高层建筑地下室结构设计中相关问题探究

向林

【摘 要】本文通过笔者多年的实际工作经验，主要就高层建筑地下室结构设计中相关问题进行了总结与分析，主要从抗浮、结构超长、基础形式的选取、计算分析方法和人防设计等方面进行了论述，仅供参考。

【关键词】高层建筑；地下室；抗浮设计；计算方法；人防设计

引言

随着我国城市化进程的加快，高层建筑随之不断增多，在城市工程建设中出现了非常多的地下室和地下车库。将高层建筑的设备用房、地下消防水池和汽车停车位等等设置在地下室，不仅能够充分地发挥地下室的作用，而且又满足了基础埋深的要求，同时地下停车场可以用作人防地下室，以滿足战时需要。因此，在高层建筑的设计中，如何合理地设计地下室的结构这个问题显得极其重要，下面简要地探讨地下室在结构设计中常见的几个问题。

1 抗浮问题

对于高层建筑地下室来说，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题，针对此种情况，结合笔者的设计经验，总结出以下解决方案。

1.1 提高基坑坑底的设计标高，降低抗浮设防水位

（1）采用平板式筏板基础。一般而言，平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当，但后者的基础高度一般要比前者高。以某广场一期工程为例，西区地下车库底板采用带下翻式柱帽的平板式筏板基础， 板厚为700mm，而东区则采用“低板位”梁板式筏板基础，基础梁（上翻）高为1300mm，仅因基础高度一项，东区的基坑深度就比西区深0.6m。

（2）楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/16～1/22，宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高，从而相对降低了抗浮设防水位。在某广场一期工程西区地下室结构设计中，由于地下二层战时为六级人防物质库，柱网跨度为8.8m，地下一层顶部有1.2m 厚的覆土，荷载相对较大，因此在该项目的设计中， 宽扁梁的截面高度取为600mm，为跨度的1/15，如果不使用宽扁梁，截面高度估算在900mm以上，综合经济指标良好。

1.2增加地下室的重量

（1）增加基础配重。此种方法大致又有以下几种情况，增加基础底板的厚度，增加底板上覆土厚度以及底板上采用重度大且价格低廉的填料。这三种方法的共同特点是增加基础配重以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度，从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度，因此它不是一种效率最高的方法，某广场一期东区就采用了第2 种方法，通过与西区相比较，其经济效果较差。

（2）增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是在不增加基坑坑底标高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室顶板可以不再设置次梁，既有利于其他专业的使用，又简化了施工工序。当地下室埋置深度不深时，采用此方法可将桩基抗浮简化为独立基础加防水板，有很大的经济效益。

2地下室结构超长问题

对目前来说，地下室结构超长问题经常发生。如某广场一期工程西区地下结构平面尺寸为143m×156m，地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小，但周边约束作用较强，结构超长问题引起了人们的关注。因此，需要采取以下几个方面的措施：

（1）设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40～60m 时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为800～1000mm ，钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构，设置钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定，设置了钢筋断开和不断开两种伸缩后浇带用以解决地下室结构超长不设缝问题，从使用效果看没有发现问题。

（2）不设置伸缩后浇带，采取其他相应措施。当地下结构的超长问题不是特别突出时，为了简化施工工艺，可采用此方法。这些措施主要有：1）采用低强度等级混凝土；2）混凝土中添加微膨胀剂；3）采用粉煤灰混凝土技术；4）适当加大分布钢筋配筋量；5）施工缝处设置膨胀止水条；6）设置膨胀加强带。

3 基础形式的选取及计算问题

现代高层建筑大都为塔楼式建筑群，由于上部结构荷载差异巨大，导致基底反力相差很大，因此，对基础而言，有必要根据不同的上部结构形式、上部结构荷载大小、地基的承载力及压缩模量等问题，因地制宜地采用不同的基础形式。

（1）平板式筏板基础和梁板式筏板基础的适用范围。相邻柱间距及柱荷载差别较小时适用平板式筏板基础，反之则宜采用梁板式筏板基础。通常，在材料用量相当的情况下，梁板式筏板基础的刚度较平板式筏板基础大，底板标高变化较多时宜采用梁板式筏板基础。

（2）梁高、板厚的选取及计算方法问题。目前计算筏板基础时，常用的方法有“倒楼盖”方法、弹性地基梁板方法和有限元分析方法，其中“倒楼盖”方法是一种传统方法，按该法进行基础设计时，基础内力按基底反力直线分布进行计算。基础内力按基底反力直线分布进行计算时，要求地基土比较均匀、上部结构刚度较好、荷载分布比较均匀、梁板式筏板基础梁的高跨比或平板式筏板基础的厚跨比不小于1/6，当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。“规范”对基础梁高跨比和板厚跨比的要求，其本质是要保证基础具有一定的刚度，但笔者认为基础刚度应与基底反力的大小相匹配，对于层数较多的高层建筑而言，该要求很容易满足，但对于层数较少的高层建筑而言，该条要求就显得偏严。

（3）采用平板式筏板基础时，宜设置平面尺寸较大的柱帽。当有条件时设置上翻式柱帽，没条件时设置下翻式柱帽。设置柱帽有以下优点：1）解决底板抗冲切问题；2）减小底板的计算跨度；3）减小支座负筋。

4 人防地下室结构设计问题

地下室根据其使用要求通常会分为人防区和非人防区两部分，普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。

4.1 人防构件的最小截面尺寸取值问题

当顶部有覆土时，可以将覆土的厚度折算成相应的混凝土厚度来计算顶板的防护厚度，当顶部没有覆土时，也可以考虑建筑面层的防护作用；对于人防墙、密闭门门框墙，当其防护厚度不足时，则应增加墙厚或按规范要求采取相应的加强防护措施。

4.2 人防构件的荷载取值问题

防空地下室在核爆动荷载作用下的动力分析采用等效静荷载法。对于人防顶板，当为常6级且其上覆土厚度大于1.5m 时或者为常5级且其上覆土厚度大于2.5m，顶板可不计入常规武器地面爆炸产生的等效静荷载，仅采取构造要求即可。

4.3 人防底板的荷载控制问题

人防地下室位于主体结构部分时，人防底板一般是平时荷载起控制作用。人防地下室位于纯地下室部分时，当仅有一层地下室且顶部覆土教薄时，人防底板一般是战时荷载起控制作用，当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时，人防底板一般是平时荷载起控制作用。

5 结束语

高层建筑地下室的结构设计是一项复杂性工程，其上部荷载大，基础埋深较深，地下室结构设计的合理与否将直接影响到建筑物的正常使用和工程造价。所以，在设计阶段既要满足功能要求、安全可靠、经济合理，又要满足地下室结构抗浮要求，以确保高层建筑的质量和使用安全。

【参考文献】

[1] 《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）.

[2] 《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）.

[3] 《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）.

[4] 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）.

[5] 《人民防空地下室设计规范》（GB 50038—2005）.