金霄

（廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

高層建筑地下室在設(shè)計(jì)過程中，除了需要合理的建筑功能布局，更需要合理完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于市場(chǎng)對(duì)工程質(zhì)量，工程造價(jià)控制的要求日益增高，對(duì)使用功能的合理性更為看重，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度進(jìn)一步增加，若不注意設(shè)計(jì)過程中的細(xì)節(jié)，容易帶來工程造價(jià)增加但工程質(zhì)量仍難以保證的問題。由此可見，進(jìn)行高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究非常必要。

1 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與難點(diǎn)

1.1 特點(diǎn)

高層建筑地下空間規(guī)劃設(shè)計(jì)不僅涉及常規(guī)要求，而且還要滿足功能性需要。結(jié)合當(dāng)前來看，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，需要全盤考慮，通過一系列的計(jì)算分析，保障地下室結(jié)構(gòu)的安全性，確保荷載能夠通過構(gòu)件完成傳遞，防止產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)安全問題。按彈塑性工作的過程中還需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)研究。由于此方面設(shè)計(jì)工作極易影響結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，因此技術(shù)人員需要先在前期使構(gòu)件進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，盡可能地強(qiáng)化結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使材料可以最大程度地發(fā)揮總價(jià)值，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。此外，還需進(jìn)行爆炸動(dòng)荷載設(shè)計(jì)，并強(qiáng)化對(duì)抗震性能的關(guān)注，有效提升抗坍塌水準(zhǔn)，提高結(jié)構(gòu)的安全性。

1.2 難點(diǎn)

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作難度較高、范圍內(nèi)容更廣。通常情況下，在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量避免變形縫規(guī)劃，之所以這樣操作是因?yàn)槿羰窃O(shè)置變形縫則極易影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的防水效果，會(huì)加大后期防水處理的難度。與此同時(shí)，對(duì)于大底盤高層建筑地下室規(guī)劃設(shè)計(jì)來講，塔樓層數(shù)較多，自重較大，一般情況下不易存在抗浮問題，但是地下室卻經(jīng)常會(huì)由于抗浮因素產(chǎn)生諸多影響。在此基礎(chǔ)上，由于在進(jìn)行地下室規(guī)劃的過程中多數(shù)工作人員只會(huì)關(guān)注極限狀態(tài)下的使用情況而忽略了洪水期的問題，以至于高層建筑在設(shè)計(jì)施工的過程中極易產(chǎn)生抗浮能力不足等局部坍塌問題，這也加大了設(shè)計(jì)方面的難度，要求應(yīng)該按照設(shè)計(jì)流程逐一分析，確?？垢≡O(shè)計(jì)水準(zhǔn)。除此之外地下室還是人防工程的重點(diǎn)區(qū)域，所以設(shè)計(jì)中還要考慮爆炸動(dòng)荷載設(shè)計(jì)。總而言之，地下室防水也是基礎(chǔ)工程內(nèi)容的重要環(huán)節(jié)，涉及多方面因素，因此在設(shè)計(jì)、材料選擇等方面還要綜合性研究，以此保障設(shè)計(jì)的整體水準(zhǔn)，減少返工等情況的產(chǎn)生。

以下將以某項(xiàng)目為例，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的情況，與諸位進(jìn)行分享。

2 工程概況

本項(xiàng)目位于東莞市虎門高鐵站旁，基地東接白沙南路，南接莞太路。項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積為248186.3 m2，總建筑面積為248186.3m2。地下2 層，底板面標(biāo)高為-11.00m；結(jié)構(gòu)在±0.000 以上通過防震縫分開：29 號(hào)辦公塔樓及30 號(hào)辦公塔樓采用框架－核心筒結(jié)構(gòu)，地上均為47 層，主屋面高度均為189.700m；商業(yè)裙樓采用框架結(jié)構(gòu)，地上共6 層，主屋面高度為28.2 m。地上裙樓31 號(hào)商業(yè)樓及34 號(hào)商業(yè)樓采用框架結(jié)構(gòu)，地上均為6 層，主屋面高度均為28.200m。地上裙樓部分為A 級(jí)高層建筑，辦公部分為B 級(jí)高度建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)。建筑設(shè)計(jì)使用年限為50 年。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50223—2008），兩棟商業(yè)裙樓的抗震設(shè)防分類為按重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），而地下室及兩棟辦公塔樓的抗震設(shè)防分類均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）[1]。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況

