对高层建筑地下室结构设计问题的几点思考

闫智勇

摘 要：随着经济社会的不断发展和满足人们对增加高层建筑有效面积的强烈要求，现在很多高层建筑都设有地下室。但是由于相当多的地下室没有满足人们多方面的要求和期望，所以导致很多人很渴望拥有既能满足功能需求，又比较经济、安全、可靠的地下室。文章着重讲述高层建筑中地下室设计的常见问题。

关键词：高层建筑；地下室设计；结构

近年来，我国经济已进入了快速发展期，城市住宅区、商业建筑以及高层、超高层建筑日益增多。建筑一般都会涉及一层或多层地下室，一方面，是为了满足建筑功能和基础埋深的需要，另一方面，平时可以用作车库、商业用途或设备用房，在发生战争时又可以用作人防设施。建筑地下室的工程设计荷载普遍较大，对防水抗裂的要求就比较高，因此，其工程造价也相对较高，通常占全部工程项目造价的比重就相对较大。因为影响地下室结构设计的因素有很多，在设计的过程中要综合考虑的技术问题也很多，例如，地下室抗浮、不均匀沉降等问题，都是使得在建筑结构设计中，地下室结构设计起着非常重要作用，绝不能忽视，一旦在设计过程中出现问题，那么将会给整个建筑带来严重的隐患。

1 地下室结构设计难点

地下室的结构设计复杂，设计范围很广，特别是结构设计要综合考虑多个因素，如防火、坑道、通风、采光、人防要求、使用功能、排水等。在建筑高层地下室长度超出设计规定长度时，就需要在进行结构设计的过程中结合建筑结构设计专业，最终确定是否还要设置变形缝，从一般情况来看下应该少设或不设置变形缝，这样做的原因是，设置变形缝会导致建筑的防水处理工程变得更加复杂。此外，对于具有大底盘地下室高层建筑群来说，高层建筑的塔楼部分在使用阶段一般不存在抗浮的问题，但是高层建筑地下室经常会存在抗浮也不能达到要求的问题。同时，因为在进行高层建筑地下室抗浮实际的过程中，一般只会考虑地下室正常使用的极限状态，而对于建筑施工过程以及洪水期的重视不够，从而导致了在高层建筑施工过程中，会出现因抗浮能力不够而造成的局部破坏现象发生。地下室顶板是人防工程的重要部位，需要考虑组合核爆炸力等效静荷载因素；侧墙也需要考虑侧向土、水的水平作用组合。简而言之，高层建筑地下室防水工程是一项系统性的基础工程，所涉及的因素很多，如施工、设计和材料选择等因素，所以，造成地下室结构设计难点众多的原因概括起来有以下几个方面：抗震设计、地下室抗浮、抗渗设计、结构平面设计和外墙结构设计等。

2 高层建筑地下室结构设计的问题及解决方案

2.1 地下室层高问题

地下室结构设计通常是在确定建筑方案之后进行的，因此不可能再对建筑做大幅度的改变和调整。一般层高是可以调整的。地下室层数的多少直接影响到整个建筑的建造，因为地下室的层数影响到降水要求、土方开挖、基坑支护、抗浮水位以及施工工期等。因此一般高层建筑地下室的设计人员会把层高压得很低，而提高地下室頂板结构的最低点是缩短地下室净高的最有效的方法。针对此问题的一般处理方法是顶板楼板采用无梁楼盖、预应力空心楼板或宽扁梁等。然而当地下室的顶板本设计为无梁楼盖时就不应该将其作为上部结构的嵌固部位。在建筑结构计算中应计算到满足嵌固端要求的地下室层数或底板，但在计算剪力墙底部加强区的层数应该从地面往上算起，并且应该包括地下室部分。在合理布置柱网时，可以通过对地下室的建筑的布置作合理的调整来减少地下室的净高。这些都是对减少地下室造价起着很大的作用，但是这些也是设计人员通常会忽略的一部分。

