對高層建筑地下室結構設計問題的幾點思考

郝雙艷

摘要：我國高層建筑地下室設計結構設計目前還存在諸多問題，由于設計存在不足，導致地下室使用不夠方便，容易出現結構問題，因此，本文對高層建筑地下室結構的設計進行分析很有意義。

關鍵詞：高層建筑;地下室;結構設計;設計問題

高層建筑成為建筑業發展的主要趨勢，并且逐漸向地下延伸，地下室成為建筑發展的又一空間領域。高層建筑本身對地基的建設質量就有非常高的要求，而地下室作為功能性建筑，在發揮正常功能的基礎上，還需要承擔來自地面的壓力荷載。由此地下室的結構設計成為整個建筑中的重要組成部分，在地下室結構設計中，應該提高平面、外墻、頂板等部位的質量，并且要注意在抗震性、抗滲性等方面提高性能，保證地下室結構設計的質量，為高層建筑的順利施工打下堅實的基礎。

一、地下室結構平面設計問題

在地下室的結構設計中，需要考慮的問題非常多，尤其是平面設計方面，不僅要考慮到防火的措施，同時對于管道的布置和排水工程都要有詳細的設計方案。由于地下室需要承受的壓力荷載較大，并且還要受到來自地下環境的影響，所以對平面設計提高了難度。其中的變形縫設計是平面設計中的重要內容，為了減少建筑施工后由于溫度和施工材料等因素而產生的變形，要做好變形縫處理。但是在地下室的變形縫設置對于防水工程有所影響，所以一般很少會設置變形縫。為了獲得相同的效果，可以設置后澆帶、地上設縫或者是混凝外加劑的方式來取代變形縫的功能。如果使用以上方法還無法解決問題，則需要從地下室的平面布局方面入手。可以將地下空間分割成若干個小的空間，然后在通道上設置變形縫，這種方法不僅減少了變形縫的數量，并且在受力方面也有所降低，減少事故的發生幾率。由于地下室的結構部位比較特殊，所以在采光通風井方面的設計也非常重要，對于地下室的抗滲性以及埋深的需求和抗震性等都有很大的影響。

二、地下室外墻的結構設計問題

地下室結構設計的重中之重是地下室外墻的設置，需特別注意。

（一）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。

（二）地下室外墻的配筋計算

實際設計應用時，在帶扶壁柱的外墻配筋計算方法是按雙向板計算配筋，而不是根據扶壁柱的尺寸大小來計算。而扶壁柱不是按外墻雙向板傳遞荷載算其配筋，而是根據地下室結構的整體電算分析結果來配筋。這樣設計會使外墻豎向受力筋配筋偏少、扶壁柱配筋不足，而外墻的水平分布筋過多。在計算地下室外墻的配筋時，除了垂直于外墻方向部分有鋼筋混凝土，內隔墻之間有相連的外墻板塊或者扶壁柱橫截面積較大的外墻板塊需要用雙向板計算之外，其他形式的外墻通常都按豎向單向板計算配筋。豎向載荷小的外墻扶壁柱，無論是外墻轉角處還是內外側的主筋部分都需做適當的加強。扶壁墻的截面積的大小則是界定外墻水平分布筋的依據。在計算地下室外墻時底部支座應固定，并且它的厚度要和配筋量匹配。側壁的抗彎能力比底板的大，而彎矩則和底板相等。

三、地下室頂板的結構設計問題

地下室頂板作為高層建筑上部結構的一個水平約束支柱，其厚度有一定的要求，一般厚度要大于160mm，如若是人防地下室還需滿足其他要求。地下室的頂板剛度的要求受上部結構的影響，上部結構的約束越大，地下室頂板的剛度越大。《建筑抗震設計規范》明確規定地下室頂板作為上部結構的嵌固端時，其厚度要大于180mm，而且對混凝土的剛度等級、板的配筋率、樓層側向的強度等都有具體的要求，并且澆灌時要用現澆梁板結構，同時還要求地下室頂板若有洞口不能過大。這些都說明高層建筑總深度的計算和地下室層數的限定不僅由地基基礎埋深決定還受很多其他方面的影響。在結構計算嵌固端的要求時不同部位計算方法有所不同：在計算地下室層數或者底板時應從上往下算直至滿足要求，而在剪力墻底部加強區的層數計算時要包括地下層，并且是從下往上算的。地下室頂板不是所有情況都可以作為上部結構的嵌固部位，當出現一下情況時不能作為上部結構的嵌固部位：1）頂板為無梁樓蓋;2）頂板由于內外板的標高超過了梁高的變化范圍形成錯層。

四、地下室抗震設計問題

高層建筑的抗震性能好壞與否與地下室的設計關系重大。提高高層建筑的抗震要求，地下室與地上部分的筑墻必須相一致。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時，其層數可不予考慮，這時算高度時才可從上部地面開始算。為了提高抗震性能，頂板必須要求可作為上部結構的嵌固部位。若地下室頂板為無梁樓蓋和頂板內外板標高超過梁高變化引起錯層這兩種情況時，必須進行一定的處理使其能夠作為上部結構的嵌固部位。

五、地下室抗滲設計問題

由于地下室的施工位置比較特殊，需要在地下進行，在地勢較低的情況下，對于結構設計的抗滲性有較高的要求。在地下室施工中，施工材料雖然具有一定的抗滲性特點，但是還不是很完善，一旦混凝土出現裂縫，將會對地下室結構的穩定性造成影響，進而威脅到地下室的安全性。所以在地下室結構設計中應該充分的考慮到抗滲性的特點，可以在混泥土中添加膨脹劑，利用膨脹變形來防御裂縫的出現。此外，還可以提高鋼筋混凝土的抗拉能力。混凝土應考慮增加抗變形鋼筋，如側壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強化作用;側壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設一道水平暗梁抵抗拉力。當然，在采取以上措施時，同時要注意混凝土的養護。

六、結語 ：

高層建筑地下室的結構設計是一個極其復雜的過程。高層建筑上部荷載大，基礎埋深較深，地下室結構設計的合理與否將直接影響到建筑物的正常使用和工程造價。所以，在設計階段既要滿足功能要求、安全可靠、經濟合理，又要滿足地下室結構抗滲這一特殊要求，以保證其正常使用。

參考文獻：

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