高层建筑地下室结构设计问题简析

季波　周瑞　薛虎

【摘 要】 高层建筑地下室的结构属于一个复杂的系统结构，其设计过程十分复杂。在高层建筑地下室结构设计过程中，需要对多种参数进行考虑和计算，地下室结构的设计是否合理且符合相关规范的要求对建筑物整体的使用情况以及工程造价存在着较大的影响。地下室工程因为其自身的特殊性，设计存在着较大的难度，如果没有科学的处理，就会出现诸多的问题，对整个建筑的稳定性和安全性造成影响。本文从多个方面分析了建筑地下室结构的设计，希望可以提供一些有价值的参考意见。

【关键词】 高层；建筑；地下室；结构设计

在土地资源日趋紧张的情况下，高层建筑在新建建筑中所占的比例逐年提高，高层建筑中所对应的地下室及地下车库也日益增加，相应的人们对地下空间的使用需求也不断提高。因此，对地下室的结构进行合理设计，充分合理地利用地下空间又成了我们研究的重要课题。相关的施工设计人员需要不断努力，提升自身专业技术水平，总结工程经验，严格依据相关的规定要求来进行设计，保证设计质量。

1 高层建筑地下室层高的确定

地下室层高的合理选取，直接影响了地下室设计的各个方面，主要表现为地下室基坑围护的设计，地下室的抗浮设计，地下室水浮力的确定等。可以从以下几个方面进行地下室层高的优化：

（1）尽量减少地下室顶板覆土层厚度。顶板覆土厚度主要由给排水专业雨污水管道的铺设、景观专业植被种植要求决定。可以通过局部设置降板用于铺设大直径管道，局部堆高覆土解决大植被种植要求。（2）控制结构梁高，最大化地下室净高。人防部分控制梁配筋率小于1.5%，才能使人防梁有合理的延性比。（3）考虑消防管道穿梁设置，可以节省200mm的地下室层高；（4）通风管道沿车位内侧或墙角布置，尽量不布置于通道位置，可以取得更好的通道净高效果；（5）取消地下室底板覆土层，采用设置地漏排水代替明沟排水，可以减少200～300的地下室层高；（6）根据《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）第3.2.1条，地下室梁底或管底净高可控制2.0m，至顶板板底净高可控制2.4m，因此层高可再压缩200mm；综上地下室结构层高可由原4.2米调整至3.6米，对于整个地下室的防水、造价、施工周期都有很大的优化。

2 地下室设计中的变形缝与后浇带

高层建筑中常见的变形缝有伸缩缝、沉降缝、防震缝。伸缩缝是自基础以上将建筑物断开，避免建筑因温度和收缩变形而导致开裂破坏；建筑在沉降缝位置处必须从上部到基础完全断开，将建筑分成几个部分，使得每个部分沉降均匀，避免因沉降的差异过大导致开裂破坏；防震缝将建筑分为平面规则的、简单的、独立的防震单元，避免地震时建筑因平面不规则而产生破坏，防震缝设置位置处，基础可以断开，也可以不断开。实际的大部分工程在结构设计时，设置以上三种缝时都必须综合考虑，即做到“三缝合一”。

高层建筑的地下室有防水的额外要求，而变形缝恰恰是防水的薄弱位置，处理不好的话容易引起地下水的渗漏，因此地下室设计中宜尽量采取设置后浇带、加强带等结构措施，以避免设置变形缝。且《高规》12.2.3条也规定：“高层建筑的地下室中不宜设变形缝。”地下室通常会设置施工后浇带，目的是为了将混凝土硬化过程当中的应力释放出来，用以控制或减少混凝土的初始裂缝，因而《高规》中规定地下室超过伸缩缝的最大距离要求时，可采取每隔30m～40m设置800mm～1000mm宽施工后浇带的措施，且施工后浇带需贯通地下室底板、外壁和頂板。施工后浇带设置应避开梁板的最大受力位置，一般设置在柱距的三等分线的附近位置，后浇带的浇筑宜在45天之后进行。楼板和墙体钢筋在后浇带位置宜断开搭接，便于两侧的混凝土能够各自自由收缩，但是梁钢筋可以不断开。需值得注意的是，施工后浇带并不能直接减少建筑物在使用过程中结构的温度应力，也就不能够提高结构对于温度应力的承受能力。

