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摘要：随着我国经济的飞速发展，建筑结构专业技术日新月异，高层、超高层建筑已成为城市建筑工程建设的重要组成部分。高层建筑一般都设置有地下室，在基础设计时应该考虑到工程的地质条件、上部结构的类型以及建筑使用要求等；另外还必须考虑到工程施工对邻近的建筑物的影响，确保施工安全。有的工程还必须进行抗浮设计，基础施工时需要降低地下水位，设计时必须考虑在施工阶段及使用阶段分别采取抗浮措施，选择合理的停止降水时机，避免停止降水后，随着水位的上升，导致建筑物上浮。
关键词：高层建筑；超长地下室；结构设计；注意事项
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
前言
現代城市高层建筑大多设置有地下室，地下室的修建耗资较大，其设计周期、建设周期都较长，结构设计不仅要保证其自身的安全与稳定，还要考虑结构形式的优化可能，以减少工程施工难度和降低工程造价。高层建筑物地下室及基础的设计质量直接影响到整个建筑物的结构安全，因此，应该根据具体的地质条件、上部构造的结构形式、施工条件等因素，选用合理的基础形式，确保建筑结构安全。本文结合自身多年从事高层建筑地下室结构设计的工作经验，结合工程项目探讨一下超长地下室的结构设计应注意的事项，与同行交流。
超长地下室结构设计时重点注意事项
超长地下室的结构设计技术较为复杂，它涉及许多方面的专业问题，需要设计人员具有很丰富的设计经验和认真负责的工作态度。超长地下室的结构设计时应重点注意以下事项：
1.1 基础布置
由于当代高层建筑的高度都较高，致使上部建筑的荷载较大，而地下室的基础需承载整幢建筑大部分的上部荷载，使得其基础的形式选择与布置变得困难重重。实际的工程经验表明，地下室的基础设计有必要根据不同的上部建筑形式、上部荷载的大小及分布特点和地基承载力及压缩模量综合分析确定，因地制宜，选择恰当的基础布置形式。
目前，高层建筑较为常用的基础布置形式有筏形基础（平板式和梁板式）、箱形基础、桩基础等，结构设计人员应根据工程实际的需要来对地下室的基础形式进行设计。
1.2 结构形式的优化
地下室的结构形式的选取与优化对工程施工与工程造价影响很大。尤其在超长地下室的结构设计中，不同的结构形式决定了完全不同的施工方法和技术要求，它们也分别适应不同的工程实际情况。例如，超长地下室的设计中的无缝设计和分缝设计两种方案，其地下室的防水效果、结构的整体性、施工工艺和建筑材料的要求以及工程造价等都有差异。设计师应注意根据不同的工程实际需求，选择有恰当的结构形式。另外，地下室的结构设计需消耗大量的水泥和钢筋等建筑材料，良好的优化设计除了保证结构功能的正常使用，也会缩短工程工期，减少施工难度，提高项目的经济效益。
1.3 抗浮设计
由于地下室一般位于地坪以下，其基底有可能进入地下水位以下，从而产生浮力因素，使设计者不得不考虑建筑结构的抗浮设计。随着近些年来，人类对地下水的超限开采，大部分城市的地下水位都较深，除了超深的地下室外，大部分高层建筑的地下室遇到浮力问题较少，况且这些问题一般出现在高层建筑的裙楼下的地下室，使得许多结构设计师没有对该问题提起应有的重视。地下室结构的设计必须充分考虑到浮力对结构的影响，不少设计人员进行抗浮设计时常忽视施工阶段的抗浮设计，及施工方没有严格控制施工期间地下水位和停止降水的时机；国内今年因抗浮方面因设计、施工失误引发地下室整体上浮等工程事故并不少见，因引起工程各方相关人员的注意。
1.4 裂缝控制
由于混凝土结构材料的特性及结构处于的环境等因素的影响，除结构承受的恒活荷载外还会温度和材料收缩等因素产生的附加应力，容易造成混凝土产生裂缝，对于超长结构的地下室来说，裂缝更是一种非常常见的工程问题。在结构设计时，为了避免裂缝对结构功能造成的影响，一般通过两种手段去解决这个问题，一个是“抗”，一个是“放”。抗就是采取加强配筋等有效措施，承受混凝土内部的应力，控制裂缝的宽度；放就是将超长地下室分成独立若干段以减少结构的变形总量或用后浇带分割以提前释放混凝土的收缩应力，确保了混凝土结构的承载能力，也保证了裂缝处于可控范围内。
