高层建筑地下室结构设计问题探讨

白翔

摘 要：随着高層建筑的快速发展，建筑的质量问题越来越重要，所以在建筑结构设计方面要加大力度。由于高层建筑在单位面积上所承受的压力荷载较大，所以对于地下室的结构设计有较高的要求，地下室的质量直接关系到整个高层建筑的质量。在地下室结构设计中，应该做好地质勘察工作，在进行可行性论证后，采用科学合理的方法来进行设计。文章对于高层建筑地下室结构设计的相关问题进行了分析，对于提高建筑质量具有重要的意义。

关键词：高层建筑；地下室结构设计；问题

引言

随着城市化建设进程的加快，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。

1 地下室结构平面设计问题

在地下室的结构设计中，需要考虑的问题非常多，尤其是平面设计方面，不仅要考虑到防火的措施，同时对于管道的布置和排水工程都要有详细的设计方案。由于地下室需要承受的压力荷载较大，并且还要受到来自地下环境的影响，所以对平面设计提高了难度。其中的变形缝设计是平面设计中的重要内容，为了减少建筑施工后由于温度和施工材料等因素而产生的变形，要做好变形缝处理。但是在地下室的变形缝设置对于防水工程有所影响，所以一般很少会设置变形缝。为了获得相同的效果，可以设置后浇带、地上设缝或者是混凝外加剂的方式来取代变形缝的功能。如果使用以上方法还无法解决问题，则需要从地下室的平面布局方面入手。可以将地下空间分割成若干个小的空间，然后在通道上设置变形缝，这种方法不仅减少了变形缝的数量，并且在受力方面也有所降低，减少事故的发生几率。由于地下室的结构部位比较特殊，所以在采光通风井方面的设计也非常重要，对于地下室的抗渗性以及埋深的需求和抗震性等都有很大的影响。

2 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。

2.1 静止土压力系数

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。

2.2 荷载

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。

2.3 地下室外墙的配筋计算

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。在计算地下室外墙时底部支座应固定，并且它的厚度要和配筋量匹配。侧壁的抗弯能力比底板的大，而弯矩则和底板相等。

3 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。

4 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。

5 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。

6 结束语

地下室是高层建筑中的重要组成部分，其结构设计的质量对于整个建筑的质量具有重要的影响，其不仅需要承受来自上部的压力荷载，同时还需要承受地下环境的影响。在地下室的结构设计中，需要全面的考虑问题，不仅要考虑到地下室使用功能的正常发挥，同时还要在抗震性、抗渗性以及通风排水方面的设计，提高地下室结构设计的质量。随着建筑业的不断发展，结构设计师要不断的提升自己的设计水平，要敢于创新、勇于尝试，将新材料、新技术应用于地下室结构设计中，提高地下室结构设计的质量，为建筑业的发展创造有利的条件。

参考文献

[1]陈远森.浅议高层建筑地下室结构设计中应注意的几个问题[J].黑龙江科技信息，2008（29）：276.

[2]陈璋.高层建筑地下室结构设计常见问题分析[J].中国高新技术企业，2009（12）：151-152.

[3]徐氢清.高层建筑超长地下室结构设计的若干问题[J].科技创业家，2012（10）.