试析高层建筑地下室结构设计问题

试析高层建筑地下室结构设计问题

高磊

杭州创功建设有限公司浙江杭州310000

摘要：随着城市化进程的加快，土地资源越来越紧缺，在土地资源有限的情况下，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。

关键词：高层建筑；地下室结构设计；问题

1地下室层高的确定

地下室层高的选取是一项非常重要的工作，其在很大程度上影响着地下室的设计，包括地下室基础维护的设计、地下室的抗浮设计等各个方面。具体可以采取下列几项措施来进行地下室层高的优化处理：首先，应该采取有效的措施来尽可能地减少地下室顶板覆土层的厚度。顶板覆土厚度的确定主要考虑两个方面的因素，一个是给排水专业雨污水管道的铺设，还有一个是景观专业植被种植的具体需求。对结构控制梁高进行严格地控制；综合各个方面的因素，对消防管道进行严格地设置，这样能够节省2m的地下室层高；通风管道应该沿着车位内侧或者是墙角进行布置，避免布置在通道的位置上，来进一步提高通道的净高效果；将地下室底板覆土层取消，能够有效地节约200—300的地下室层高。

2地下室设计中的变形缝与后浇带问题

对于高层建筑来说，比较常见的变形缝主要包括以下几种：伸缩缝、沉降缝、防震缝等等。伸缩缝的形成主要是由于从基础网上把建筑物断开，防止建筑物由于温度或者是伸缩变形而造成开裂甚至是破坏。所以说，建筑在沉降缝位置的地方应该从上部至基础全部断开，把建筑整体分为若干个部分，进而确保各个部分的沉降都能够保持均匀，防止由于沉降的差异太大而造成开裂破坏；防震缝会把建筑分为平面规则的、较为简单的。在进行防震缝设置的时候，在其设置位置的地方可以将其断开，也可以不将其断开。对于任何工程项目来说，在进行以上三种变形缝设置的时候，都必须要做到考虑周全。

对于高层建筑的地下室来说，防水要求是最基本的，但是变形缝刚好是防水最为薄弱的一个环节，一旦没有处理到位将会导致地下水渗漏现象的发生。所以，在进行地下室设计的时候，应该尽量进行后浇带以及变形缝的设置，由此来有效地避免变形缝的设置。高规当中也作出了规定，指出了高层建筑的地下室不适合进行变形缝的设置。通常情况下，地下室都会进行施工后浇带的设置。主要目的在于把硬化过程中的应力完全释放出来，进而达到有效控制以及减少混凝土初始裂缝的目的。所以，在高规当中指出，在地下室大于伸缩缝的最大距离需求的情况下，应该每间隔30～40m的距离进行施工后浇带的设置，需要注意的是，要确保施工后浇带能够贯通地下室顶板、外壁以及顶板，还有一点应该注意的是，后浇带的设置一定要尽量避开梁板的最大受力位置，通常情况下，都将其设置于柱距的三等分线周边的位置。后浇带浇筑的时间也有所讲究，一般要求在60d以后进行。

3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，设计时以下几个问题需特别注意。（1）根据试验确定静止土压力，当无法进行试验时，粘性土可取0.5～0.7，砂土可取0.34～0.45。（2）地下室外墙的荷载包括两部分，一部分是水平荷载；一部分是竖向荷载。水平荷载一般是效静荷载主要包括：侧向土压力、地面荷载和人防等。竖向荷载则由地下室本身的重量及楼层的传重。在实际应用中，竖向载荷和风载荷以及地震产生的力是难以控制的。墙体配筋则是由垂直于墙面的水平载荷形成的弯矩决定的，并且竖向载荷的压弯作用一般不予考虑。（3）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。

4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为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。

5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。

6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，还可以通过增加钢筋混凝土的抗拉能力以及设置后浇带来防止混凝土出现变形，在混凝土浇筑完毕后，做好养护工作，提高地下室结构设计的抗渗性，保证地下室的施工质量。

7结束语

地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：地基与基础的相互作用问题、上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高设计水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。

参考文献：

[1]基于高层建筑地下室结构设计的分析[J].吴仲平.广东建材.2012（05）

[2]实例探讨高层建筑地下室结构设计[J].吕雪兵.四川水泥.2017（11）

[3]浅谈高层建筑地下室结构设计中存在的问题及对策[J].沈强.江西建材.2014（22）