2 工程实例分析
2.1 工程概况
海南某地下商场建筑项目，最大深度为5.6m，结构顶板以上覆土厚度为1.2m。该建筑的最大平面尺寸为260m×l70m，属于超长结构。该项目中间设有一座直径约为51m的圆形下沉式地下广场，广场上方无结构顶板。本项目于2010年底进行了主体结构验收，2011年5月通过了整体竣工验收，使用至今其结构未出现变形与裂缝，使用功能完好，受到建设单位与质量检验部门的一致好评。
2.2 基础工程
经施工单位进场对建筑的基坑进行开挖，发现85%的揭露面积为石灰岩，其间夹杂着少量的中粗砂层，局部地区存在着软弱土层，与地质勘察报告中的地质构造情况描述基本一致。经设计单位与勘察单位现场验槽后，评定该场地为地质较为良好场地，适宜工程建设的进行，同时对施工单位提出加强对软弱土层制订专项处理方案的建议。本工程项目仅为地下1层，单柱的轴向力较小，现状地质情况可以满足设计承载能力的要求。设计基础工程大部分采用筏板基础形式，部分采用梁筏基础形式，筏板的设计厚度为500mm。经对现场的地基承载力进行检验，地基承载力特征值为1.5MPa，弹性压缩模量值为50MPa，均大于设计要求的特征值，可以采取以该层作为持力层的天然地基方案。但从基础的整体受力来说，由于该项目的面积较大，最长的边为258m，该边长方向仅设一条变形缝，大大超出了规范对变形缝设置间距的要求，如处理不当，极易造成结构因混凝土收缩应力及温度应力的影响而产生裂缝。在设计过程中，分板产生底板不均匀受力的原因，最主要的就是筏板基础底面与中风化岩层的直接接触使其间产生较强的相互作用粘接力，当混凝土产生收缩变形时，会使底板出现方向各异的不规则拉力，造成结构损坏。因此，设计考虑从解决底板与岩层之间的约束限制入手，提出了人工处理天然地基的方案，即将天然地基超挖500mm，再利用级配碎石以一定的厚度分层压实形成人工基础，形成底板与持力层间的缓冲垫层，从而减轻了约束力的作用，妥善地解决了受力不均匀的问题。在处理局部软土层的问题时，设计采取了换填与加固措施，具体实施时，软土层厚度小于4m采用换填措施，软土层厚度大于4m 采取水泥搅拌桩加固技术，使处理后的地基压实度不小于0.97，承载力特征值不小于0.2MPa，弹性压缩模量值不小于15MPa。
2.3 抗浮设计
根据地质勘察报告，项目所在地的常年地下水位位于地坪以下4.6m，本项目的底板标高为地下5.8m，经结构设计人员进行抗浮验算，该项目需考虑一定的抗浮措施，抗浮设防水位为地下4.3m。常见的抗浮措施有采用平筏基础、加大地下室的重量、增设抗浮桩等，从本工程的实际情况来看，基础设计已采取平筏基础，且筏板的厚度为500mm，已显著地增加了地下室的重量，但本项目中间有一个下沉式地下广场，是无楼盖设计，无法用加厚顶板厚度的方法来继续加大地下室的重量，由于不能通过抗浮力的验算，于是，设计人员采取了外加抗浮锚杆措施以提高地下室的抗浮能力。
2.4 结构选型与结构计算
本工程主要功能为地下商场，对楼层的净高有着较高的要求，因此结构选型优先考虑板柱结构，它在同样的净高条件下，比梁柱结构可以少挖0.5 m，减少了土石方的工程量。钢筋选择方面优先选用HRB335级钢筋，其与HRB400级钢筋的弹性模量几乎相同，同样能满足工程需求，但造价却较为经济。
本工程在结构计算方面主要涉及筏板基础的受力分析与侧墙的受力分析，设计人员在计算时应注意下列事项：
(1)手工计算时，容易忽略等代梁两个方向重叠部分的结构自重，这部分值的重复计取，造成计算结果过于保守。
(2)使用PKPM软件计算时，等代梁的计算跨度选取欠妥，有的设计人员取到柱边，造成结果偏不安全，容易形成安全隐患。
(3)利用有限元分析法可以有精确地模拟构件的应力分布与受力状态，与真实情况较为接近，但其建模较为复杂，部分参数的合理选定对结果的精确程度影响很大。建议利用有限元法进行整体分析，再根据应力云图进行综合判定取值，最后用等代梁法进行验算与复核。
3、小结
