1、對高層建筑地下室工程結構設計的探討    摘要:高層建筑上部荷載大，基礎埋置深度也較深，地下室的設計是否合理直接影響到建筑物的正常使用。本文是作者根據多年工作經驗，對高層建筑地下室工程結構設計進行了探討。 關鍵詞: 高層建筑 地下工程逆作法結構設計探討 中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號： 一、 地下柱分析 1 分析的順序 隨著地下、地上工程的進展，確定地下柱的計算長度，及此時相對應的垂直荷載，計算出1根柱的軸力，再根據此軸力來設計柱的截面、樁斷面、柱插人樁的部分。一般情況地下柱的設計順序如圖1所示。 2 地下柱的配置 地下柱的配置應符合規

2、范要求。通常，地下柱設計為勁性柱或鋼管混凝土柱。 3 地下柱承受的荷載(見表1) 表1地下柱承受的荷載種類 注：為需計算荷載 以這些荷載為均布荷載，再根據柱的荷載承受范圍，計算出作用于該柱上的集中荷載。另外，逆作法的荷載需依據對應的工程進度表，由荷載漸增的施工階段來求出。 (1)固定荷載 按通常的結構計算中建筑物重量的步驟進行計算，對應于工程進度表中不同時點，計算該時點的固定荷載。 (2)臨時 堆積荷載包含以下內容:固定式起重機荷載計算出起重機作業時底部反力;作業荷載按均 布荷載，由地下柱承受;首層樓板機動荷載機械、車輛等駛人時的荷載。 (3)風載 地上部分受到風荷載的水平作用力，導致首層柱軸

3、力加大，計算出地下柱的軸力增大值。 (4)地震荷載 地上部分受到地震荷載的水平、豎向作用力，導致首層柱軸力加大，計算出地下柱的軸力增大值。 另外，地下四周有裙房時，也不可將首層梁的應力分散來考慮，應假定地上建筑的荷載直接由主樓(塔樓)下的地下柱來承受。水平地震力通過首層梁板傳向地基四周的柱多假定為不起作用。比較風載 地震荷載的大小，采用最不利者。 4 確定容許壓力 地下柱鋼構被作為臨時支撐使用，使用期限隨地下工程的規模而變，通常在一年以內。容許應力依據工程條件，施工條件的變化而定，一般依據重要性來考慮。 二、地下柱設計 設計地下柱時，應注意以下幾點:選定截面形狀，設定彎曲率，確定計算長度。 1

4、 截面形狀的選擇 地下柱應按規范規定的原則配置。柱鋼構埋人柱混凝土中，以此來確定柱截面形狀及尺寸。另外，地下柱施工時垂直誤差可能達到L/300(L為材料長)，在選擇時也應考慮此誤差。 2設定彎曲率 在鋼構中引起的彎曲率，應考慮以下幾類:荷載的力矩;施工時偏心誤差引起的彎曲。地下柱施工時允許誤差為1/3001/600。因此在設計地下柱時，應以1/300的偏心率誤差來考慮彎曲率。 3 確定計算長度 設逆作法各施工階段鋼構計算長度為，土方挖完時構件長為H，并依據端部約束條件來確定計算長度系數，則=H。根據以下端部約束條件所確定的Kl、K2值，查鋼結構設計規范GB50017-2003附錄四的表格，得到

5、計算長度系數。地下柱端部的約束形式按如下規則確定:柱同梁結構以螺栓連接時，可按“鉸接”考慮;柱兩端埋人板中時，按“固接”考慮;柱埋入基礎樁時按“固接”考慮;柱支撐在水泥旋噴樁等改良地基上時，按“鉸接”考慮;柱在中間有橫向鋼梁緊密連接時，端部按“鉸接”考慮;柱直接支撐在地基土層中時，依據地基土層狀況，可按“鉸接”考慮。 逆作法施工過程中，柱上部澆筑梁板時被固定，柱下部埋人土中，可按上端固定，下端鉸接考慮。柱腳 是 最深的位置，是柱截面計算上的最不利位置，多在此部位對截面計算。而且，端部連接越固定，截面性能越高，通常考慮用連接材料加固柱腳來減小截面的方法。 三、 基礎樁、柱腳連接部位設計 1 基礎

