高层民用建筑地下室结构设计分析

高层民用建筑地下室结构设计分析

1、李嘉俊  2、区志扬

佛山市岭南建筑设计咨询有限公司  广东佛山 528200

摘要：伴随着社会生产力的不断进步，当代高层建筑也在不断地改进和发展。由于高层建筑的设备用房、消防水池和车库的使用均采用了地下车库，因此，现代的高层民用建筑地下室的设计比较复杂。在地下工程建设中，高层民用建筑的结构设计是非常重要的，不仅直接关系到整个工程的成本，也直接关系到整个地下室能否正常使用。本文通过对现代高层民用建筑地下室结构设计中存在的一些问题进行了详细的分析和探讨，以期在以后的工作中有所改进，并为以后的工作提供一定的借鉴。

关键词：高层民用建筑；地下室结构；设计分析

前言：随着建筑业的不断发展，地下室结构越来越普遍。由于地下室的结构设计比较复杂，既要考虑地基的设计，还要考虑到建筑物的使用功能，这就给设计带来了很大的困难。设计者在进行地下室结构的设计时，应该根据相应的设计规范，科学地对各种设计参数进行数值分析，并对各个结构的设计要点进行精确地掌握，持续地总结设计经验，对设计方案进行优化，从而为提升高层民用建筑的安全、稳定和多样化的使用功能打下坚实的基础。

一、高层民用建筑地下室的结构设计中存在的问题

（一）外墙

外墙在地下室中起到了非常重要的作用，不仅可以防水，还可以防止泥土渗透，更重要的是它可以将地下室变成一个相对密闭的空间，所以外墙是地下室不可或缺的一部分。对于墙体来说，它承担了来自建筑物上部结构的垂直力、地下水和地基堆载等方面的荷载，而横向的作用力又起着主要的作用。在计算地下室外壁的内力时，必须首先采集各方向的荷载，才能将其综合和分析，一般要根据支承的边界条件、高宽比等因素来进行合理的计算和选择。另外，在设计时，也要根据墙体的受力和裂缝的宽度，选用合适的原材料。

（二）基础底板

地基是高层建筑物的地基，其最主要的功能是承担上部结构的顶板、内部承重墙柱以及围护墙体的荷载。地下室的另一个功能，就是防水、防渗。在楼面设计中，经常遇到两类问题：一是由于楼面面积过小、刚度不够，使基础承载力不够，从而引起不均匀沉降与侧向位移；二是楼板不够厚，出现裂缝，渗漏，引起地下室积水。总之，在进行楼板设计时，必须对楼板进行严密而精确的计算。

二、高层民用建筑地下室结构设计中的重点与改进措施

（一）外墙的设计

从上文可以看出，外墙设计这一部分在地下室的结构设计中是非常重要的，因为外墙有其独特的功能，因此在设计时要保证它的质量。在对墙体进行内力分析时，应从多方面综合因素出发，以求取最优荷载。另外，设计者还应该根据墙体的实际受力情况和裂缝宽度来选择混凝土。

（二）底板部分

底层与外墙类似，因为是在地势较低的地方，所以底层既要满足墙体的受力，又要保证地下室的防水抗渗。因此，在设计地下室楼板总厚度时，通常要确保楼板的具体厚度在适当范围内。一般而言，地下室底层尺寸为40～60厘米，配筋率为0.25%。在地下室的地板部位有不同的标高时，应根据实际情况来设置地基梁，而地基梁的宽度不能低于整个楼面的厚度，而且要配有能抵抗地基承载力的扭转钢筋。桩基和筏基的地基亦为桩承台型，在抗剪、抗冲、抗弯、局部受压等方面均需满足。

（三）抗震结构设计

在高烈度地区，抗震设计是保障人民生命和财产安全的关键。设计者要充分搜集建设项目所在地的震害资料，科学地制定抗震设防标准，并对其进行优化。在对高层民用建筑进行抗震设计时，必须对其进行正确的设计，以使其更科学、更合理。在高层民用建筑中，为改善其抗震性能，一般采用框架－剪力墙结构，并对其下部剪力墙进行相应的加固处理，以确保其在地震作用下能够保持良好的恢复能力，进而提升高层民用建筑的安全。在框架结构中，需对其进行加固，但需考虑到加固后的薄弱层位于转换层之上，故在设计时，应将剪力墙底部作为基础，并将加固层的层数控制在两层以下。在框架结构的设计中，可通过增加配筋配比或增加型钢来改善其延性。在框架柱结构的设计中，为改善框架柱的变形能力和延性，也可采用箱形结构，适当降低转换层的高度。因此，在框架结构的设计中，必须严格遵循抗震规范，对框架的层数进行合理的控制，同时要对框架的强度和刚度进行适当的增加，以保证其承载力和恢复力都能满足地震的需求。