地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：地基与基础的相互作用问题、上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高设计水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。希望广大结构设计人员加强对超长地下室的结构设计进行总结分析，找到更好的结构设计方法，以加强结构的安全性，提高项目的经济效益。
关键词：高层建筑；超长地下室；结构设计；注意事项
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
前言
現代城市高层建筑大多设置有地下室，地下室的修建耗资较大，其设计周期、建设周期都较长，结构设计不仅要保证其自身的安全与稳定，还要考虑结构形式的优化可能，以减少工程施工难度和降低工程造价。高层建筑物地下室及基础的设计质量直接影响到整个建筑物的结构安全，因此，应该根据具体的地质条件、上部构造的结构形式、施工条件等因素，选用合理的基础形式，确保建筑结构安全。本文结合自身多年从事高层建筑地下室结构设计的工作经验，结合工程项目探讨一下超长地下室的结构设计应注意的事项，与同行交流。
超长地下室结构设计时重点注意事项
超长地下室的结构设计技术较为复杂，它涉及许多方面的专业问题，需要设计人员具有很丰富的设计经验和认真负责的工作态度。超长地下室的结构设计时应重点注意以下事项：
1.1 基础布置
由于当代高层建筑的高度都较高，致使上部建筑的荷载较大，而地下室的基础需承载整幢建筑大部分的上部荷载，使得其基础的形式选择与布置变得困难重重。实际的工程经验表明，地下室的基础设计有必要根据不同的上部建筑形式、上部荷载的大小及分布特点和地基承载力及压缩模量综合分析确定，因地制宜，选择恰当的基础布置形式。
目前，高层建筑较为常用的基础布置形式有筏形基础（平板式和梁板式）、箱形基础、桩基础等，结构设计人员应根据工程实际的需要来对地下室的基础形式进行设计。
1.2 结构形式的优化
地下室的结构形式的选取与优化对工程施工与工程造价影响很大。尤其在超长地下室的结构设计中，不同的结构形式决定了完全不同的施工方法和技术要求，它们也分别适应不同的工程实际情况。例如，超长地下室的设计中的无缝设计和分缝设计两种方案，其地下室的防水效果、结构的整体性、施工工艺和建筑材料的要求以及工程造价等都有差异。设计师应注意根据不同的工程实际需求，选择有恰当的结构形式。另外，地下室的结构设计需消耗大量的水泥和钢筋等建筑材料，良好的优化设计除了保证结构功能的正常使用，也会缩短工程工期，减少施工难度，提高项目的经济效益。
1.3 抗浮设计
由于地下室一般位于地坪以下，其基底有可能进入地下水位以下，从而产生浮力因素，使设计者不得不考虑建筑结构的抗浮设计。随着近些年来，人类对地下水的超限开采，大部分城市的地下水位都较深，除了超深的地下室外，大部分高层建筑的地下室遇到浮力问题较少，况且这些问题一般出现在高层建筑的裙楼下的地下室，使得许多结构设计师没有对该问题提起应有的重视。地下室结构的设计必须充分考虑到浮力对结构的影响，不少设计人员进行抗浮设计时常忽视施工阶段的抗浮设计，及施工方没有严格控制施工期间地下水位和停止降水的时机；国内今年因抗浮方面因设计、施工失误引发地下室整体上浮等工程事故并不少见，因引起工程各方相关人员的注意。
1.4 裂缝控制
由于混凝土结构材料的特性及结构处于的环境等因素的影响，除结构承受的恒活荷载外还会温度和材料收缩等因素产生的附加应力，容易造成混凝土产生裂缝，对于超长结构的地下室来说，裂缝更是一种非常常见的工程问题。在结构设计时，为了避免裂缝对结构功能造成的影响，一般通过两种手段去解决这个问题，一个是“抗”，一个是“放”。抗就是采取加强配筋等有效措施，承受混凝土内部的应力，控制裂缝的宽度；放就是将超长地下室分成独立若干段以减少结构的变形总量或用后浇带分割以提前释放混凝土的收缩应力，确保了混凝土结构的承载能力，也保证了裂缝处于可控范围内。
2 工程实例分析
2.1 工程概况
海南某地下商场建筑项目，最大深度为5.6m，结构顶板以上覆土厚度为1.2m。该建筑的最大平面尺寸为260m×l70m，属于超长结构。该项目中间设有一座直径约为51m的圆形下沉式地下广场，广场上方无结构顶板。本项目于2010年底进行了主体结构验收，2011年5月通过了整体竣工验收，使用至今其结构未出现变形与裂缝，使用功能完好，受到建设单位与质量检验部门的一致好评。
