摘要：随着现代化进程不断加快、人口急剧涌向城市，大量高层建筑拔地而起。其中，地下室发挥着地下车库、设备用房等用途，重要性不言而喻。而考虑到地下室结构所处的环境，设计人员在进行结构设计时需要囊括很多方面，因此必须不断学习、总结地下室结构设计的要点。鉴于此，本文就地下室设计及不均匀沉降处理策略进行研究，以期能对同仁有所帮助。
关键词：高层建筑；地下室；不均匀沉降
前言
随着社会发展，现代城市建设中出现了越来越多的高层建筑，同时地下室也在不断兴起。设置地下室对高层建筑有很多有益的方面，如有利于减少地震带给上部结构的影响、提高地基土的承载力等。但同时也有很多不利方面，比如，容易给主楼带来各种各样的质量问题。且高层建筑地下室隐蔽性大，涉及的工种多，施工极其复杂。因此，高层建筑地下室设计的合理性一直是结构设计的一个焦点，地下室结构设计的好坏将会直接影响施工工期以及建造费用。
1 高层建筑地下室结构概述
近年来，为了适应城市发展的需要，城市建设中逐步加大了地下空间的开发力度，进而提高了城市地下空间的利用率。随着地下室结构和功能的不断扩展和复杂化，地下空间开发建设的投资成本也在不断上升。此外，由于地下环境的不确定性等问题，高层建筑地下室的施工比地面普通建筑的施工难度更大，而地下室结构设计也就成了整个建筑结构设计的重要组成部分。高层建筑地下室不仅起着正常的服务作用，还承受着来自地面的压力载荷。因此，建筑地下室结构设计应遵循以下原则：（1）结构基础设计的合理性。在设计中要结合建筑区的地质地理环境特点，分析地下室周围环境对地下室结构及施工条件的影响，并在综合考虑各种因素的基础上，选择经济可行的设计方案。（2）结构设计方案的合理性。在地下室结构设计中，应充分考虑高层建筑的特点，合理选择高层建筑地下室结构形式，确保设计方案的优化。
2 高层建筑地下室设计要点
2.1 地下室底板、外墙防水抗渗设计
地下室底板设计根据实际情况分析，可以分为底板处于地下水水位以上与底板处于地下水水位以下两种。如果地下室底板高于地下水水位，并且无压力状态下，地下室的底板设计可以与地面工程处理相同，先浇筑200-300mm厚的混凝土，然后再做底板的面层；如果地下室底板低于地下水水位，这样地下室的底板除了受到上部建筑的重力还会受到地下水的浮力，所以就要求采用钢筋混凝土施工，并且在地下室底板垫层设置防水层，以防渗漏。地下室的外墙应按挡土墙设计，如用钢筋混凝土或素混凝土墙，应按计算确定，其最小厚度除应满足结构要求外，还应满足抗渗厚度的要求。
地下室可采用止水条、止水钢板和止水带进行防水设计，其各自的特点如下：①止水条价格便宜，施工方便，止水效果最差，一般用于地下水位以上次要防水部位；②止水钢板价格最高，施工难度最大，止水效果最好，一般适用于地下水位以下的竖向及水平施工缝，因其刚度太大，不适宜用在变形大的部位；③止水带价格、性能、施工难度介于止水条和止水钢板之间，适用范围广，因其韧性大，更适宜用在变形较大的有沉降变形要求的部位。
2.2 地下室抗浮设计
由于目前对于地下水抗浮问题还缺乏系统研究，现行标准中对地下室抗浮设计也仅作了概念性规定，地下室抗浮失效导致结构开裂破坏的事故时有发生。在以往地库上浮破坏案例中，导致车库底板上浮破坏主要有以下因素1、抗浮措施靠后续的房心回填以及顶板覆土阶段，在施工过程中遇到暴雨极端天气，基坑被水浸泡，排水措施不足，导致结构上浮！2、设计有抗拔桩、抗浮锚杆等，施工过程中施工人员轻视抗浮措施用途，多数项目在施工抗拔桩时施工质量较差，存在抗拔桩钢筋笼随意，漏放！抗拔管桩掏土深度不够，钢筋锚固不足等，隐蔽验收不过关，埋下隐患！3、水文地质情况勘察有误，地下水位情况突变！设计不足！
尤其是中庭地下室顶板尚未覆土，一场暴雨足以导致底板上浮、开裂。设计抗浮验算中要充分考虑抗浮水位，满足自重和浮力的比重，不足部分要采取加重、抗浮锚杆等措施。底板配筋考虑水浮力工况，与基础连为一体，增加整体刚度，在设计水浮力下保证满足正常使用开裂宽度。
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2.3 地下室人防结构设计
地下室人防工程作为现代建筑的配套设施，其通常与现代建筑工程的单体工程相连而建。地下室人防工程在平时使用过程中可以当作车库、地下储藏室或者地下商业来使用。而在发生战争时，人防工程可以作为避难场所使用，这样充分发挥了地下室人防工程的使用价值。
