浅谈多塔楼下大型地下室的结构设计探讨

缪洪文

摘 要：随着城市建设的快速发展，工程项目的建设规模越来越同时为了利用地下空间，工程设计中往往会遇到多个塔楼乃至十个以上塔楼下的大型地下室结构设计，这就给结构设计带来了一些特殊的设计要求。笔者依据多年的工程设计经验，提出了大型地下室结构设计中的一些处理方法和建议。

关键词：分块搭接计算、包络设计、嵌固端、抗震等级、后浇带、沉降缝

1 引言

多塔楼下大型地下室规模大，超过计算机软件的计算能力，需对地下室的结构计算模型作适当的处理。地下室顶板通长作为上部结构的嵌固端，需采取有效措施满足规范对嵌固端要求。多塔楼下的大型地下室情况复杂，需按规范正确确定结构的抗震等级，需正确合理对建筑物相关范围的结构进行包络设计。多塔楼下的大型地下室，很多区域无上部主体结构，同时地下室的平面尺寸大，需采取有效措施消除不均匀沉降以及地下室超长的不利影响。

2 地下室结构的计算分析

多塔楼下的地下室结构设计需对地下室结构进行单体计算及地下室整体分析计算，计算软件可采用SATWE等软件。大型地下室建筑面积大，有的单层地下室的建筑面积就达10万平方米，结构构件数量多，对地下室整体分析会超过计算软件的计算能力，整体分析计算时可对地下室结构进行分块包络计算，以适应计算软件的计算能力。分块包络计算中在各分块交接处需进行搭接计算，搭接范围为块分界处向外延伸2跨，从而使计算模型与工程实际情况相符，保证了地下室结构设计计算分析的可靠性。

3 嵌固端的要求

在设计中地下室顶板往往作为上部结构的嵌固端，此时地下室需满足以下要求：

（1）地下室的大部需可靠埋入地基土内，建议地下室可靠埋入深度需大于60%。为了确保地下室埋入地基的可靠性，地下室外周回填土应采用级配砂石、砂土或灰土，并应分层夯实。

（2）地下一层与相邻上层的侧向刚度比需大于2。地下室侧向刚度计算时需带入“相关范围”的地下室结构进行计算。“相关范围”取主楼周边外围1～2跨的地下室范围。如计算不满要求，可在地下室的“相关范围”增设剪力墙来增加地下室侧向刚度。

（3）地下室顶板应避免开设大洞口，顶板厚度需不小于180mm,砼的强度等级不宜低于C30，应采用双层双向配筋，配筋率不小于0.25%，地下一层墙、柱、梁的配筋需满足《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.1.14条的相关要求。

（4）确保嵌固端的楼板连续。设计中要避免地下室顶板有过大高差，高差需控制在1.2米范围内，并对高差部位采取加腋措施，确保水平力的可靠传递。对于场地高差较大处，可对地下室顶板采取结构找坡来处理。地下室顶板高差处的加腋可参照下图设计。

4 地下室结构的抗震等级确定

根据《高层建筑砼结构技术》规范JGJ3-2010第3.9.5条以及《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.1.3条规定，地下室顶层作为上部嵌固端时，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下的抗震措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级；若嵌固端在地下室的中间层，则嵌固端下面一层的地下室相关范围结构的抗震等级按嵌固端层结构采用；若嵌固端的位置在地下室的底层，则地下室相关范围的抗震等级按上部结构采用。地下室中超出相关范围且无上部结构的部分，抗震等级可根据具体情况采用三级或四级，8度、9度时不宜于三级。地下室“相关范围”可取主楼周边外围2跨的地下室范围。

5 地下室的结构构件设计

地下室设计时地下室“相关范围”的结构构件需按单体（需带主楼以外的两跨）计算以及地下室整体计算进行包络设计,对地下室“相关范围”以外的结构构件按地下室整体计算进行设计。若地下室太大，需采用分块搭接计算时，则地下室“相关范围”以外的结构构件按地下室整体分块搭接计算进行包络设计。

当地下室的顶板作为上部结构的嵌固端时，地下室的顶板、地下一层柱、梁、抗震墙需应严格按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.1.14进行设计。当地下室的顶板不能作为上部结构的嵌固端时，结构设计需考虑地下室外围填土侧压力对结构的不利影响，并按实际嵌固端的位置作相应的结构设计。

6 消除不均匀沉降以及地下室超长的不利影响

多塔楼下大型地下室的结构平面尺寸大，地下室上部有的区域有主体结构，属于“重荷载”区，有的区域无主体结构，属于“轻荷载”区，荷载差异大，结构超长，必须采取有效措施解决不均匀沉降以及地下室超长的不利影响，以确保结构安全。

（1）消除不均匀沉降可采取以下措施：控制基底附加应力，让各部位的基底附加应力相近。例如：对“重荷载”区采用筏板基础，对“轻荷载”区采用柱下单独基础或条型基础。当地下室需要有防水时，“轻荷载”区地面可采用抗水板做法，在“轻荷载”区抗水板下铺设一定厚度的易压缩材料，如泡沫聚苯板或干焦渣等，使之避免因柱基或条形梁基础沉降时抗水板成为满堂底板。地下室带上部结构的“重荷载”区，由于荷载大，基础采用桩基或复合地基，其余部位“轻荷载”区，采用天然地基；预留沉降差，地下室带上部结构的“重荷载”区周边留800～1000mm宽的沉降后浇带，沉降后浇带中的混凝土应在两侧结构单元沉降基本稳定后再用高一级的微膨胀砼浇注，并加强养护。

（2）消除地下室结构超长的不利影响可采取下列措施：每隔30m～40m设置800～1000mm宽的贯通地下室顶板、底部及墙板的施工后浇带，后浇带的保留时间不少于45天，后浇带采用比相应结构部位高一级的微膨胀混凝土浇筑。采用掺膨胀剂配置的补偿收缩砼，并设置膨胀加强带，膨胀加强带宽为2000mm。加强墙体配筋，建议墙体的水平构造钢筋的配筋率不低于0.5%，钢筋间距不大于150。砼的强度等级不宜过高，宜在C30～C35的范围内选用。水泥应优先采用水化热低的品种，如矿渣硅酸盐水泥。掺加粉煤灰、磨细矿渣粉等掺合料，改善砼的黏塑性。加强砼的养护。

7 结束语

大型地下室结构设计的综合性很强，设涉及到的内容繁多而复杂，设计中要根据工程的实际情况并结合上部结构统一考虑。做到：（1）计算模型符合工程实际情况；（2）地下室顶板作为嵌固端时需采取措施以满足规范的各项要求；（3）根据各塔楼情况、嵌固端的位置、地下室的区域等合理确定地下室结构的抗震等级；（4）对地下室“相关范围”的结构构件按最不利情况采用包络设计；（5）对各种不利情况采取针对性措施来消除不利影响，以确保结构安全。地下室结构设计还涉及到人防、基础抗浮、基础防水、防腐等问题，本文只初浅谈了一些问题，希望和结构同仁互相探讨、交流。

参 考 文 献：

[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

[3]《高层建筑砼结构技术》规范JGJ3-2010

[4]《多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处算例》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。