关于高层建筑地下室结构设计关键环节的讨论

周荣亮

(苏州土木文化中城建筑设计有限公司，江苏 苏州215131)

随着城市化进程的不断加快，有限的城市范围内大量的建筑需求促进了高层建筑的发展，相应的地下室建设规模也不断增大。地下室发挥着地下车库、人防战时应急、设备用房等作用，结构设计人员在进行结构设计时需要考虑的因素以及需协调的专业较多，因此必须不断学习、总结，掌握地下室结构设计的要点。

本文作者结合多年工作实践，对地下室结构平面设计、外墙、顶板、底板及基础结构设计、抗浮抗渗设计各环节进行了介绍，以期能对同仁有所帮助。

1 地下室结构平面设计

由于地下室常为高层建筑的设备用房所在处，且地下室部分区域还需按照人防要求设计，因此需要综合考虑水、电、通风等各专业的要求。此外，考虑到地下室的防水抗渗要求，设计人员应当尽量减少地下室结构的设缝数量。例如地下室的长度超过设计规定的长度时,需要与结构专业配合,确定是否设置变形缝,通常应尽可能少设或不设变形缝,因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。

设计过程中，可借助混凝土外加剂、设置后浇带或上部结构设缝等方式减少地下室结构的设缝数量。对于设计长度超过规定值而需设置变形缝的结构，应优先采用设置后浇带的方式加以避免，若无法实现则可将地下室从平面上进行分割，让整个地下室变成几个由较窄通道连接而成的小地下室，这些通道不仅提供了变形缝的设置位置，而且满足了通行及管道连接的要求。此外，高层建筑地下室平面设计还应做好采光通风井的设置工作，如若设置不当可能会对结构的正常受力产生不利影响。例如在地下室外墙外侧设置井体，而井体不能与地下室顶板整体浇筑，因而整体性存在缺陷，从而导致地震作用或上部结构承受的风载无法有效地传递至外墙及地面。

2 地下室结构外墙设计

不同高层建筑地下室结构外墙的设计厚度及设计配筋不尽相同，尤其是外墙的设计配筋相差较大。根据本人的工程实践经验，通常情况下地下室外墙设计厚度亦取值为30-50cm，钢筋宜选用直径14-18mm的热轧螺纹钢，钢筋间距亦取200mm。考虑苏州地区地下水位相对较高，宜适当增加地下室外墙的厚度与配筋量。结构设计中，考虑外墙受力，要求其竖向钢筋配置相对较多，水平钢筋则多以不低于最小配筋率为准。需要注意的是最小配筋率仅仅是控制的下限值，而不是合理的配筋率，因此在设计过程中应对水平向配筋量作适当的增加。个人经验认为水平向配筋率应不低于0.25%-0.3%，否则容易导致外墙产生收缩裂缝，降低外墙防水能力。

此外，对于埋深较深的地下室结构，其常采用围护桩结合二道支撑的基坑支护方案。在浇筑地下室底板混凝土时，常选择在基坑底部二道支撑下部留置地下室外墙施工缝。施工缝以下部分这段外墙达到设计强度后，采用填料填实墙与围护桩间空隙，待基坑二道支撑拆除后，施工缝以下部分外墙及地下室底板即成为新的“二道支撑”，用以承担基坑周边土体的主动土压力。此时，考虑到地下室中间楼盖尚未浇筑，墙体处于悬挑状态，结构设计人员有必要对该段墙体的施工阶段不利悬挑受力状态进行验算。

3 地下室结构底板、顶板与基础设计

与地下室结构外墙相同，底板设计除应考虑承载能力方面的要求外，还应考虑其抗渗、防水能力，因此需要将地下室底板的厚度及配筋率分别控制在40-60cm、不小于0.25%。若结构基础采用桩箱或桩筏，则还应充分考虑底板抗冲切、抗剪切、抗弯以及局部受压承载能力等是否满足要求。

结构设计过程中，对地下室结构顶板的厚度有着明确的限定，这主要是为了保证其具有足够的刚度，从而在水平方向上对上部结构拥有较好的约束作用。设计顶板厚取值不应小于16cm，人民防空地下室顶板厚度还需满足人防的特殊要求。

苏州地区高层建筑结构常用基础形式为桩基，桩基结合地下室或其底板常组合成桩箱或桩筏基础。对于端承型钻孔灌注桩，若其桩端持力层为碎卵石层或强风化岩，则可在桩身混凝土达到预定强度值后借助事先预埋注浆小直径钢管对桩端持力层进行压力注浆，运用此法所成的桩承载力有大幅度提升，相应地可以减少用桩量，降低工程成本。而此法对于对于粘性土桩端持力层情况则效果甚微。

4 地下室抗浮、抗渗及控制措施

苏州地区地下水位相对较高，还应重视地下室抗浮设计工作。地下室抗浮设计应严格依据地下水位及其变幅进行，值得注意的是现阶段地下室抗浮设计多仅考虑正常使用极限状态，忽略了施工过程以及洪水期等特殊时期抗浮考虑，这也是施工过程中常出现抗浮承载力不足而出现局部破坏的重要原因。此外，实际工程中常出现多栋高低层建筑共用同一地下室的情况，这类地下室多具有面积大、形状不规则、各部分上部建筑分布不均匀等特点，抗浮设计难度相对较大，设计人员需要对具体问题具体分析，分类处理。

地下室结构在满足承载能力要求的同时，还必须满足正常使用的要求，抗渗正是其中的一个重点控制项目。由于混凝土结构本身即为带缝工作，因此需要采取相应的控制措施防止渗漏。主要抗渗控制措施如下：

（1）采用补偿收缩混凝土。在混凝土浇筑完成后，混凝土常会产生不同程度的收缩裂缝。对此，可采用掺加微膨胀剂的混凝土，借助混凝土的膨胀值来抵消其收缩，控制裂缝的产生。

（2）设置膨胀带。混凝土浇筑过程中设置膨胀带不仅可以与混凝土中膨胀剂一同发挥补偿收缩的效能，而且还方便混凝土连续浇筑，实现无缝施工。

（3）设置后浇带。与传统的变形缝相比，后浇带可以有助于混凝土释放早期约束力。

（4）增强钢筋混凝土结构构件的抗拉能力。可根据混凝土结构构件的实际情况适当增加抗变形钢筋。例如：可在地下室外墙设置水平向温度钢筋，而在侧墙中部设置一道水平暗梁，用以抵抗墙体各部位混凝土的胀缩差异。此外，还应重视混凝土的养护工作。

5 结语

综上所述，高层建筑地下室结构设计是一个系统的过程，结构工程师必须对所涉及到的专业知识有较好的掌握，同时还应处理好与水、电、暖、通风等相关专业的协调工作，保证所设计的地下室安全可靠、功能达标、经济合理。

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