高层建筑地下室结构设计的要点分析

郑志龙

【摘要】随着高层建筑的飞速发展，其建筑设备用房、地下消防水池和汽车停车位多功能都应用在地下室。本文结合工作经验，对高层民用建筑的地下室结构设计难点问题探讨。

【关键词】民用建筑；地下室；结构设计 ； 嵌固端

随着我国经济的迅猛发展，现今的高层建筑日益增多，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，同时地下停车场还可以用作人防地下室，以满足战时需要。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异常重要，现简要地探讨地下室在结构设计中常见的几个难点问题。

一、高层民用建筑地下室结构设计难点

由于在高层民用建筑地下室结构设计过程中存在诸多难点，比如不能有效确定地下室结构设计的嵌固部位，不能有效设计地下室结构设计的抗震等级等都是设计中存在的要点。因此，这就需要在进行高层民用建筑地下室结构设计中，应不断加强对于上部嵌固的抗震能力的重视， 严格遵守地下室结构设计中的要求，合理设计好剪切的刚度比，这样才能有效确保高层民用建筑地下室结构的质量。具体分析如下。

（一）合理确定上部结构的嵌固部位

上部结构嵌固部位的合理选取，在高层民用建筑地下室结构设计中的计算模型占有重要位置。而地下室的设计本身由墙、桩本身和承台本身、 柱等都具有重要作用， 都需要进行承载力的计算。部结构的嵌固部位主要指结构预期塑性铰出现的位置，它能直接限制构件在两个水平方向的转动位移，即平动位移和扭转位移，在这个过程中能够将地震作用传递到上部结构。上部结构嵌固部位的选取，具体包括以下几点要求。

1、加强对于上部嵌固的抗震能力的重视。由于上部嵌固部分主要是地下室顶板位置，而地下室一层的抗震等级会根据上部结构的实际情况进行测定，这就要求加强对于上部嵌固的抗震能力的重视。 首先地下一层的抗震等级不应低于上部结构的抗震等级。其次由于地下室顶板的厚度，对承受荷载有着极其重要的作用，其中，包括地下室顶板所承受的侧向荷载和垂直荷载，这就要求在顶板进行开洞过程中应尽量减少或避免开洞，如果必须要进行

开洞时，要适当减少洞口的面积大小，同时还要适当加强洞口周边的构造，从而避免或减少因刚度突变或强度降低，影响结构的竖向侧力构件的连续，导致地下室不适宜作为上部结构的嵌固端。

2、严格遵守地下室结构设计中的要求。依据JGJ3-2010《高规》，在地下室结构设计中，对于地下室顶板的厚度有着一定要求，其厚度应超过160mm，而上部嵌固部位的地下室的楼板需达到180mm，地下室防水规范要求如果作为车库顶板接触地下水需要板厚增加为250mm；为了保证地下室做为嵌固端，配筋率要求达到0.25%并且双层双向布置，混凝土强度也不应小于C30.

（二）确定地下室结构设计的抗震等级

针对高层建筑的大底盘，且地下室上有许多塔楼，同时每一个塔楼之间都是相互独立的，当高层地下室作为上部塔楼的嵌固端时，地下室的抗震等級应与上部结构相同，地下室一层以下的抗震等级可逐层降低，但不应小于四级。

二、高层民用建筑的地下室结构设计的施工条件的影响

业主关注着高层民用建筑地下室的经济效益，而高层民用建筑的地下室结构设计的施工条件对于整个工程的工期和质量有着重要影响。从而要求设计技术人员进行高层民用建筑地下室结构设计时，要多加考虑施工条件的影响。通常情况下，应从以下几个角度考虑。

首先，合理节省施工工期提高经济效益。由于施工工期在整个高层民用建筑过程中占有重要地位，而工期的长短将直接影响着业主及施工单位的经济效益。对于施工单位来说，缩短施工工期可以节省人员工资、固定资产折旧等建筑安装工程费用。一方面，对于业主方来说，缩短工程施工工期，有利于提前还清贷款，降低工程项目的投资成本。另一方面，受传统设计材料限制，地下室这种以大体积混凝土为主的结构施工周期过长，施工时遇到问题也较多，而目前越来越多的工程采用了新技术新材料，加快了施工周期，虽然增加了投资成本，但是节省了人工费用，模板费用等。