2.2 基础工程
经施工单位进场对建筑的基坑进行开挖，发现85%的揭露面积为石灰岩，其间夹杂着少量的中粗砂层，局部地区存在着软弱土层，与地质勘察报告中的地质构造情况描述基本一致。经设计单位与勘察单位现场验槽后，评定该场地为地质较为良好场地，适宜工程建设的进行，同时对施工单位提出加强对软弱土层制订专项处理方案的建议。本工程项目仅为地下1层，单柱的轴向力较小，现状地质情况可以满足设计承载能力的要求。设计基础工程大部分采用筏板基础形式，部分采用梁筏基础形式，筏板的设计厚度为500mm。经对现场的地基承载力进行检验，地基承载力特征值为1.5MPa，弹性压缩模量值为50MPa，均大于设计要求的特征值，可以采取以该层作为持力层的天然地基方案。但从基础的整体受力来说，由于该项目的面积较大，最长的边为258m，该边长方向仅设一条变形缝，大大超出了规范对变形缝设置间距的要求，如处理不当，极易造成结构因混凝土收缩应力及温度应力的影响而产生裂缝。在设计过程中，分板产生底板不均匀受力的原因，最主要的就是筏板基础底面与中风化岩层的直接接触使其间产生较强的相互作用粘接力，当混凝土产生收缩变形时，会使底板出现方向各异的不规则拉力，造成结构损坏。因此，设计考虑从解决底板与岩层之间的约束限制入手，提出了人工处理天然地基的方案，即将天然地基超挖500mm，再利用级配碎石以一定的厚度分层压实形成人工基础，形成底板与持力层间的缓冲垫层，从而减轻了约束力的作用，妥善地解决了受力不均匀的问题。在处理局部软土层的问题时，设计采取了换填与加固措施，具体实施时，软土层厚度小于4m采用换填措施，软土层厚度大于4m 采取水泥搅拌桩加固技术，使处理后的地基压实度不小于0.97，承载力特征值不小于0.2MPa，弹性压缩模量值不小于15MPa。
2.3 抗浮设计
根据地质勘察报告，项目所在地的常年地下水位位于地坪以下4.6m，本项目的底板标高为地下5.8m，经结构设计人员进行抗浮验算，该项目需考虑一定的抗浮措施，抗浮设防水位为地下4.3m。常见的抗浮措施有采用平筏基础、加大地下室的重量、增设抗浮桩等，从本工程的实际情况来看，基础设计已采取平筏基础，且筏板的厚度为500mm，已显著地增加了地下室的重量，但本项目中间有一个下沉式地下广场，是无楼盖设计，无法用加厚顶板厚度的方法来继续加大地下室的重量，由于不能通过抗浮力的验算，于是，设计人员采取了外加抗浮锚杆措施以提高地下室的抗浮能力。
2.4 结构选型与结构计算
本工程主要功能为地下商场，对楼层的净高有着较高的要求，因此结构选型优先考虑板柱结构，它在同样的净高条件下，比梁柱结构可以少挖0.5 m，减少了土石方的工程量。钢筋选择方面优先选用HRB335级钢筋，其与HRB400级钢筋的弹性模量几乎相同，同样能满足工程需求，但造价却较为经济。
本工程在结构计算方面主要涉及筏板基础的受力分析与侧墙的受力分析，设计人员在计算时应注意下列事项：
(1)手工计算时，容易忽略等代梁两个方向重叠部分的结构自重，这部分值的重复计取，造成计算结果过于保守。
(2)使用PKPM软件计算时，等代梁的计算跨度选取欠妥，有的设计人员取到柱边，造成结果偏不安全，容易形成安全隐患。
(3)利用有限元分析法可以有精确地模拟构件的应力分布与受力状态，与真实情况较为接近，但其建模较为复杂，部分参数的合理选定对结果的精确程度影响很大。建议利用有限元法进行整体分析，再根据应力云图进行综合判定取值，最后用等代梁法进行验算与复核。
3、小结
地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：地基与基础的相互作用问题、上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高设计水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。希望广大结构设计人员加强对超长地下室的结构设计进行总结分析，找到更好的结构设计方法，以加强结构的安全性，提高项目的经济效益。