3.1 工程地質(zhì)與水文條件

3.1.1 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地位于本項(xiàng)目位于東莞市虎門高鐵站旁，基地東接白沙南路，南接莞太路。場(chǎng)地地貌單元屬珠江三角洲河流沖積平原，現(xiàn)狀為荒地、果林、停車場(chǎng)等。場(chǎng)地內(nèi)第四系為全新統(tǒng)（Q4），由人工填土（Q4ml）、湖積層（Q4l）、沖洪積層（Q4al+pl）及第四系殘積土層（Qel）組成。本工程場(chǎng)地地層情況如表1 所示。

表1 地層情況

3.1.2 水文地質(zhì)概況

本場(chǎng)地范圍地表無水系發(fā)育，場(chǎng)地周邊也無河流經(jīng)過，該場(chǎng)地距離最近河流為東莞運(yùn)河，距離約2.7km，對(duì)該項(xiàng)目影響小。在經(jīng)過勘察后得知，各鉆孔均見地下水，測(cè)得地下水初見水位最大埋深為5.1m，最小埋深為0.6m，標(biāo)高為8.12～14.05m；穩(wěn)定水位最大埋深為4.9m，最小埋深為1m。大氣降水是工程所在地區(qū)地下水補(bǔ)給的主要來源，而排泄方式主要以大氣蒸發(fā)和徑流為主，地下水位受季節(jié)的影響顯著。大部分賦存于基巖風(fēng)化裂隙中的裂隙水為承壓水，其補(bǔ)給主要是在補(bǔ)給區(qū)進(jìn)行，或通過側(cè)向地下逕流補(bǔ)給；排泄方式主要表現(xiàn)為以地下逕流方式向下游排泄，地下水位較為穩(wěn)定。在工程所在地，埋藏地下水的主要類型分別為基巖裂隙水和孔隙水，砂層地下水與地表水聯(lián)系較強(qiáng)，基巖裂隙水埋深較大，與地表水聯(lián)系弱；砂層主要為中等透水、富水性較貧乏。地下水和地表土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均具有微腐蝕性。

3.1.3 場(chǎng)地地震效應(yīng)及地震動(dòng)參數(shù)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），本工程的抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，地震設(shè)計(jì)分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g。根據(jù)本次勘察結(jié)果，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

3.2 基礎(chǔ)選型

根據(jù)本工程地質(zhì)勘查報(bào)告的結(jié)果，在基礎(chǔ)形式選擇方面，采用鉆（沖）孔灌注樁，樁端持力層為中風(fēng)化巖層，巖石單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值如下：frk=12MPa，；塔樓部分，外框柱采用單柱單樁，核心筒采用多樁承臺(tái)，樁基礎(chǔ)樁徑采用2.3m、2.2m、2.1m，單樁抗壓承載力特征值為43000~52000kN；裙樓及純地下室區(qū)域采用單柱單樁，承壓兼作抗拔樁，樁基礎(chǔ)樁徑采用1.0~1.6m，單樁抗壓承載力特征值為7100~18000kN，單樁抗拔承載力特征值為1200~7000kN。樁基礎(chǔ)之間設(shè)置防水板，板厚為600mm。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

地下室建筑功能復(fù)雜，大大小小的設(shè)備機(jī)房多數(shù)集中在地下室，在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中需站在宏觀的角度，結(jié)合建筑使用功能，優(yōu)化柱網(wǎng)布置，細(xì)化荷載，合理布置保證凈高，考慮人防的設(shè)計(jì)使用需求，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范的規(guī)定，以下分享地下室設(shè)計(jì)過程中的一些要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

（1）基礎(chǔ)與底板設(shè)計(jì)。

（2）嵌固端選取與抗震等級(jí)選定?？拐鹪O(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重中之重，若未設(shè)計(jì)得當(dāng)，對(duì)整體的抗震性能極為不利。首先是嵌固端的選取，基于本項(xiàng)目地下室頂板未存在大開洞的情況，且地下室頂板各條件滿足嵌固端的要求，故本項(xiàng)目嵌固端選取為地下室頂板。當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同。地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)可逐層降低一級(jí)[2]。

（3）結(jié)構(gòu)形式及梁板構(gòu)造加強(qiáng)措施。地下室頂板作為嵌固端，按規(guī)范要求不宜采用無梁樓蓋，故采用梁板結(jié)構(gòu)。嵌固端室內(nèi)樓板厚度為180mm，室外為250mm，并采取雙層雙向配筋且單層單方向的配筋率不小于0.25%[3]。梁端范圍內(nèi)梁端（頂面和底面）的縱向鋼筋，實(shí)配值相較計(jì)算值，均放大10%。

（4）豎向構(gòu)件構(gòu)造加強(qiáng)措施。應(yīng)存在關(guān)系地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋實(shí)配值1.1 倍首層對(duì)應(yīng)縱向鋼筋實(shí)配值。

