簡析高層建筑的地下室結構設計

秦潮

【摘要】隨著高層建筑的快速發展，建筑的質量問題越來越重要，所以在建筑結構設計方面要加大力度。由于高層建筑在單位面積上所承受的壓力荷載較大，所以對于地下室的結構設計有較高的要求，地下室的質量直接關系到整個高層建筑的質量。在地下室結構設計中，應該做好地質勘察工作，在進行可行性論證后，采用科學合理的方法來進行設計。文章對于高層建筑地下室結構設計的相關問題進行了分析，對于提高建筑質量具有重要的意義。

【關鍵詞】地下室 結構 合理設計

隨著建筑層數的日益增高，地下結構也日趨復雜化，地下工程的基坑支護、結構設計、施工及防水等問題逐漸成為建筑工程界關注的熱點。由于地下工程的施工環境特殊、隱蔽性大、涉及的工種多、施工復雜，也較容易出現質量問題，因而設計時應綜合考慮多方面因素，結合工程的具體情況進行一些特殊的處理。本文探討了地下室結構設計常遇到的一些問題及其解決措施。

高層建筑地下室結構的合理設計方案

高層建筑地下室的結構設計主要包括外墻、頂板、底板及基礎、出入口坡道、

樓梯等，如果是人防地下室，包括人防口部設計。

1. 荷載

地下室結構荷載包括核爆動荷載（考慮人防）、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及地下室自重等。規范給出了防空地下室不同部位應考慮的荷載組合，結構設計時可依各工程的結構特點，根據規范要求進行荷載組合，地下室各部位參與組合的荷載分別為：頂板：頂板核爆動荷載標準值，頂板靜荷載標準值。側墻：豎向：頂板傳來的核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重標準值（僅有局部剪力墻部位）；外墻自重標準值：橫向：核爆動荷載產生的水平動荷載標準值、土壓力、水壓力。內承重墻（柱）：頂板核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重，內承重墻自重標準值。應對比戰時所增加的頂板核爆動荷載標準值與平時各樓層的活荷載標準值之和，由大的荷載起控制作用。基礎：底板核爆動荷載標準值，上部建筑物自重標準值，頂板傳來靜荷載標準值，地下室墻身自重標準值。防空地下室進行荷載組合時，主要解決核爆動荷載作用下如何確定同時存在的靜載問題。

2. 頂板

地下室頂板是高層建筑上部結構的一個水平約束支座，其剛度越大，對上部結構的約束作用越好。因此，地下室頂板厚度不能太薄，一般取≥ 160mm。人防地下室頂板厚度還要滿足人防要求。根據（建筑抗震設計規范）GB50011-2010，地下室頂板作為上部結構的嵌固端時，對樓板厚度、混凝土強度等級、板配筋率、樓層側向剛度等都有具體要求。且地下室層數不宜少于兩層。規范還明確規定，作為上部結構嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應采用梁板結構。這意味著高層建筑地下室層數或總深層不僅僅由地基基礎埋深決定，還必須考慮上述因素。結構計算時應往下算至滿足嵌固端要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強區層數應從地面往上算，并應包括地下層。當出現以下情況時，地下室頂板不應作為上部結構的嵌固部位：

⑴ 板室內外板面標高變化超過梁高范圍形成錯層，且未采取措施；

⑵頂板為無梁樓蓋。

3. 外墻

地下室外墻計算時應進行彎矩調幅，底部為固定支座（即底板作為外墻的嵌固端）、考慮荷載分項系數、有多層地下室時應按多跨連續計算，側壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣。底板抗彎能力不應小于側壁，其厚度和配筋量應匹配，這類問題在地下車道中最為典型。車道側壁為懸臂構件，底板抗彎能力不應小于側壁底部。地面層開洞位置（如樓梯間）外墻頂部無樓板支撐，計算模型和配筋構造均應與實際相符，車道緊靠地下室外墻時，車道底板位于外墻中部，應注意外墻承受車道底板傳來的水平集中力作用。以上兩種情況中，由于外墻支承條件不同，計算與設計不能與一般外墻相同。當頂板不在同一標高時，應注意外墻上部支座水平力的傳遞問題。

除垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大（如高層建筑外框架柱）之間外墻板塊按雙向板計算配筋外（此時框架柱尚應考慮外墻傳來的水平荷載作用驗算），其余外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。豎向荷載（軸力）較小的外墻扶壁柱內外側主筋也應予以適當加強，外墻水平分布筋要根據扶壁柱截面尺寸大小適當另配外側附加短水平負筋予以加強，外墻轉角處也同此予以適當加強，考慮外墻水平鋼筋受力時應注意滿足最小配筋率要求。地下室外墻應進行裂縫寬度計算，裂縫寬度不得大于0.2mm 且不得貫通。

4. 底板

同外墻一樣，底板除滿足受力要求外，還要滿足地下室抗滲、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取40 ～ 60cm，配筋率一般取0.25%。地下室底板標高變化處應根據實際情況設置梁，梁寬不宜小于底板厚度，還應計算板的支座彎矩傳遞到梁所需的抗扭鋼筋。樁箱、樁筏基礎的地下室底板也是樁承臺，還要滿足沖切、剪切、抗彎、局部受壓等要求。

5. 抗浮、抗滲及控制措施

南方地區地下水位一般較高，地下室結構設計中應特別注意只有地下室部分和地面上樓層不多時的抗浮計算，采用樁基時應計算樁的抗拔承載力。板、覆土的自重對結構有利，根據（荷載規范）計算強度時，荷載分項系數應取1.0。計算抗浮時，荷載分項系數應取0.9。地下水位及其變幅是地下室抗浮設計重要依據，實際設計時往往只考慮正常使用極限狀態，對施工過程和洪水期重視不足，造成施工過程中由于抗浮不夠出現局部破壞。實際中，同一整體大面積地下室上往往建有多棟高層和低層建筑，局部上方可能沒有建筑，而地下室面積大。形狀又不規則，抗浮問題相對比較難處理，須作細致分析。另外，斜坡道也應進行抗浮驗算，其與主體連接處應作處理。

地下室結構設計除應滿足受力要求外，抗滲也是其中一個重點。由于鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，要達到抗滲目的，一般可采取以下措施：①補償收縮混凝土。在混凝土中摻入UEA、HEA 等微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時，即可控制裂縫。②膨脹帶。混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會完全補償混凝土的早期收縮變形，而設置補償收縮混凝土帶可以實現混凝土連續澆注無縫施工。根據工程實踐，一般超過60m 設置膨脹加強帶。③后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛應用。

6. 保護層和墊層厚度

按《地下工程防水技術規范》（GB50108-2008）要求，地下工程防水混

凝土底板混凝土墊層不應小于C15 厚度不應小于100mm，軟弱土層中厚度不應小

于150mm。防水混凝土結構厚度不應小于250mm。地下工程防水混凝土迎水面鋼筋

保護層厚度不應小于50mm。

結語

綜上所述，高層民用建筑的地下室結構設計是一項工作量巨大的且難度較大的工程，為了更好的滿足人們對于高層民用建筑的地下室的需求，這就要求在設計過程中，要嚴格遵守建筑設計行業的相關規范制度，以加強高層民用建筑的地下室結構質量為首要任務，同時全面統籌和考量設計過程中影響地下室結構的因素，有效解決設計過程中遇到的問題，從而確保高層民用建筑的質量。

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