对高层建筑地下室结构设计问题的几点思考

郝双艳

摘要：我国高层建筑地下室设计结构设计目前还存在诸多问题，由于设计存在不足，导致地下室使用不够方便，容易出现结构问题，因此，本文对高层建筑地下室结构的设计进行分析很有意义。

关键词：高层建筑;地下室;结构设计;设计问题

高层建筑成为建筑业发展的主要趋势，并且逐渐向地下延伸，地下室成为建筑发展的又一空间领域。高层建筑本身对地基的建设质量就有非常高的要求，而地下室作为功能性建筑，在发挥正常功能的基础上，还需要承担来自地面的压力荷载。由此地下室的结构设计成为整个建筑中的重要组成部分，在地下室结构设计中，应该提高平面、外墙、顶板等部位的质量，并且要注意在抗震性、抗渗性等方面提高性能，保证地下室结构设计的质量，为高层建筑的顺利施工打下坚实的基础。

一、地下室结构平面设计问题

在地下室的结构设计中，需要考虑的问题非常多，尤其是平面设计方面，不仅要考虑到防火的措施，同时对于管道的布置和排水工程都要有详细的设计方案。由于地下室需要承受的压力荷载较大，并且还要受到来自地下环境的影响，所以对平面设计提高了难度。其中的变形缝设计是平面设计中的重要内容，为了减少建筑施工后由于温度和施工材料等因素而产生的变形，要做好变形缝处理。但是在地下室的变形缝设置对于防水工程有所影响，所以一般很少会设置变形缝。为了获得相同的效果，可以设置后浇带、地上设缝或者是混凝外加剂的方式来取代变形缝的功能。如果使用以上方法还无法解决问题，则需要从地下室的平面布局方面入手。可以将地下空间分割成若干个小的空间，然后在通道上设置变形缝，这种方法不仅减少了变形缝的数量，并且在受力方面也有所降低，减少事故的发生几率。由于地下室的结构部位比较特殊，所以在采光通风井方面的设计也非常重要，对于地下室的抗渗性以及埋深的需求和抗震性等都有很大的影响。

二、地下室外墙的结构设计问题

地下室结构设计的重中之重是地下室外墙的设置，需特别注意。

（一）荷载

地下室结构荷载包括核爆动荷载（考虑人防）、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合，结构设计时可依各工程的结构特点，根据规范要求进行荷载组合，地下室各部位参与组合的荷载分别为：顶板：顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。侧墙：竖向：顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位）;外墙自重标准值：横向：核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。内承重墙（柱）：顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重，内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和，由大的荷载起控制作用。基础：底板核爆动荷载标准值，上部建筑物自重标准值，顶板传来静荷载标准值，地下室墙身自重标准值。防空地下室进行荷载组合时，主要解决核爆动荷载作用下如何确定同时存在的静载问题。

（二）地下室外墙的配筋计算

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、地下室顶板的结构设计问题

地下室顶板作为高层建筑上部结构的一个水平约束支柱，其厚度有一定的要求，一般厚度要大于160mm，如若是人防地下室还需满足其他要求。地下室的顶板刚度的要求受上部结构的影响，上部结构的约束越大，地下室顶板的刚度越大。《建筑抗震设计规范》明确规定地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，其厚度要大于180mm，而且对混凝土的刚度等级、板的配筋率、楼层侧向的强度等都有具体的要求，并且浇灌时要用现浇梁板结构，同时还要求地下室顶板若有洞口不能过大。这些都说明高层建筑总深度的计算和地下室层数的限定不仅由地基基础埋深决定还受很多其他方面的影响。在结构计算嵌固端的要求时不同部位计算方法有所不同：在计算地下室层数或者底板时应从上往下算直至满足要求，而在剪力墙底部加强区的层数计算时要包括地下层，并且是从下往上算的。地下室顶板不是所有情况都可以作為上部结构的嵌固部位，当出现一下情况时不能作为上部结构的嵌固部位：1）顶板为无梁楼盖;2）顶板由于内外板的标高超过了梁高的变化范围形成错层。

四、地下室抗震设计问题

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，这时算高度时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。

五、地下室抗渗设计问题

由于地下室的施工位置比较特殊，需要在地下进行，在地势较低的情况下，对于结构设计的抗渗性有较高的要求。在地下室施工中，施工材料虽然具有一定的抗渗性特点，但是还不是很完善，一旦混凝土出现裂缝，将会对地下室结构的稳定性造成影响，进而威胁到地下室的安全性。所以在地下室结构设计中应该充分的考虑到抗渗性的特点，可以在混泥土中添加膨胀剂，利用膨胀变形来防御裂缝的出现。此外，还可以提高钢筋混凝土的抗拉能力。混凝土应考虑增加抗变形钢筋，如侧壁增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用;侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。

六、结语 ：

高层建筑地下室的结构设计是一个极其复杂的过程。高层建筑上部荷载大，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渗这一特殊要求，以保证其正常使用。

参考文献：

[1] 李爱国.探讨我国民用建筑结构设计中存在的问题及解决方法[J].建筑工程技术与设计. 2017.（17）.

[2] 王春.建筑地下室结构设计安全性存在的问题和设计探讨[J].山东工业技术2017.（18）