关于高层建筑地下室结构设计的思考

符庆非

摘要：高层建筑地下结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，其设计的合理与否直接影响高层建筑的正常使用与造价。本文主要从荷载设计、外墙的配筋计算、顶板设计、预应力无梁楼盖设计、抗震设计、抗裂设计以及抗浮、抗渗设计七个方面探讨了高层建筑地下室结构设计。

关键词：高层建筑；地下室；结构设计

引言：近几年，随着高层建筑的不断兴起，地下室部分已经成为了高层建筑的一个重要组成部分，地下室结构设计也面临着巨大的挑战，既要保证地下室的整体稳定、经济适用，各功能分区的布置合理，还要支撑地上的高层部分，与高层建筑的整体设计存在直接的关系。因此，对高层建筑地下室结构设计进行探讨和研究意义重大。

一、荷载设计

地下室结构的荷载设计中，重点考虑了不同部位的荷载需求，便于计算出准确的组合荷载。高层建筑地下室荷载设计中，体现在水压、土压和自重等方面，组合荷载包括：各层楼板、基础、外墙和承重墙，不同部位对应了特定的荷载设计，例如：承重墙组合荷载中的静荷载、自重荷载等，计算出荷载的总和，规范组合荷载的数据。地下室荷载设计的实践性强，按照结构特点，划分出具有组合设计条件的荷载，防止荷载组合设计中出现重复的荷载，确保地下室结构荷载的精准性。

二、外墙的配筋计算

实际设计应用时，在带扶壁柱的外墙配筋计算方法是按双向板计算配筋，而不是根据扶壁柱的尺寸大小来计算。而扶壁柱不是按外墙双向板传递荷载算其配筋，而是根据地下室结构的整体电算分析结果来配筋。这样设计会使外墙竖向受力筋配筋偏少、扶壁柱配筋不足，而外墙的水平分布筋过多。在计算地下室外墙的配筋时，除了垂直于外墙方向部分有钢筋混凝土，内隔墙之间有相连的外墙板块或者扶壁柱横截面积较大的外墙板块需要用双向板计算之外，其他形式的外墙通常都按竖向单向板计算配筋。竖向载荷小的外墙扶壁柱，无论是外墙转角处还是内外侧的主筋部分都需做适当的加强。扶壁墙的截面积的大小则是界定外墙水平分布筋的依据。在计算地下室外墙时底部支座应固定，并且它的厚度要和配筋量匹配。侧壁的抗弯能力比底板的大，而弯矩则和底板相等。

三、顶板设计

地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座，其刚度越大，对上部结构的约束作用越好。因此，地下室顶板厚度不能太薄，一般取≥160mm。人防地下室顶板厚度还要满足人防要求。

根据（建筑抗震设计规范）GB5001—2001，地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，对楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率、楼层侧向刚度等都有具体要求。且地下室层数不宜少于两层。规范还明确规定，作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。这意味着高层建筑地下室层数或总深层不仅仅由地基基础埋深决定，还必须考虑上述因素。结构计算时应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算，并应包括地下层。

四、预应力无梁楼盖设计

无梁楼盖的设计一般需要采用弹性理论的计算方法，也就是等代平面框架法，这种方法就是将整个结构按照横纵柱的方向列为框架梁以及框架柱，然后通过框架梁的宽度进行有效的取值。在进行空间分析的过程对水平荷载下等代框架运算时，只考虑结构的平移，不需要对扭转进行考虑。对于肋梁，肋梁的划分不能过粗，也不能过细，要充分考虑到肋梁所在位置以及它需要承受的预应力，其次对负弯矩进行调幅时，应综合考虑到在垂直荷载下空间框架对柱上板的影响，在垂直荷载满足条件的基础之上，要适当的增加调幅系数。对于柱上板带支座截面的配筋，应该与它的弯矩分布一直，在设计的过程中要在柱宽以及每边大约1M厚的范围之内进行集中配置，它的配筋量也不得少于柱上板带配筋总量的一半，非集中配筋区域的配筋率也不得少于附近的跨中板带。

