高层建筑地下室结构设计须注意的若干问题

谢勇高

摘要：高层建筑地下室在整个建筑工程项目建设之中占据着重要的位置。如果出现设计不够合理的情况就会给建筑工程带来严重的隐患。基于建筑工程的地下室建设受到很多因素的影响，结构师需要做好高层建筑地下室方面的结构设计，深入的探讨和详细的受力分析。

关键词：高层建筑地下室；结构设计；分析

伴随着对城市的地下空间使用的逐渐增多，地下室在整个建筑工程之中起着重要的作用，尤其是在一些高层建筑地下室之中。对于地下室的建设，需要投入的费用方面有更高的需求。高层建筑地下室工程建设比一般的地上建筑更有难度，因为地下的环境具有不稳定性，有很多不确定性因素，如地下室的抗浮、地基不均匀沉降、地下室顶板混凝土养护不好而开裂等情况都会对地下工程构成影响。如果在设计和施工之中没有做好对这些因素的考虑，就可能给地下室建设带来隐患。因此，对于地下室的设计和施工，须对相关资料深入研究，严格按照现行国家设计规范设计，保证地下室结构经济合理、安全可靠。

一.上部结构嵌固部位的选取

上部结构的嵌固部位的选取，影响到整个结构的计算模型。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（以下简称《高规》）中5.3.7条的要求，只有当地下一层与首层侧向刚度比不小于2时，地下室顶板才可作为上部结构嵌固部位，而计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外外扩不超过三跨的地下室范围。对于大底盘多塔楼结构，宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计。

但有些建筑结构限于条件，很难满足地下一层与首层侧向刚度比要求。根据《高规》对“多塔楼结构”术语的条文说明解释，一般情况下，在地下室连为整体的多塔楼结构可不作为本规程第10.6节规定的复杂结构，但地下室顶板设计宜符合本规程第10.6节多塔楼结构设计的有关规定。言下之意，地下室连为整体的多塔楼结构，地下一层与首层侧向刚度比不满足不小于2的要求时，嵌固部位可选在底板，但顶板要满足《高规》10.6节的构造要求。

二.现浇梁板式地下室顶板设计须注意的问题

地下室顶板的混凝土强度等级不宜低于C30，也不宜高于C40。

普通地下室顶板厚度不宜小于160mm，作为上部结构嵌固部位的地下室顶板不应开大洞，厚度不宜小于180mm，应双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。而根据《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2001）第4.1.6-1条，防水混凝土结构厚度不应小于250mm，故建议纯地下室顶板（无上部结构的地下室范围）板厚取250mm。

地下室顶板消防车道荷载的取值是高层建筑地下室设计中需要高度重视的一个问题。在新荷载规范即《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）颁布前，各设计、施工图审查单位对消防车道的取值难以统一，给设计和审查带来很多不便。新荷载规范对此给出明确规定，下面以具体例子说明消防车道荷载的取值问题：

有一高层建筑地下室顶板结构，标准轴网8.1mx8.1m，现浇混凝土梁板结构，次梁为井字梁均匀布置，板跨度为2.7mx2.7m，覆土厚度s=1.5m。

查《荷载规范》表5.1.1项次8（1）得消防车标准值Pk=35KN/m2；

根据B.0.2条，板顶折算覆土厚s1=1.43stanθ=1.43x1.5xtan450=2.145m；

查表B.0.2，楼板跨度按3x3列，荷载折算系数为k=0.57+（0.67-0.57）x

（2.5-2.145）/（2.5-2.0）=0.641

考虑覆土厚度的折减后，消防车道荷载取值Pk=35x0.641=22.435，可取22.5 KN/m2；

计算地下室顶板消防车道范围的楼板配筋时，楼板的活荷载可直接取22.5 KN/m2。

根据《荷载规范》5.1.2条，当设计消防车道范围的梁、墙、柱时，上述取值还需乘以折减系数0.8，即22.5x0.8=18 KN/m2。

根据《荷载规范》5.1.3条，当设计基础时可不考虑消防车道荷载，这是因为消防车荷载标准值很大，但出现概率小，作用时间短。在基础设计时，根据经验和习惯，同时减少平时使用时产生的不均匀沉降，允许不考虑消防车道的消防车活荷载。

在此，笔者建议，考虑消防车道活荷载的存在，在设计地下室顶板楼板时采用，计算模型1（消防车道荷载取22.5 KN/m2），设计梁、墙、柱时采用计算模型2（消防车道荷载取18 KN/m2），设计基础时采用计算模型3（消防车道荷载按一般活荷载，或者取施工荷载即可）。

地下室顶板需采用双层双向配筋。当顶板为上部结构嵌固部位时，各层各方向配筋率均不应小于0.25%的配筋率。在一些荷载较大（比如消防车道范围、覆土较厚范围）或跨度较大的板，当贯通筋不足时板负筋需另外附加，附加负筋的间距宜取贯通筋间距的倍数，比如贯通筋间距为150mm时，附加负筋间距宜取150mm和300mm，以此类推。

高层建筑地下室不宜设置变形缝。当地下室长度超过伸缩缝最大间距时可每隔30～40m设置贯通顶板、底部及墙板的施工后浇带。后浇带可设置在柱间距三等分的中间范围内，其方向宜与梁正交，沿竖向应在结构同跨内。为避免主楼和纯地下室基础沉降不均匀，宜在主楼周边设置沉降后浇带。后浇带混凝土强度等级宜提高一级。

因纯地下室顶板有覆土厚、消防车道荷载大等特点，框架梁（WKL）的设计过程中，需要注意两个问题。一是框架梁端弯矩和剪力都比较大，此时可考虑在梁端竖向加腋，特别是消防车道范围的梁，可收到受力合理和经济效益的双重效果。二是次梁（井字梁或者十字梁）传给框架梁的集中荷载较大（特别是消防车道范围），检查框架梁在次梁两侧的附加横向钢筋（附加箍筋和吊筋）是否足够，在优先考虑附加箍筋的情况下还不足以承担时，增加吊筋的数量或直径。如果框架梁高度较大而影响建筑净高时，可考虑做反梁。

三.地下室墙柱设计须注意的问题

高层建筑地下室顶板为上部结构的嵌固部位时，地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。目前的计算程序（比如PKPM），在参数设置中指定地下室顶板为上部结构的嵌固部位时，程序能自动将地下一层柱纵向钢筋面积放大为地上一层对应柱纵向钢筋面积的1.1倍。当嵌固部位设置在地下室底板时，地下室柱和剪力墙的边缘构件纵向钢筋面积不小于地上一层即可。

带地下室的高层建筑，当地下室顶板为上部结构的嵌固部位时，地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下一层，地面以下结构的地震影响逐渐较小。因此主楼及主楼周边外延1～2跨的地下一层的抗震等级不能降低（按地上一层），地下一层以下的抗震构造措施的抗震等级可逐层降低，但不应低于四级；纯地下室部分抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。

高层建筑地下室外墙厚不宜小于250mm，混凝土强度等级取C30为宜，其竖向和水平分布钢筋应双层双向布置，间距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%。

结束语

本文从上部主体结构的嵌固端选取、地下室顶板的梁、板和墙柱等几个方面对高层建筑地下室的设计做了综合的考虑，目的是为了实现高层建筑地下室结构设计的安全性和经济效益。

参考文献：

[1]《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012

[2] 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010