6、樁按混凝土灌注樁進行設計 大多事例要求必要的樁的容許承載力大，樁的直徑超過2m時，樁腳要擴大。當超過樁的設計適用范圍時，有必要增加地下柱以降低每根樁所承受的荷載。 2 柱腳埋深設計 逆作法施工中，地下結構未施工完以前，地下先施結構、施工荷載、地上結構自重等荷載暫時由柱鋼構支撐。且通過柱腳埋人鋼筋混凝土樁中部分，將應力傳遞給鋼筋混凝土樁。 柱腳應力傳遞基本按以下幾點考慮: 附著力 柱腳插埋側邊同混凝土間的附著力是上部力向下部力傳遞的應力之一。大多事例采用的容許附著應力值為混凝土強度的3%。附著力為: 式中:為附著力，為周長，為埋插深度，為容許附著應力值。 當附著力不足時，增加鋼構肢數，加大附著面

7、積，以確保附著支撐力。 (2)壓力 考慮柱底面與混凝土樁間壓力，柱投影截面上作用在混凝土樁上的壓力。因此，有必要設計基礎鋼板來均勻傳遞壓力。當柱埋人混凝土樁中相對較淺時，底面下有基礎鋼板與柱插入混凝土樁中部分可能會殘留有軟泥等。而且有可能底板下的混凝土下沉產生孔洞，可在底板上開口，提高混凝土灌注樁的填充性等，使連接部位達到預期壓力。 螺栓剪力 柱腳插埋部分水平安裝抗剪雙頭螺栓，能傳遞柱的壓力。其容許剪力依據鋼結構設計規范GB50017-2003求得。 埋插部分的設計 埋插部分的柱鋼構和基礎樁間的應力傳遞大多以較確定的鋼構和混凝土間的附著力為主體設計，并且埋插部分附著面積不足時，附著力也會不足。

8、而加肢補償完后，附著支持力增加。螺栓安裝后，會再一次增加抗剪力。另外，也常見以壓力為主支持力的事例。 四、 梁、板加固 逆作法中為了利用首層板作為作業平臺，針對堆積荷載，機動荷載等需對首層板、主梁、次梁等構件進行補強加固。計算方法參見相應的結構設計規范。補強加固需考慮以下荷載:塔吊等固定式起重機;小型挖土機、自卸汽車、移動式起重機、商品混凝土罐車等機動車輛;隨著土方開挖，柱基受擠上浮，又隨著上部工程的施工再下沉，擋土護壁變形，隨著地下降水，擋土護壁的下沉等作用于首層梁上作用力;由臨設中斜撐的反力引起的向上的荷載。 另外，由于逆作法利用地下結構做擋土支護，樓板開口(原設計或臨設)將削弱擋土支撐。

9、針對土壓有必要進行補強加固。特別是地下工程較深時，由于下層土壓較大，尤其必要。 1 對設有固定式塔吊的梁補強加固 (1) 腳部及梁的反力計算荷載塔吊的設置條件中，作用于梁上的反力可參考塔吊性能的數據來計算。梁上的荷載分別在施工時、暴風時及地震時這3種情況下進行計算。 (2) 計算梁中應力及確定截面分別求出自重及塔吊荷載引起的應力，兩者之和即為最大應力值。同時，有必要考慮梁受向上拉力及梁端部的剪力作用下的容許強度。應力按連梁且兩端固定的條件計算。另外，必須做剪力驗算。特別是鋼筋混凝土梁，其截面大多數由剪力決定，板厚應在250350mm。 2 機動車輛駛人引起的梁、板補強加固作用于板上的荷載應考慮

10、固定荷載、活動荷載及施工時的水平力等。 (1) 施工機械自重及載重的總和。 (2) 各種作業車輛的活動荷載: 自動卸貨汽車作業時各車輪的荷載分擔可參考圖5來設定。商品混凝土罐車(5.5m3)應考慮沖擊的后輪荷載(后輪承擔全部荷載的70%)。作業時的水平力為施工機械、車輛行走時及作業時的沖擊荷載增量為20%.地震時的水平力按抗震規范來計算。 3 樓板開口針對土壓力的補強加固對于原設計中結構通風口或開口的補強加固方法，針對其開口為施工時能否利用分別采取措施。 (1)不做材料運輸的開口開口下方可搭設擋土橫撐來補強加固。即使用型鋼橫梁或設計臨時鋼筋混凝土橫梁。 (2)材料運輸的開口對開口外側的梁、板補強加固需確保開口的面積。為加強抗彎強度應對靠近外墻的梁增大主筋量。并應加大截面以提高抗剪強度。但