【摘要】隨著高層建筑的飛速發(fā)展，其建筑設(shè)備用房、地下消防水池和汽車停車位多功能都應(yīng)用在地下室，因此在高層建筑設(shè)計(jì)中地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理與施工監(jiān)測(cè)措施，探討了在場(chǎng)地條件限制下，采用鉆孔樁和鋼板樁,鋼筋混凝土水平支撐和工字鋼水平支撐兩種不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和科學(xué)驗(yàn)算，對(duì)其施工技術(shù)進(jìn)行了扼要介紹，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和評(píng)析。
【關(guān)鍵詞】建筑工程；地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；支撐； 監(jiān)測(cè)
目前城市土地資源日益緊缺，建筑及城市交通有逐漸向地下發(fā)展的趨勢(shì)。然而，建筑由于其功能和結(jié)構(gòu)本身的需要，大多設(shè)置了地下室。隨著建筑層數(shù)的日益增高，地下結(jié)構(gòu)已向多層發(fā)展，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及防水等日益成為建筑工程界關(guān)注的熱點(diǎn)。由于地下室工程的施工環(huán)境特殊、隱蔽性大、涉及的工種多、施工復(fù)雜，也容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，因而對(duì)設(shè)計(jì)和施工有一定的特殊要求。
1 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)概述
地下室工程涉及的專業(yè)極為復(fù)雜，在建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設(shè)備用房及管道、坑道、排水、通風(fēng)、采光等各專業(yè)的配合。對(duì)于具有大底盤地下室的高層建筑群體而言，塔樓部分一般在使用階段不會(huì)存在抗浮問(wèn)題，但裙房及純地下室部分經(jīng)常會(huì)有抗浮不滿足要求的問(wèn)題。而且由于實(shí)際地下室抗浮設(shè)計(jì)中往往只考慮正常使用極限狀態(tài)，對(duì)施工過(guò)程和洪水期重視不足，因而也會(huì)造成施工過(guò)程中由于抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞，加上地下室防水工程是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，涉及設(shè)計(jì)、施工、材料選擇等諸多方面因素，因此造成了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)繁多，一般來(lái)講概括起來(lái)為：（1）結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)；（2）抗震設(shè)計(jì)；（3）地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)；（4）外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1 結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)
在高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設(shè)備用房及管道、坑道、排水、通風(fēng)、采光等各專業(yè)的配合。例如地下室的長(zhǎng)度超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)，需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合，確定是否設(shè)置變形縫，通常應(yīng)盡可能少設(shè)或不設(shè)變形縫，因?yàn)樵O(shè)置變形縫會(huì)使得變形縫處的防水處理變得復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)設(shè)置后澆帶和合理使用混凝外加劑或地上設(shè)縫、地下不設(shè)縫等方式，達(dá)到不設(shè)縫的目的。若地下室過(guò)長(zhǎng)依靠設(shè)置后澆帶的方法難以解決，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理地調(diào)整平面將地下室分割成幾個(gè)小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設(shè)置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補(bǔ)救。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地設(shè)置采光通風(fēng)井，若高層建筑采光通風(fēng)井位置設(shè)計(jì)不當(dāng)，例如在側(cè)壁外作附加通長(zhǎng)采光井，而采光井外壁又不能與地下室頂板整體連接，會(huì)造成地下室保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風(fēng)力作用傳至側(cè)壁及地面，不能滿足高層建筑的埋深要求。
設(shè)計(jì)體會(huì)與監(jiān)理結(jié)論
2.2 地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)
一般來(lái)講，此類設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題為：地下水位未按勘察報(bào)告確定，或勘察報(bào)告未提供計(jì)算浮力的地下水位及其變幅，違反了GB50007-2002第3.0.2條；斜坡道未進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，斜坡道與主體分縫處未作處理；抗浮驗(yàn)算不滿足要求，不符合GB50009-2001第3.2.5條等。
地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。實(shí)際在地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮正常使用的極限狀態(tài)，而對(duì)施工過(guò)程和洪水期重視不足，因而會(huì)造成地下室施工過(guò)程中因抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建筑，由于地下室的面積較大、形狀又不規(guī)則，且地下室上方的局部沒(méi)有建筑，此類抗浮問(wèn)題相對(duì)難以處理，須作細(xì)致分析后再進(jìn)行處理。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足受力要求外，抗?jié)B也是其中一個(gè)重點(diǎn)。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作，要達(dá)到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施：（1）補(bǔ)償收縮混凝土。