其次，结合高层民用建筑的地下室结构设计的施工条件，优化设计结构。高层民用建筑的地下室结构设计的初步设计阶段，主要确定结构形式、主要构件尺寸及主要结构材料等。由于高层民用建筑的地下室结构初步设计阶段对整个工程的结构造价影响约占70%。因此设计人员就要选择符合当地施工资源的结构材料，采用符合当地工业、经济情况的施工技术，这样才能控制好工程的可行性和经济性。

三、高层建筑地下室结构设计的常见问题和措施

通常情况下，高层民用建筑地下室结构设计的常见问题主要体现在防水底板的设计，顶板的设计，外墙的设计、荷载的设计和抗浮和抗渗的设计等多个方面，而高层民用建筑地下室结构设计要求又是整个高层民用建筑中的关键部分，因此，在对高层民用建筑地下室结构进行设计的过程中，要严格按照建筑设计行业的相关规范制度，严格要求，全面统筹考量，确保高层民用建筑地下室结构的设计质量，具体分析如下：

（一）顶板的设计

根据建筑结构设计的相关标准，对于地下室顶板作为上部结构的嵌固端时， 地下室的顶板上不易开洞， 而对于顶板的厚度要求，要大于180mm，同时在配筋方面的要求也有严格控制，需采用双层双向配筋的方式，按照合理的配筋率进行设计【3】。

（二）外墙的设计

由于高层民用建筑的地下室结构的外墙设计有严格要求，这要求外墙不仅防水，防渗漏，还要起到挡土墙作用，这就要求外墙设计中不仅要考虑挡土作用，还要从裂缝来考虑抗渗防水，这样才能正确的对裂缝宽度进行合理计算。

（三）荷载的设计

对于荷载的设计要求，根据建筑需要，特别是消防车通道的荷载考虑及折减，这需要结构人员精确考虑地下室顶板荷载，特别在高层地下室车库项目中尤为突出，这关乎地下室整体结构安全及经济效应。

（四）抗浮和抗渗的设计

由于地下水位的变幅和地面种植浇灌水的影响，在进行地下室设计的过程中要全面考虑抗浮和抗渗因素，一旦抗浮和抗渗设计没有得到良好的进行，将会直接影响到高层民用建筑的质量。

1、抗浮设计

抗浮设计主要分为局部抗浮和整体抗浮两种，结合若干抗浮桩与抗浮锚杆的实际工程经验发现，目前地下室抗浮设计主要面临着地下水浮力计算理论不成熟、地勘报告不精准等问题。

2、抗渗设计

在进行地下室的设计过程中，还应考虑地下水位变幅和施工技术等方面的因素所造成的抗渗问题，建筑结构抗渗问题直接威胁高层民用建筑的使用寿命。因此，在设计过程中，要对影响抗渗的因素做一个全面考量 。设计时可采用外加膨胀剂、设置伸缩后浇带、加入合成纤维等方法予以控制。

四、结语

综上所述，高层民用建筑的地下室结构设计是一项工作量巨大的且难度较大的工程，为了更好的满足人们对于高层民用建筑的地下室的需求，这就要求在设计过程中，要严格遵守建筑设计行业的相关规范制度，以加强高层民用建筑的地下室结构质量为首要任务，同时全面统筹和考量设计过程中影响地下室结构的因素，有效解决设计过程中遇到的问题，从而确保高层民用建筑的质量。

参考文献：

[1]严恒林.高层建筑地下室防水施工技术[J].中国新技术新产品，2009，21：168.

[2]杜峰.城市建筑地下室防水技术研究[D].西安建筑科技大学硕士论文，西安：2005.

[3]吕森； 建行浦东培训中心综合楼结构设计[J]；上海建设科技；2010，（4）：32-34