（四）地下室平面结构设计

本文主要介绍高层民用建筑的设备环境设计、使用功能设计和用地设计，对地下室的规划设计进行了探讨，并提出了具体的设计方案。结合场地的具体情况，进行专业的防火、排水区的设计，以平面结构设计的综合分析为中心，将建筑物的底层、顶部全部转换成平板或者斜板，通过与平面设计的比较，保证了地下室的设计更加满足使用的需要。如果地下室建在多山的地方，又受地形等因素的影响，设计师可以选择高原作为平台，将地下室设计成变台阶平板或者整体大斜坡，不仅可以节约建筑费用和资源，还可以缩短项目的建设时间，达到节材、节能等绿色经济的要求。

（五）地下室保护层和垫层厚度问题

在我国地下室工程防水技术规程中，对于地下室混凝土结构施工提出了具体的施工工艺要求，例如：地下室结构层的厚度不能低于250 mm，混凝土的缝隙要控制在0.2毫米之内，不能将混凝土贯穿。在软弱地基上进行工程施工时，为了确保工程的可行性和安全，必须将垫层的厚度控制在150 mm以上。总结和分析了地下室的漏水问题，指出在实际施工中，地下室结构的厚度和防水效果都没有满足设计规范，造成了漏水的现象。所以，在对其进行有效的治理的同时，要严格遵循地下室的防水施工工艺规范，才能确保防水混凝土的使用效果。

（六）结构荷载的设计

在结构荷载中，水土压力、地下室自重、上层建筑和与人防作用等效的静载荷是最主要的一部分。地下室的不同部位，所承受的荷载也不尽相同，因此，在进行结构设计时，必须首先对其特性进行全面的分析，然后根据荷载组合的具体需求，进行相应的设计工作。（1）顶底板。顶板上的荷载一般是静载，也就是相当于核爆的静载；（2）内部承重墙。存在于内承力墙上的荷载，也就是房屋本身的重量，也包含了相当于由人防引起的核爆动荷载效用相等的静载荷；（3）边墙。这个位置的侧向部位，主要是受到水、土压力和水平方向的动荷载等荷载，而竖向部位，则是由顶板静态荷载和与人防作用下的核爆动荷载作用相等的静荷载。

（七）防水结构设计

在高层民用建筑地下室结构设计中，防水设计是一个非常重要的步骤，它的设计好坏直接关系到整个建筑物的安全与使用功能的发挥。所以，设计者在进行防水结构设计时，应该对高层民用建筑的现场进行细致地调查，对工程地点的水文地质资料和气象资料进行全面的采集，对当地的降雨量、地下水水位的变化特征等情况有一个全面的认识，以便对地下室的防水结构形式和防水材料进行合理的选择。当前，高层民用建筑地下室防水结构的设计，主要是使用防水混凝土和防水卷材等材料，因此，设计者必须严格遵循防水设计规范，对防水层的厚度等各种技术参数进行合理的设定，从而提升高层民用建筑地下室的防水能力。另外，在实际工程中，许多建筑物的地下室都设有停车设施，为了保证其正常的使用功能，在设计时，还需要对防水节点和疏水孔进行合理的布置。

结语：综上所述，高层民用建筑地下室的结构设计是一个十分复杂和繁琐的工程，在进行设计时必须全面考虑各种因素。期望通过本文的研究，能更好地适应今后的地下室设计需要，使之达到更高的设计水平。

参考文献：

[1]孙文林.高层建筑地下室基坑支护工程结构设计与施工问题分析[J].建筑技术开发,2021,48(07):153-154.

[2]朱春晨.高层民用建筑地下室结构设计[J].现代物业(中旬刊),2020(05):64-65.

[3]王宸.高层民用建筑地下室结构设计[J].住宅与房地产,2020(15):87.