带人防的下室顶板可采用无次梁大板结构体系，这是为了充分利用人防顶板板厚较大（>200mm）的特点。采用无次梁大板结构体系，可以显著降低用钢量。板的配筋方式：普通梁板结构体系（井字梁或十字梁）的板块尺寸小，板配筋多为双层双向通长构造配筋。但不设次梁的大板块尺寸大，配筋大多数是计算配筋，配筋方式为构造筋双层双向通长，另外布置附加钢筋。由于顶板的人防等效荷载比较大，如果用弹性板计算，支座负筋太大，无法配置。另外，人防荷载作用下可以考虑塑性内力重分布，所以采用塑性板算法计算板内力，配筋结果比较合理。但必须按照平时、战时计算配筋包络值配筋。
地下室底板采用无梁楼盖结构体系。无梁楼盖底板特点：①省去底板地粱，节约钢筋，减少含钢量。无梁楼盖底板配筋与梁板式底板相比，板厚较大，只有局部柱上板带支座附加底筋略大，其他部位均为构造配筋，总的配筋量基本相当，但是节省了地梁钢筋；②施工方便。无梁楼盖底板省去了地梁的基槽开挖和砖模砌筑，尤其减少了对板底土层的扰动，大大地降低了施工难度。
3 高层建筑不均匀沉降原因
3.1 设计因素
在进行高层建筑结构设计时，只满足地基承载力使用要求，但是没有对地基承载力之内的地基差异变形进行计算分析，这就很容易引发数据错误。而如果基础附近范围内的荷载与建筑荷载差异较大，又没有采取合理的地基处理措施，往往会造成不均匀沉降的产生。
3.2 地基处理方法不合理
高层建筑的地基处理方法种类较多，但是地基基础处理方法的选择需要根据工程实际情况选择。由于不同工程或者相同工程不同区域的地质条件相差较大，设计人员必须科学合理的确定地基处理方案，所以在某些情况情况下可能需要采用多种处理方案。但有时为了便于施工作业，相关人员往往只采用一种处理方式，从而造成高层建筑的不均匀沉降。
4 不均匀沉降处理策略
不均匀沉降问题在高层建筑地下室结构设计中有着非常高的发生率，所以要引起设计人员的重视。在处理时需要调节主楼部分和地下室部分的差异沉降，以此解决不均匀沉降问题。首先，可采用不同的基础形式，如主楼部分、裙房部分可以采用桩基础，若地基部分承载力较强，地下室可以采用天然基础，以此将地下室沉降量控制在较小的范围内。其次，通过地基处理等手段，方案设计中可以加大主楼部分地基土的自身刚度，应用水泥、砂石、粉煤灰等物料形成复合地基，从而减少主楼部分地下室基础的沉降。再次，在设计时须注意沉降缝的设计问题，尽量不要在高层建筑、裙房之间进行沉降缝的设计，一般情况下可以在岩层风化程度处于中等或者较强的基础上，在岩层埋入的上方位置设置端承桩即可解决沉降不均问题，该法多适用于风化岩层埋入深度较浅的建筑地下室施工设计中。设计时把握好主楼沉降量，设计人员结合以往的高层建筑工程地下室沉降问题处理经验，先对建筑主楼沉降量进行预估，之后设计主楼施工方案以及后浇带施工技术应用方案，要求施工单位在施工期间，先施工主楼，之后检查当前的施工环境是否符合后浇带施工标准，如果符合再进行后浇带技术的施工，以此对裙房、主楼之间的沉降差进行控制。最后，若建筑工程仅有一跨裙楼，设计时可以采用整体式基础，同时增加基础本身的刚度。
结语：
总之，加大高层建筑地下空间的开发有利于缓解城市土地资源短缺的局面，同时有利于促进高层建筑可用面积的最大化。但是，高层建筑地下室结构设计也是一个系统的过程，结构工程师必须对所涉及到的专业知识有较好的掌握，同时还应处理好与水电通风等相关方面的协调工作，并积极解决不均匀沉降问题，保证所设计的地下室安全可靠、功能达标、经济合理。因此，无论从技术还是经济的角度，我们都需要深入研究地下室设计的技术问题，进行高层地下室的最大优化设计，使高层建筑的地下室能够更好地为人们服务。
参考文献：
[1]黄晓珺.高层建筑地下室设计及不均匀沉降处理策略[J].地产，2019（16）：68.
[2]刘剑.高层建筑地下室设计中的问题及优化策略探析[J].工程建设与设计，2019（12）：19-20.
[3]熊菲.高层建筑地下室结构设计的要点探讨[J].门窗，2019（12）：162.
论文作者:廖奕全
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/6