此种情况,应采取以下措施:
2.1 当地质条件较好时,高层建筑的基础应优选采用筏板基础。筏板基础可分为平板式筏板基础和梁板式筏板基础。平板式筏板基础自重大,且能有效的降低基础埋深,从而相应的减少地下水浮力。
2.2 地下室顶板提倡使用无梁楼盖或者宽扁梁楼盖。这样可以有效地降低地下结构的层高,从而相对降低了抗浮设防水位。
2.3 设置抗拔桩。抗拔桩要求有效桩长不应小于10m,且进入持力层深度不小于3d;抗拔桩与承台的连接也有特殊的要求,如果是预应力管桩,也应将预应力钢筋锚入承台内。
2.4 当采用筏板基础时,可以将边跨筏板外挑1~2米,在挑出部分的筏板上覆土,增加压重,既可以有效抵消部分浮力,也能平衡部分弯矩。
3 基础的差异沉降问题
解决不均匀沉降问题大致有以下几种方法:
3.1 预估主楼的沉降量,并先施工主楼。待一定条件下,采用加强后浇带的技术措施,来控制主楼与裙房之间的沉降差。
3.2 裙房和高层建筑之间不设沉降缝,采用端承桩,将桩端置于强风化或中风化上。
3.3 裙房和主楼部分采用不同的基础形式:当天然地基承载力不是很低时,裙房部分采用天然基础,主楼部分采用桩基础或桩筏基础,或桩基础加后注浆。
3.4 裙房和主楼部分也可以都采用桩基础,但是主楼部分的桩布置多而密,裙楼部分的桩布置少而疏。
3.5 当裙楼只有一跨时,裙楼的基础可以直接从刚度较大的主楼基础上挑出。
4 桩基础地下室地板的设计
地下室设计一般采用预应力管桩,主楼下的桩布置非常密,而裙楼下一般为两桩或三桩承台,底板如果采用传统的梁板结构,一方面施工起来比较困难,在大承台内再加梁已经没有必要,不经济。现在比较被市场认可的做法是把底板设计成无梁楼盖的方案,把桩承台当柱帽考虑,承台与底板之间加腋来解决板冲切不足的问题。这种做法施工方便,工程质量也容易保证。
5 结束语
高层建筑超长地下室的结构设计问题比较复杂,在设计中应根据具体工程的实际情况采取合理的设计方法,真正做到设计的作品安全、适用、经济、美观。现代建筑体形越来越庞大,随着汽车的相对普及和城市的空间相对有限使得人们对地下室的依赖程度越来越高,地下室超长超大已非常普遍。超长地下室作为一个整体来设计可以避免许多问题,因设置伸缩缝很难解决漏水的问题,也不利于布置设备管线,施工比较困难,结构质量也难以保证。因此大部分地下室设计都不再设置永久性的伸缩缝。但是超长地下室的设计也存在不少问题,如温度应力 ,地下水浮力,不均匀沉降等等。在设计中怎样解决好这些问题将成为地下室设计成败的关键。
参考文献：
[1] 邓燕敏.高层建筑地下室外墙混凝土裂缝控制术[J].商品与质量：学术观察，2011,(7).
[2] 张祎，郭进.关于高层建筑地下室外墙混凝土裂缝控制的探讨[J].建材与装饰，2012,(3).
[3] 林惠萍. 高层建筑地下室外墙混凝土裂缝控制与工程实践[J].建筑知识，2011,（1）.
[4] 金升亮. 关于高层建筑地下室设计中的要点[J].中小企业管理与科技，2012,（9）
[5] 高海，曹宪庭.后张无粘连预应力混凝土楼盖设计中的若干问题探讨[J].冶金矿山设计与建设，2010，（9）.
[6] 张奋强.高层建筑地下室混凝土外墙裂缝控制[J].福建建材，2010,(5).