基于高层建筑地下室结构设计的分析

王萍 吴永辉

摘要：科学技术的进步、经济的发展为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。地下室的结构设计过程错综复杂我们应以遵循安全、适用和合理的原则，及合理的设计为前提，进行全面考虑，把问题减小至最低或消除，以使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益，最后达成设计要求。本文提出了地下室结构设计应注意的问题，分析了地下室的结构设计要点。

关键词：高层建筑地下室结构设计问题要点分析

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物, 是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高, 对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论, 加强计算机的应用, 加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用, 使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。人们对地下空间需求的不断增长, 致使裙房的底盘面积在增加。地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大, 因此结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。另外, 地下室结构的设计也比较复杂, 主要技术问题有: 地基承载力及变形问题、抗浮问题、不均匀沉降问题、结构超长问题、基础型式的选取和计算方法问题、人防设计等等；技术问题与经济因素息息相关, 先进适用的技术能使建设项目取得良好的经济效益, 而经济因素在一定程度上也会制约一些先进技术的使用。因此, 如何何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系,是每个设计人员应该认真考虑的。

一、地下室结构设计应注意的问题

1、高层建筑宜设地下室, 其地下室顶盖作为上部结构的嵌固端时, 地下室顶板应避免开设大洞口; 地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合设计要求外, 不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1. 1倍; 地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面同一方向实配的受弯承载力与下柱上端同一方向实配的受弯承载力之和, 不应小于上柱下端实配的受弯承载力的1. 3倍。地下室与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积不应小于地上一层对应的剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积。

2、高层建筑地下室设计, 应综合考虑上部荷载、岩土侧压力及地下水的不利作用影响。地下水位标高应综合历年最高水位和使用年限内可能的最高水位慎重选择确定。扩大地下室尚应满足整体抗浮要求, 可采取降排水、加配重或抗拔锚桩( 杆)等措施。

3、高层建筑地下室不宜设置变形缝, 当超过伸缩缝最大间距时,可每隔30 m ~ 40 m 设置贯通顶板、底部及墙板的施工后浇带, 带宽不宜小于800 mm; 后浇带可设置在柱距三等分的中间范围内以及剪力墙附近, 其方向宜与梁正交, 沿竖向应在结构同跨内; 底板及外墙的后浇带宜增设附加防水层; 后浇带浇灌时间宜滞后2个月以上, 其混凝土强度等级应提高一级, 并宜采用无收缩混凝土,低温入模。

4、高层建筑主体结构厚底板与扩大地下室薄底板交界处应力较为集中, 该过渡区适当予以加强是十分必要的, 所以该处截面厚度和配筋应适当加强。

5、按新规范要求高层建筑地下室外墙设计应满足水土压力及地面荷载侧压作用下承载力要求, 其竖向和水平贯通分布钢筋的配筋率不宜小于0. 3%、间距不宜大于150 mm。高层建筑地下室外周边回填土应采用级配砂石、砂土或灰土, 并应分层夯实, 压实系数不应小于0. 94。提高和控制高层建筑地下室周边回填土质量, 对室外地面建筑工程质量及地下室嵌固、抗震、抗倾覆均较为有利。

6、有窗井的地下室, 应在窗井内部设置分隔墙, 且分隔墙宜与地下室内墙连通成整体。

二、地下室的结构设计要点分析

1、地下室结构平面设计

在设计高层建筑的地下室时，需要考虑防火、排水、人防、通风、采光等因素。比如设计的地下室长度与规定长度不符时，需要配合结构专业，确定是不是可以用变形缝。设计师也可以靠后浇带或者地上设缝的方式替代地下设缝，因为地下设缝会使得处理防水问题时变得很复杂。荣国很难解决设置后浇带的问题，可以将地下室进行分割，变成一个个小的地下室中间再有管道来连接，在管道相连的地方设置变形缝。另外在结构设计时为了通风和采光的需要，还要设计通风采光井，通风采光井必须合理设计，如果位置不当会地下室丧失整个建筑结构稳定的功能，不能讲地上的风力和地震传到地下及侧面，不符合建筑物深埋的要求。

2、地下室顶板的结构优化

地下室的顶板是地上整个高层建筑的水平约束支座，要想对地上结构有足够的约束作用，就必须有足够大的刚度。所以，在设计地下室时，对顶板有严格的要求，顶板的厚度要大于等于１６０ｍｍ，这样才能取得足够大的刚度。