2.2 抗浮问题

当地下水的水位较浅或高层建筑地下室埋藏较深时，地下室部分及裙房可能会出现抗浮不满足要求的问题。当出现这类情况时，应采用以下几种措施：

（1）在设计允许的基础上，提高基坑坑底的设计高度，进而将抗浮设防水位降低。当前，我国高层建筑基础底板一般都采用梁板式筏板基础或者平板式筏板基础。在通常情况下，二者的填覆土质量与重量基本相当，但是梁板式筏板基础高度要比平板式筏板基础高，当保证基顶标高同定的情况下，前者的基础埋深要大于后者的埋深。因此相对使抗浮水位提高，故平板式筏板基础对降低抗浮水位更有利。

（2）一般建设高层楼房时建议采用无梁楼盖或者宽扁梁。通常情况下，宽扁梁的截面高度是跨度的百分之六左右，宽扁梁会可以降低地下结构的层高，从而进一步降低抗浮设防水位。

（3）在解决地下室抗浮问题的过程中，最为直接的方法就是在增加地下室重量的同时，增加地下室的标准层高，但这种方法一般还要考虑地基土的承载能力。通常采用增加基础负重和增加地下室底板厚度来有效增加地下室重量，从而解决抗浮问题。

（4）通过设置抗拔桩解决抗浮问题。该方法一般应用在裙楼等地下室上部建筑层数不多的部分。此外，特别需要考虑到的问题就是抗浮地下水位的确定。在高层建筑地下室抗浮设计中的重要因素之一就是地下水水位及其变幅，在进行高层建筑地下室抗浮实际施工的过程中，一般只会考虑地下室正常使用的极限状态，而对于施工过程以及洪水期的重视不够，从而导致在施工过程中，出现因抗浮能力不够而造成局部破坏的现象。

2.3不均匀沉降问题

（1）裙房与高层建筑之间设置沉降缝，使每个部分自由沉降，互相不影响，还可以避免由于不均匀沉降原因所产生的内力，但在实际上，这样做会给地下室的防渗漏、建筑的立体处理、整体稳定和基础的埋置深度带来诸多困难。

（2）高层建筑和裙房之间采用端承桩，将端承桩设置在坚硬的基岩上。但是这种方法耗费大量的基础材料，不经济。

2.4 裂缝及控制问题

由于受到地下室结构本身和基坑边壁等因素的影响和约束，地下室的外墙混凝土极易出现收缩现象，因此，地下室的外墙裂缝宽度通常要控制在0.2毫米以内，另外，要根据裂缝的宽度验算来控制配筋量。在建筑工程中有许多设计是将地下室防水结构的构件计算弯矩调幅、有的未考虑荷载分项系数、多层时未按多跨连续计算、有的下端按铰接，高层建筑地下室外墙在计算过程中漏掉抗裂性验算，地下室底板和外墙连接的构造不是很合理，建筑物超长未留置后浇带或设缝，外墙施工缝或者后浇带详图没有交代，后浇带的位置设置不恰当，室外出入口与主体结构相连处没有设置沉淀缝等，会导致违反设计规范，并且会产生地下室渗透现象的发生。由于高层建筑地下室的整体超长，在设计上应采取相应的技术手段，有效防止建筑裂缝的不断扩大，应采取的主要措施有补偿收缩混凝土，即在混凝途中掺入UEA、HEA等微膨胀剂；膨胀带，由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿；后浇带，作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施。

3 结束语

总之，对高层建筑地下室的结构设计进行探究具有十分重要的意义。作为设计人员必须着力不断提高自身的专业技术水平，精心设计地下室荷载，顶板、外墙、底板等结构和结构的抗浮、抗渗的设计工作，只有这样才能全面提高结构的安全性能，为工程质量的提升奠定坚实的基础，为人民的生命财产安全保驾护航。

参考文献

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