3 地下室外墙的结构设计

地下室外墙是地下室的重要组成部分，在高层建筑地下室结构设计的过程中，地下室外墙的设计起着至关重要的作用。地下室外墙不仅承受了上部结构传来的竖向荷载，同时也承受了水平荷载，但是在地下室外墙的结构设计中，上部结构竖向荷载产生的内力一般不起控制作用，起控制作用的还是由水平荷载产生的内力。地下室外墙一般根据周边的支承情况按双向板或单向板计算内力。地下室的内墙一般距离相距较远，因而在实际的设计中一般按底部作固定支座，顶板处作铰接支座来计算地下室外墙，且计算时仅考虑水平荷载作用，不考虑水平荷载和竖向荷载组合的压弯作用效应。

通常设计中，地下室外墙采用的混凝土等级不会太高，一般为C30。这是由于强度等级过高必然导致混凝土的水泥用量较大，较易产生裂缝，容易引起渗漏。但是大多数的实际高层建筑中，地下室外墙上往往都有框架柱，这些框架柱承受了上部结构的荷载，因此它们的混凝土强度等级往往较高，一般都高于地下室外墙的强度等级。从设计角度来看，上述做法是符合规范要求的，但是混凝土标号的不同会给实际施工带来一些的不便。如果都按低标号来做，必然会影响结构的安全；如果都按高标号来，显然会提升造价，经济性不高。对于强度等级相差不是特别大的情况时，通常我们可以采用墙柱交接处加腋的方式来解决上述问题，加腋后都可按地下室外墙的混凝土标号来浇筑。结构设计师们应该在实际设计中对此类问题产生足够的重视，设计中不仅要能满足设计规范的要求，而且更应该考虑到施工的方便与适用。

4 地下室的抗震设计

高层建筑地下室的抗震设计中经常出现埋藏深度不够的情况，地下室的顶板是上部结构的嵌固端，地下室一层的抗震等级设置为三级，上部结构的抗震等级为二级。如果地下室没有进行合理的设计，就会影响地下室整体的抗震效果。依照施工设计图的标准，通常情况下，半地下室所规定的埋深度必须大于地下室外地面的高度，从而可以不把层数考虑在内，总高度可以从室外的地面开始计算。地下室的墙柱及上部结构的墙柱必须加以整合统一。如果地下室的标高变化大于梁高的时候会导致出现错层的情况，必须运用合理的措施加以处理，不然不能当做上部结构的位置。根据有关的要求得出，地下室楼层顶楼的上部结构，必须运用梁板结构施工。如果地下室属于无梁楼盖的工程时，不能当做上部结构的位置，进行结构计算必须满足地下室楼层或底板的要求，计算剪力墙底部的加强区域层可以从地面向上展开计算，也要包括地下层。

5 地下室的防水问题

地下室防水是地下室设计中的重要部分，是地下室使用的安全性、舒适性的重要保障，因而地下室防水至关重要。然而目前现实中的高层建筑地下室，防水方面的质量问题还是较多，有的造成的影响还十分严重。如果地下室结构防水达不到相关设计要求和标准，将会导致地下室积水问题的出现，钢筋混凝土若长时间被积水浸泡，会导致混凝土内部钢筋锈蚀膨胀，威胁混凝土结构的稳定性，进而对整体建筑结构的使用安全性构成威胁。

要较好的解决地下室的防水问题，在设计过程中，必须根据工程的性质、使用要求和重要性等方面来合理确定防水等级。结构设计中地下室的防水问题我们主要关注两个方面：一是主体结构的防水；二是细部构造的防水，也称节点防水。地下室主体结构防水大多数采用结构自防水，也就是采用防水混凝土。防水混凝土主要分为普通防水混凝土、外加剂防水混凝土、膨胀水泥防水混凝土。采用防水混凝土时还需注意设计抗渗等级的要求。而地下室的节点防水，就是要对地下室的变形缝、施工缝、后浇带等防水的薄弱环节采取一些防水构造措施，如：设止水带、做成企口缝以延长渗水路线等等。

6 结束语

随着高层建筑的迅速崛起，高层建筑地下室结构的合理设计越来越引起人们的关注。为了满足不同设计的需求，在地下室结构设计的过程中，应遵循安全、适用和合理的原则，因为安全是设计的前提。此外，在高层建筑地下室的建设过程中还需要重视其的技术的改进与革新，以满足未来建筑的设计需求。

参考文献：

[1] GB50108-2008《地下工程防水技术规范》[S].北京：中国建筑工业出社，2012.

[2]刘洋民，李海波.高层建筑地下室结构设计探讨[S].广东科技出版社，2013.