3、地下室外墙的结构设计

第一，荷载。地下室的外墙所能够承受的荷载包括水平荷载，竖直荷载。水平荷载又包括地面荷载和人防等荷载。竖向荷载包括地上部分和地下室的传重和自重。在设计工程中，竖向荷载和风荷载以及由于地震产生的内力一般起不到控制作用。墙体的配筋由竖直墙面的水平荷载产生的弯矩决定。

第二，静止土的压力系数。静止土压力应该通过实验来确定，如果没有条件实验，沙土的压力在０．３４到０．４５之间，黏性土的压力在０．５到０．７之间。

第三，地下室外墙的配筋。在实际的设计中，外墙的配筋不是根据扶壁柱的尺寸来计算，而是按照双向板来计算。在计算配筋时，对整个高层建筑的外框架的配筋要按照双向板计算，其他的部分按照单向板计算。外墙的扶壁柱竖向荷载很小，内外侧的主筋应该适当加强。计算地下室的外墙是底部为固定的支架，底部的弯矩和侧底部的相等，侧壁抗弯能力必须大于底板的抗弯能力。地下车道是这方面设计的典型。

4、地下室的抗震设计。抗震设计地下室设计最常见的问题，如果地下室的设计存在缺陷，就会对对整个高层建筑的抗震性能产生很大的影响。多层建筑中地下室的埋深必须大于地下室上地面总的高度，这样才能不计算层数，总的高度才能够从室外地面开始算。上部分结构的墙柱应该的地下室的墙柱结构相一致。地下室的顶板板面标高有变化的，如果形成错层，超过了梁高的范围，则必须采取适当的措施处理，否则将影响地下室的设计。地下室的设计规范指出，上部结构的地下室的楼层的顶层，盖应当用梁板的结构。机构计算应向下，直到地下室的楼层或者楼板。

5、地下室的抗浮和抗渗设计及控制措施。在设计地下室抗渗抗浮时常见的问题有：地下水位没有按照勘测的报告确定，勘测报告没有提供地下水位，斜坡道没有进行抗浮的验算，或者抗浮验算不符合要求等。

抗浮设计时必须依据地下水位及变动幅度，在实际情况下，抗浮设计时仅考虑正常使用的状态，忽视了施工过程还有洪水来临时的情况，这样就因为抗浮不够而造成地下室出现局部破坏。另一个方面，一个大面积的地下室上面往往建有很多高层的底层建筑，地下室形状不规则再加上面积大，且地下室上方的局部往往没有建筑，抗浮设计就存在很大的难度。需要谨慎分析，精细计算然后再做处理。除了抗浮设计，抗渗设计也是一个重点。由于钢筋混凝土的架构通常都存在裂缝，如果到达到抗渗的目的就必须采取一定的措施，比如补偿收缩混凝土、设置膨胀带、加固后浇带以及提升钢筋混凝土的抗拉能力等。在混凝土中掺入一定比例的膨胀剂，一次来抵消混凝土本身的收缩值，当两者的差值大于或者等于混凝土的拉伸极限时，课控制裂缝。混凝土中加入的膨胀剂在早期并不能完全补偿混凝土的收缩，此时应该加固膨胀带实现无缝施工。在采取以上措施时，要考虑混凝土的养护。

6、优化选型。建筑物的结构设计除了有足够的承受力，还要使结构具有足够抵抗侧力的刚度，使结构产生的侧向移动在合理的规定的范围内。结构选型不单单是结构的问题，它是一个综合的复杂的过程，除了考虑地基的承受能力和结构的安全性，还要考虑成本问题。

7、地下室保护层和垫层厚度。按照《地下工程防水技术规范》的要求，防水混凝土的底层不能小于Ｃ１５，厚度不能小于１００ｍｍ，软土层的厚度不能小于１５０ｍｍ。混凝土防水的结构厚度不能小于２５０ｍｍ，防水工程的迎水面混凝土钢筋保护层厚度不能小于５０ｍｍ。实践证明，如果结构的厚度小于规范的要求，会经常出现漏水渗水现象。所以，规范在修订以后对相应的数值作了提高，在施工时应当注意，以防因为数值不符合规范而使得工程质量出现问题。

参考文献：

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