浅析高层建筑基础和地下室地板结构的优化设计

摘 要：城市建设的发展带来了高层建筑的逐渐兴起，但是我国由于高层建筑发展时间较短，相关设计计算理论和实践还不完善，在实际高层建筑设计中往往存在一些问题亟待解决。本文对某高层建筑基础和地下地板结构优化设计前后进行了对比和分析，说明了优化设计在结构基础和地板结构中具有的重要质量价值和经济作用，以期为同类工程提供借鉴意义。

关键词：高层建筑基础；地下室地板结构；优化设计

中图分类号：TU208.3 文献标识码：B 文章编号：1671-3362（2013）09-0149-01

近年来，随着经济的迅速发展和城市化进程的不断加快，土地资源日益紧张，高层建筑和地下室也越来越多。但是这类工程往往存在地下室设计荷载较大，对于防水防裂要求高等特征，而造价在整个项目中所占比例也较大，其中基础占到高层建筑总价的25%～40%。因而需要对高层建筑基础和地下室地板结构进行多方案选型比较，进一步优化设计至关重要。

1 工程概况

广州珠江新城某高层办公楼，地上30层，地下有4层，整体结构在平面上呈矩形，地面总高度为120.9m。地上塔楼和地下室面积分别为60m×36.5m和64.5m×60.5m，总深度大16.4m。塔楼计划占据了地下室的全部，只有北边3跨16m和东边5.1m是纯地下室。

2 地下室底板下地基

该工程项目中，地下室底板为地下室面积4/5南半部的土质属于微风化泥质粉砂岩与砂砾岩，剩余的均为风华泥质粉砂岩和砂砾岩，地基承载力特征值前者分别为fa=4500、6000kPa，后者则分别为fa=2600、4000kPa。局部范围内，其中一个柱网7.9mm×7.9mm有厚度为2.5m左右的强风化岩，其下以此有1.5m厚度的中风化岩和微风化岩层。

3 优化设计前的基础和地下室板结构

该设计中采用人工挖孔桩的基础型式，桩径的范围为1.0～2.1m，同时进行了托大头，桩长度为2.3～7.5m，纯地下室和周边地下室侧墙下方的128根挖孔桩全部同时充当了抗拔桩。地下室使用的是梁板式结构，厚度为800mm，基础梁的截面积为800mm×1000mm，1200mm×800mm.

4 设计中存在不足

该设计方案存在明显的缺陷性，结构耗费的混凝土和钢筋等材质等过过，结构形式施工时期较长，对于抗拔桩进行检测也不易。从技术上来说，基础和地下室地板结构的缺陷性主要表现在这几个方面：地板下大部分都是岩石层，地基本身具备的承载力非常高，因而如果通过人工来挖孔桩，需要对这些强度非常高的岩层进行挖去并对混凝土进行浇捣，难度较大而且没有必要；抗拔桩的长度不够，不能起到有效的抗拔作用；地板的厚度已经达到了800mm，设计中还设置了刚度并不大的基础梁，从技术来看，手里不合理，同时也不必要。

5 设计优化

5.1 基础性优化

参照上部的结构形式和墙柱轴向力值，并综合考虑基础岩层的情况后，可以选择天然地基拓展基础形式，利用微风化和中风化的岩充当持力层；对于部分具有强风化岩层的位置则选取了短墩基础，持力层选用埋深较浅的微风化岩。扩展基础的底面积上，应根据墙柱轴向力以及岩层的承载力来进行计算，而基础高度则依据抗冲切来设计，一旦决定好基础尺寸后，基础配筋应由构造配筋来决定。这种优化后的基础型式在受力上更为合理，同时有效节省了机构材料，对于施工方来说，施工难度减小，能够保证施工进度。

5.2 地下室地板结构优化

根据确定后的基础型式，并和地板的受力情况和抗渗需求进行有机结合，综合考虑施工的方便性、经济性等因素，可以以平板作为地下室的地板，厚度则保持不变。在塔楼部分不需要关注整体抗浮，而对于纯地下室的部分则必须通过抗拔锚杆进行抗浮，塔楼大跨度板中间采取同样措施。需要注意的是，地板应从地下室侧墙开始向外延伸出700mm左右，通过侧墙外的回镇土重量使得水浮力能够保持平衡。這样可以有效避免四周侧墙的一些抗浮措施，也方便了地下室地板以及侧墙部分的布筋，便于施工操作。在对抗拔锚杆进行设计时应注意做到以下几点：确保所有锚杆的抗拔力能够最大限度的接近，防止出现某一根拔杆的薄弱而造成其他锚杆受到牵连，导致连锁性破坏；锚杆的分布在分布上应尽量呈现出一定的规律性，并且能够保证整个地板的应力达到一种较为相近的状态，这样能够有效改善地板的受力情况，同时也可以方便后续的施工；满足以上条件的基础上，应最大限度的减少锚杆的使用量，以缩减成本费用。满足以上条件的基础上，计算出的抗拔锚杆为250根，长度为10m左右，抗拔能力则应达到500kN。另外，该设计中，地下4层是核6级人防区，因而对于地下室整体抗浮和非人防区的地板构件强度的预算上，不用考虑其他因素，只需关注地下水的水压力作用。在人防区的底板构件强度上，则参照相关规范，选择低下水浮力以及核爆炸这些等效荷载较高的值作为作用力，本设计中采用的是水浮力控制。地板结构受力则依据相关软件比如ETABS做建模计算和分析。

6 结语

根据高层建筑的结构形式和地基的水文条件设计合理的地下室结构和基础形式，是高层建筑质量稳定的重要保障，也是最大限度的缩减工程造价的有效途径。因而在高层建筑和地下室底板机构中应该认识到设计对于整体工程的起点作用，认识到其对后续工作的重要意义，结合实际相关条件，对设计做出有效优化，确保工程的高质量、高效益。

参考文献

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作者简介：剧秀梅（1975-），女，满族，吉林省四平市人，讲师，硕士研究生，国家注册建造师。研究方向：建筑工程。