高层建筑结构地下室及基础设计的一点体会

李鹏飞

摘要：我国的城市化进程逐步提速，高层、超高层建筑已成为城市建筑工程建设的主体，而不论上部建筑如何千变万化，所有建筑都会建有功能几乎雷同的地下室。而地基情况的复杂多样又使得地下室的设计问题就变得虽集中单一却又灵活多变，接下来笔者就根据一些实践经验，来对地下室设计过程中应该注意的问题进行简单的探讨。

关键词：高层建筑；地下室；基础设计

中图分类号：TU208文献标识码： A

目前,我国的经济发展速度持续增长,尤其是城市的建设速度和规模都飞速增长,城市用地越来越紧张,所以高层建筑也越来越多,那么在高层建筑的建造过程中,地下室的设计与建造必然成为开发商所考虑的一个问题。一个建筑的地下室的构造如果合理的话,它对于其上上部的建筑结构会产生很好的效果的,可以大大的增强建筑体的地基的承载力。所以,在建筑过程进行的过程中,是否能够合理的对建筑的地下室的结构进行设计,也会直接的影响到整个建筑体的安全以及在建成之后的使用效率等。

地下室的设计必须要综合的考虑到工程场地的地质、水文地质环境等情况,还有就是地下室上部建筑的结构、整体施工和地下室施工的条件如何、地下室的用途等,以确保建筑物在建造地下室之后不会发生沉降或者倾斜;除此之外,还必须要注意它与相邻的建筑物之间的相互影响,充分的了解邻近的地下建筑物以及其他地下设施的位置和以及标高,确保它的建造是安全的。

高层建筑基础形式选择，与工程造价关系极大，为节约投资应该对地基基础进行多方案比较，优化设计。宜优先选用天然地基，以方便施工，缩短工期，节省造价；天然地基的变形和承载力不能满足要求时，可结合工程情况和当地地基处理经验及施工条件，首先优先考虑CFG桩等复合地基；当复合地基不能满足变形及承载力要求时，应采用桩基。

一、地下室的设计中需要注意的一些内容

地下室的设计关系到建筑整体的质量和安全，设计内容繁琐且细致，下面举出一些在设计中主要需要注意的内容。

1、在设计高层建筑的地下室时，必须要对上部的荷载、岩土的压力还有地下水位等这些不利因素进行研究。地下室外墙主要承受的荷载，竖向荷载有上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载有地面活载、侧向土压力、地下水压力、人防等等效静荷载。在实际工程的地下室外墙截面设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按照墙板弯曲计算墙的配筋。对墙面长宽比大于3的情况，可按照连续梁的结构模型简化计算，仅考虑墙体收垂直荷载引起的弯矩，作为受力钢筋设计依据；对墙面长宽比小于等于3的情况，则需要按单块矩形板来计算墙体两个方向的弯矩及配筋。

2、《高规》3.6.3条规定：作为上部结构嵌固部位的地下室顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0．25％。而《北京细则》5.2.1条4款3）规定：地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，如地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的3倍时，地下室顶板也可以采用现浇板柱结构（但应设置托板或柱帽）。于是，在满足建筑功能的前提下，顶板采用无梁楼盖体系可以减少建筑层高，从而减少地下室埋植深度，减少基础的上方土方和护坡高度，缩短施工工期，能节省综合造价。对于多层的地下室，一般负二层以下均为停车库，功能单一，荷载较小，抗震等级一般不会高于三级，笔者更加建议采用无梁楼盖体系。

3、与高层主楼同时建造的裙房基础，需要考虑高层部分基础沉降引起的差异沉降对裙房结构内力的影响；新建高层建筑设计时，应考虑基础沉降对周围已有建筑及管道设施等可能产生的影响。设计时同一底盘的高层主楼和低层裙房可通过选择不同的基础形式，选择不同的基础持力层，以控制差异沉降。比如高层主楼和低层裙房分别采用不同直径，不同长度的桩基础；比如高层主楼采用桩基础或复合地基，低层裙房采用天然地基；比如高层主楼采用筏板基础，低层裙房采用独立柱基或条基。

4、因使用功能要求，地下室基底标高不同或地下室层数不同时，需要注意高的一侧的地下室内墙实际为地下外墙，应该考虑侧土压力及水压力，且要考虑施工时造成的较高的地下室开挖对较低的地下室基础持力层的扰动，为保证施工质量，争取工期，一般建议高低错落部分采用低强度混凝土回填。

二、基础设计中需要注意的一些内容

地下室部分的设计主要另一个主要部分，就是基础设计，接下来就简单介绍一下常规基础设计中需要注意的一些内容。

1、荷载组合

1.1现在设计人员基本上都是采用程序计算出各种荷载效应的标准组合和同一地基或桩基承载力特征进行设计。风荷载及地震效应引起建筑边角竖向轴力较大，若将这种短期荷载与永久荷载等同对待，这就导致边角竖向结构的基础过大，而未能增强中部竖向结构的基础，从而会导致地下室横向墙体产生八字形裂缝。因此，当重力荷载与风荷载组合时，应该适当的将承载力特征值提高到1.1~1.2倍；当重力荷载与地震作用组合时，可以按照《抗规》的要求适当提高承载力特征值。