五、抗震设计

高层建筑的抗震性能好坏与否与地下室的设计关系重大。提高高层建筑的抗震要求，地下室与地上部分的筑墙必须相一致。而且地下室的埋深也有要求，地下室的埋深要大于地上部分的高度时，其层数可不予考虑，这时算高度時才可从上部地面开始算。为了提高抗震性能，顶板必须要求可作为上部结构的嵌固部位。若地下室顶板为无梁楼盖和顶板内外板标高超过梁高变化引起错层这两种情况时，必须进行一定的处理使其能够作为上部结构的嵌固部位。

六、抗裂设计

高层建筑本身的子重量就相对较大，再加上混凝土自身就存在着裂变性，因此，地下室墙体出现裂缝现象是非常普遍的，为了避免裂缝的出现，在整体结构设计中应该遵从以下要求。第一，设计“施工后浇带”。通常情况下，为了保证施工中混凝土自身约束力的完全释放，总是在施工中采用施工后浇带的方式，目前，这种方式在地下室设计中是普遍采用的。第二，使用处理后的混凝土。地下室的结构具有特殊要求，因此，在混凝土使用方面也应该用处理后的混凝土，混凝土的处理方式是在混凝土中加入适当的膨胀剂，在设计中应该列出备选膨胀剂的种类，比如“UEA、HEA”等，加入膨胀剂的主要目的是要用膨胀剂所带来的膨胀值来抵消混凝土自身的收缩值，这样就能够有利的避免混凝土收缩所造成的墙体裂缝等的出现，一定程度上能够保证工程的施工质量。第三，布置膨胀带并提高抗拉力，虽然采用处理后的混凝土能够在一定程度上控制混凝土裂缝的出现，但是，该方式并不能完全的控制早期变形，因此，在设计中还要标明膨胀带的设置位置。而提高抗拉力的方式就是通过配筋率的提高来实现，钢筋的选择也应该选用抗变形钢筋。

通过以上方式的设计和布置，能够很有效的提高地下室整体结构的抗裂性，为高层建筑工程的整体质量提高做出重要的贡献。

七、抗浮、抗渗设计

在对地下室进行抗浮、抗渗设计中，通常会地下水位，这主要是因为施工人员没有根据探测报告的具体要求，或者探测数据对地下水位的浮力以及变化情况进行考虑，并且地下室斜坡的角度也没有严格根据抗浮具体情况对其进行验证和计算。同时没有对地下室斜坡道和结构的主体出现裂缝的位置进行有效的处理以及抗浮验算也达不到规定的要求。由于地下室主要是根据地下水位及变幅的情况进行抗浮设计，但是在实际的抗浮设计中，只是考虑了地下室的能够使用的期限，而没有重视施工和洪水时期的情况，这样就导致地下室出现了抗浮设计不合格的情况，因此要采取与其相应的补救措施。

1、对混凝土进行收缩补偿，在混凝土中加入适量的膨胀剂，并且以混凝土的膨胀值作为消除混凝土的最后收缩值。如果差值大于或者等于混凝土的极限拉伸，就可以合理掌控收缩值。

2、加强钢筋混凝土的抗拉能力，在进行混凝土施工时，一定要加强抗变形压钢筋。同时由于地下室的侧壁容易受到底板和顶板的约束，并且混凝土的膨胀收缩性能不一致，所以要在地下室的墙体中部建立水平暗墙，从而就提高了建筑的抵抗拉力。除此之外，还要做好混凝土的养护工作。

八、结束语

对高层建筑地下室的结构设计进行探究具有十分重要的意义。作为设计人员必须着力不断提高自身的专业技术水平，精心设计地下室荷载、外墙、顶板、楼盖、抗震、抗裂以及抗浮、抗渗的设计工作，只有这样才能全面提高结构的安全性能，为工程质量的提升奠定坚实的基础，为人民的生命财产安全保驾护航。

参考文献

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