在混凝土中摻微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當(dāng)其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時(shí)，即可控制裂縫；（2）膨脹帶�；炷林信蛎泟┑呐蛎涀冃尾粫�(huì)完全補(bǔ)償混凝土的早期收縮變形，而設(shè)置補(bǔ)償收縮混凝土帶可以實(shí)現(xiàn)混凝士連續(xù)澆注無(wú)縫施工；（3）后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長(zhǎng)久性變形縫已有很大的改進(jìn)并廣泛應(yīng)用；（4）提高鋼筋混凝土的抗拉能力。混凝土應(yīng)考慮增加抗變形鋼筋，如側(cè)壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強(qiáng)化作用；側(cè)壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設(shè)置一道水平暗梁抵抗拉力。當(dāng)然，在采取以上措施時(shí)，同時(shí)要注意混凝土的養(yǎng)護(hù)。
2.3 外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
地下室的外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，應(yīng)按水、土壓力驗(yàn)算，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下要求：（1）荷載。地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、側(cè)向土壓力和人防等效靜荷載。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，豎向荷載及風(fēng)荷載或地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力一般不起控制作用，墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產(chǎn)生的彎矩確定，而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用，僅按墻板彎曲計(jì)算彎曲的配筋；（2）靜止土壓力系數(shù)。靜止土壓力宜由試驗(yàn)確定，當(dāng)不具備試驗(yàn)條件時(shí)，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7；（3）地下室外墻的配筋計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，在外墻的配筋計(jì)算中，對(duì)于帶扶壁柱的外墻，不是根據(jù)扶壁柱的尺寸大小進(jìn)行計(jì)算，而是均按雙向板計(jì)算配筋；扶壁柱則按地下室結(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)果進(jìn)行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。根據(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，這種設(shè)計(jì)將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。因此，在計(jì)算地下室外墻的配筋時(shí)，對(duì)于垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大的外墻板塊，如高層建筑外框架柱之間，按雙向板計(jì)算配筋為宜，其余的宜按豎向單向板計(jì)算。對(duì)豎向荷載較小的外墻扶壁柱，其內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強(qiáng)。外墻的水平分布筋應(yīng)根據(jù)扶壁柱截面尺寸的大小，適當(dāng)?shù)嘏湟酝鈧?cè)附加短水平負(fù)筋加強(qiáng)，外墻轉(zhuǎn)角處也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。地下室外墻計(jì)算時(shí)底部為固定支座（即底板作為外墻的嵌固端），側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩相等，底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁的抗彎能力，其厚度應(yīng)與配筋量相匹配。這種情況在地下車道中最為典型，車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁底部的抗彎能力。
2.4 地下室基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須滿足強(qiáng)度和變形兩個(gè)方面的要求，特別是變形問(wèn)題。
2.4.1 針對(duì)不同的情況，采用因地制宜的圍護(hù)措施，不僅能達(dá)到圍護(hù)目的，而且安全經(jīng)濟(jì)省時(shí)。本工程基坑圍護(hù)針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)情況，不同開(kāi)挖深度，綜合采用了鉆孔樁、鋼板樁、卸土、挖土預(yù)留土臺(tái)、鋼筋混凝土內(nèi)支撐和鋼內(nèi)支撐等方法，即達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，而且圍護(hù)費(fèi)也合理。
2.4.2內(nèi)支撐的設(shè)置不僅滿足整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力的合理性，同時(shí)還要為方便施工創(chuàng)造條件。本工程設(shè)上、下兩層支撐均采用對(duì)撐及角撐，不僅滿足設(shè)計(jì)內(nèi)力要求，而且有利于機(jī)械挖土，且第二層支撐采用工字鋼，用電焊聯(lián)接，施工靈活方便，縮短工期；工字鋼可回收重復(fù)使用，降低基坑支護(hù)費(fèi)用。
2.4.3 鋼支撐與工程基礎(chǔ)承臺(tái)一起澆筑，安全性大大提高，且不影響承臺(tái)受力，加快施工速度。
2.4.4 對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周圍建筑物的監(jiān)測(cè)，實(shí)行信息化施工，不僅使施工具有科學(xué)性，確保施工安全，也為優(yōu)化設(shè)計(jì)合理組織施工提供可靠依據(jù)，節(jié)省了工程造價(jià)。
3 結(jié)語(yǔ)
高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯然是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，但是，只要把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，抓住設(shè)計(jì)重點(diǎn)，以合理的設(shè)計(jì)為前提，進(jìn)行全面考慮，使建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作發(fā)揮其最大的經(jīng)濟(jì)作用和社會(huì)效益、戰(zhàn)略效益。