1.2高层建筑基础设计应以减小长期中立荷载作用下地基变形、差异变形为主，计算地基变形时，传至基础地面的荷载效应采用正常使用的极限状态下荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。

1.3按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面的荷载效应采用正常使用状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。

1.4当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应的标准组合。

2、筏板基础设计

2.1应该根据地基承载力、上部结构荷载的分布形式等来确定基础的平面尺寸，计算时可以不进行偏心距计算。

2.2在确定平板式筏基的板厚时可以通过受冲切承载力计算确定，但是还应该考虑作用在冲切临界截面上的不平衡弯矩引起的附加剪力，一般板厚不得小于400mm。当柱荷载较大，等厚度筏板的抗冲切承载力不能满足要求时，可在筏板面上增设柱墩或在筏板局部增加厚度，也可以采用抗冲切箍筋来提高受冲切承载能力。

2.3当地基均匀且上部结构具有较大的刚度，结构柱间距以及柱荷载的变化小于20％时，筏板基础也可只考虑局部弯曲作用。反之，筏板基础的内力则应该按照弹性地基板进行分析。

2.4筏形基础的顶面与地面均应该设置双向钢筋网片，板的受拉钢筋的最新配筋面积应按《混规》的要求取值，且钢筋的间距不宜小于150mm，也不宜超过300mm，其受力主筋直径不宜小于16mm。

3、箱型基础设计

3.1应该根据地基承载力及上部建筑物的荷载大小来确定基础的几何尺寸。基础的外墙应该沿着建筑物周边设置，而内墙则应该沿着柱网或者剪力墙位置均匀分布，墙体的总面积不得小于整个箱型基础包围的面积的1/10。当基础的长宽比大于4时，其纵横水平间面积不得小于整个基础包围面积的1/18。

3.2箱型基础的高度必须满足承载力、结构刚度以及建筑使用功能的要求，不宜小于箱基长度的1/20，且不宜小于3m。长度不包括底板悬挑部分。

3.3应该根据受力情况、整体刚度、防水要求等确定箱型基础的墙体、顶板、底板的厚度。无人防要求的箱型基础，底板厚度不得小于400mm，内墙与顶板厚度不得小于200mm，外墙不得小于250mm。

3.4箱型基础的混凝土强度等级不应低于C25，如采用密实混凝土防水，其底板、外墙等外围结构的混凝土抗渗等级不应小于P6。对重要建筑宜采用自防水并设架空排水层方案。

4、桩箱与桩筏基础设计

4.1桩基础设计应该因地制宜。各个地区基本上都有比较成熟的经验，有的地区甚至有自己的地区规范，因此，在进行桩基础设计时，若工程所在地有地区性规范，那么就应当按照该地区规范来设计。桩基选择和承台设计应根据上部结构类型、荷载大小、桩穿越的土层、桩端持力层土类型、地下水位、施工条件和经验、制桩材料供应条件等因素综合考虑。

4.2为确保桩基的安全性与经济性，应该根据静载试桩结果确定桩基的竖向承载力、抗拔承载力、抗剪承载力。这样才能使桩基更加稳固，保证建筑的安全。而且采用这种方法还可以降低成本，实现经济效益。

4.3当箱型或筏型基础下桩的数量较少时，桩宜布置在墙下、梁板式筏型基础的梁下或平板式筏型基础的柱下，基础底板的厚度应满足整体刚度及防水要求。当桩布置在墙下或基础梁下时，基础板的厚度不得小于300mm，且不得小于板跨的1/20。

4.4桩顶嵌入箱基或筏基底板的长度，对大直径桩，不宜小于100mm；对中小直径桩不宜小于50mm。

4.5桩的纵向钢筋锚入箱基或筏基内的长度不宜小于钢筋直径的35倍，对于抗拔桩基不应小于钢筋直径的45倍。

4.6以下几类桩基础设计时必须进行沉降计算：甲级设计等级的桩基础、建筑体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙级设计等级的桩基础、对沉降有严格要求的建筑的桩基础以及采用摩擦型桩的桩基础。当桩基承受比较大的永久水平力作用或者对水平位移有特别要求时，必须进行水平变化验算。

三、结语

伴随着当前建筑行业的快速发展，人们对地下空间的需求不断增长，地下工程在整个建设项目中所占的比重还会越来越大。由于地下工程材料消耗大，建造周期长，施工难度大，设计的质量将会对整个项目的施工周期及建造费用产生巨大的影响，采用恰当的设计手段能在满足规范要求之外，使建设项目取得良好的经济效益，因此，熟练掌握地下室设计的各项内容，对提高设计人员自身水平或提高所在企业竞争力都大有裨益。

参考文献

[1] 李国胜．多高层建筑基础及地下室结构设计—附实例中国建筑工业出版社 ，2011

[2] 李国胜．高层混凝土结构抗震设计要点 中国建筑工业出版社，2009

[3] 沈蒲生．高层建筑结构设计中国建筑工业出版社，2006

[4] 袁锦根．工程结构同济大学出版社，2009