（5）地下室外墻計(jì)算。為保證地下室結(jié)構(gòu)的安全性，在地下室外墻設(shè)計(jì)工作中，樓梯間、車道等部分的外墻與一般地下室外墻的支撐條件、計(jì)算、設(shè)計(jì)方式存在一定的差別。具體來說，首先，若地下室樓梯間、車道等結(jié)構(gòu)的頂板標(biāo)高不一致，那么在開展外墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意外墻上部支座水平力的傳遞問題。其次，地下室外墻底部的固定支座為地下室底板，側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小需保持一致，那么在計(jì)算時(shí)，應(yīng)保證底板的抗彎能力大于或等于側(cè)壁，即在進(jìn)行地下室外墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證底板的厚度和配筋量與外墻底部相匹配。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，最典型的案例為車道側(cè)壁，較多車道側(cè)壁會(huì)存在懸臂構(gòu)件的情況，故設(shè)計(jì)時(shí)需特別留意底板的抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁底部。

（6）后澆帶的設(shè)置。由于地下室整體超長(zhǎng)，且施工期間溫差大等原因，按30~40m 的間距設(shè)置貫通頂板、底板及墻板的1000mm 寬后澆帶，后澆帶設(shè)置基本與梁正交，沿豎向設(shè)置于結(jié)構(gòu)同跨內(nèi)，澆筑時(shí)采用提高一級(jí)混凝土強(qiáng)度的無收縮混凝土進(jìn)行澆筑，低溫入模。地下室結(jié)構(gòu)后澆帶設(shè)置如圖1 所示。

圖1 地下室結(jié)構(gòu)后澆帶設(shè)置

（7）保護(hù)層和墊層厚度。本項(xiàng)目底板厚度采用600mm，同時(shí)按規(guī)范要求將迎水面鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)置為50mm，裂縫寬度則控制在0.2mm 之內(nèi)。結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置混凝土強(qiáng)度為C15，厚度100mm 的混凝土墊層[4]。

（8）溫度應(yīng)力。本項(xiàng)目對(duì)溫度應(yīng)力參數(shù)的考慮為：結(jié)構(gòu)初始溫度為20~30℃，混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)折減系數(shù)取0.3。溫度作用與重力荷載組合，溫度作用的組合值系數(shù)取0.6。對(duì)于室內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)樓面考慮降溫20℃，以及混凝土收縮等效降溫10℃考慮；升溫按照升溫30℃考慮。根據(jù)實(shí)際情況分析，除洞口周邊應(yīng)力集中現(xiàn)象較明顯，室內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)僅在支座處產(chǎn)生一定的應(yīng)力集中，除這些區(qū)域外，其他區(qū)域均不超過混凝土材料的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2.20N/mm2。因此，為抵抗溫度作用，大跨、大跨內(nèi)沿一跨及開洞周邊樓板設(shè)置雙層雙向通長(zhǎng)筋拉通，且每層每個(gè)方向配筋率均要符合規(guī)范要求，即大于等于0.25%。此外，在樓板應(yīng)力集中處增設(shè)附加筋[5]。通過以上措施，改善溫度作用對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。

（9）地下水位與抗浮設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將地下水位及變幅作為基準(zhǔn)，通常情況下，在設(shè)計(jì)階段，部分設(shè)計(jì)人員僅依據(jù)正常使用下的極限狀態(tài)，缺乏對(duì)施工過程和洪水期的關(guān)注，導(dǎo)致抗浮設(shè)計(jì)考慮不周，使工程出現(xiàn)各類質(zhì)量問題。此外，由于部分工程，地表建筑由高層和低層組成，且形狀規(guī)則性較差，再加上部分地下室上方?jīng)]有建筑，使抗浮問題的處理難度加大，需要對(duì)此類問題展開詳細(xì)的分析。依據(jù)相關(guān)地勘報(bào)告提供的水位數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)水位取至室外地坪標(biāo)高。地下室頂板上方有建筑物的區(qū)域，采用結(jié)構(gòu)自重配合抗拔樁的設(shè)置，地下室頂板上方無建筑物的區(qū)域，采用結(jié)構(gòu)自重、室外覆土配合抗拔樁的設(shè)置，以達(dá)到抗浮的目的。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗浮設(shè)計(jì)流程如圖2 所示。

圖2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗浮設(shè)計(jì)流程

5 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需格外重視規(guī)范相關(guān)條文的執(zhí)行，并綜合考慮建筑使用功能及防水的處理，萬丈高樓平地起，高層建筑的底盤才是拔地而起的基石，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段全盤考慮，綜合分析，嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算，以此確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全、可靠、穩(wěn)定性。