高层民用建筑地下室结构设计分析

古 俊 东

(深圳市北林苑景观及建筑规划设计院有限公司，广东 深圳 518000)

高层民用建筑地下室结构设计分析

古 俊 东

(深圳市北林苑景观及建筑规划设计院有限公司，广东 深圳 518000)

介绍了地下室结构的设计难点，从荷载、顶板、外墙等方面，分析了高层民用建筑地下室结构的设计要点，并就抗浮、抗渗及控制的相关措施进行了阐述，对类似工程有一定的参考价值。

民用建筑，地下室，结构，顶板，外墙

在高层民用建筑地下室设置汽车停车位、地下消防水池和设备用房等，可以完全发挥好地下室的功用，同时经过设置基础埋深的相关要求，也可以将其中的停车场建成战争时代所用的人防地下室。所以，在对高层民用建筑地下室结构进行设计这一问题的研究与分析是极为重要的，本文就地下室在结构设计中遇见的几个常见问题进行简要探究。

1 地下室构造设计难点

地下室设计工程牵涉到错综复杂的专业：使用功能、防火、设备用房及管道、人防要求、排水、抗道、通风、采光等等，在设计建筑地下室结构时需要进行综合考虑以上这些专业的配合。在具备大底盘地下室的高层建筑群体中，抗浮问题虽一般不存在于使用阶段的塔楼部分，但却常会出现在裙房及纯地下室部分。而且往往对施工过程和洪水期注重较少，是由于在实际设计地下室抗浮问题上一般只会考虑正常使用极限状态，这也会因为抗浮不够导致施工过程中出现部分破坏；另外，地下室防水工程是一项关于设计、施工、选材等多项原因的系统性工程，从而使得地下室结构设计中出现众多难点。

2 对高层民用建筑地下室结构的设计分析

高层建筑地下室结构主要是由顶板、外墙、底板、荷载和出入口坡道等组成，对其设计也是从这几方面入手，战时用的人防地下室还需要对人防口部进行设计。

2.1 荷载

基于人防因素的核爆动荷载、水和土的压力、上部建筑和地下室的自重等等，以上这些都属于地下室结构荷载。根据地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了相关规范，依照这些结构特点，在防空地下室结构设计时，按照荷载的组合规范，对高层民用建筑地下室的每个部分参与结合的荷载主要有以下几个方面：

1)顶板：也就是顶板静荷载和核爆动荷载的标准值。

2)侧墙：横向是水和土所承受的压力、水平动荷载标准值(核爆动荷载所生成)；竖向是核爆动荷载标准值、静荷载标准值(顶板所输送)，仅关于局部剪力墙部位的上部建筑物自主标准值。

3)内承重墙(柱)：上部建筑物和内承重墙自重标准值，顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值。应由大荷载作为控制，对比平时各楼层的活荷载标准值与战时所增加的顶板核爆动荷载标准值之和。

4)基础：上部建筑物和地下室墙身各自的自重标准值，静荷载标准值(顶板传输)，核爆动荷载标准值(底板传输)。

2.2 顶板

在高层民用建筑的结构上部，要想更好地使其得到约束，约束支座地下室顶板的刚度则要大。通常来说，地下室顶板的厚度不能小于160 mm，尽量不要太薄。而如果是人防地下室顶板厚度，则在人防要求上满足一定的标准。

在进行高层民用建筑地下室结构上部的嵌固端的时候，需要在混凝土强度等级、楼板厚度、楼层侧向刚度和板配筋率等作具体的要求，这是依照GB 50011—2010建筑抗震设计规范进行的，且按规定在地下室层数方面不宜少于两层，规范还规定了在地下室楼层的顶楼盖上需要使用梁板结构。因此，高层民用建筑地下室层数或总层数、地下及基础埋深受以上因素的影响。在对地下室顶板或楼层的结构计算时，应往下算至符合嵌固端的要求，剪力墙底部加强区则需要由地面往上计算层数，同时应将地下层包含在内。

2.3 外墙

在对弯矩进行调幅时，使其成为固定支座的底部，也就是外墙的嵌固端的底板，同时还应考虑荷载分项系数、有多层地下室的因素，对其应按多跨连续进行计算，这以上几个因素在对地下室外墙计算也是需要考虑的；此外，对底板弯矩与相邻的侧壁底部弯矩也需要使其大小相等。地板的厚度和筋配量应匹配，同时其抗弯能力应不小于侧壁，最典型的是在地下车道中出现该类问题。在车道侧壁中，应使用悬臂的构建形式，而且其侧壁底部应高于底板的抗弯能力。在类似楼梯间等地面层的开洞位置，由于外墙顶部的可支撑楼板不够，因此实际上是需要将计算模型和配筋构造等因素包含在内的；一旦地下室外墙与车道紧紧相靠的时候，在外墙中部的位置，也就是车道的底板上，将会作用于外墙承受的水平集中力，这方面是应当格外注意的。由于上述两种情况中出现不同的外墙支承条件，这就使得在计算与设计上应与一般外墙不同。当顶板的高标不同时，对于外墙上部支座水平力的传递问题则应提高警惕。

以双向板计算配筋，是在出现外墙扶壁柱截面尺寸较大之时或垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连接的外墙板块的情况下，除此之外其余外墙则应按竖向单板计算配筋。对于以下方面则要予以适当加强：一是针对外墙挂壁内外侧的主筋，也就是外墙的转角位置，由于竖向荷载比较小，但外墙的水平分布筋需要利用扶壁柱的截面尺寸，还需要使配外侧附加短水平负筋进行加强，计算好地下室外墙的裂缝宽度，并使这一宽度不大于0.2 mm，且不得贯通。

2.4 底板

在满足跟外墙一样的受力要求的同时，底板还需要在高层民用建筑地下室防水、抗渗方面进行满足。因而，通常来说地下室底板厚度大小一般在40 cm～60 cm之间，并采取0.25%的配筋率。这在实际上，对于地下室底板的标高变化应 设置梁，而且底板的厚度应大于宽度，对板的支座弯矩进行传递到梁所要的抗扭钢筋进行科学计算。

2.5 对于抗浮、抗渗及控制的相关措施

在高层民用建筑地下室结构设计中，南方地区的地下水位一般比较高，应对抗浮计算需要注意地下室部分和地面楼层不多的情况，如果需要采用桩基，则应计算桩的抗拔承载力。对于板和覆土的自重，需要有利于地下室的结构，且荷载分项系数根据(荷载规范)计算强度时应取1.0；而荷载分项系数在计算抗浮时应取0.9。地下室抗浮设计将抗浮实际设计地下水位及其变幅作为重要依据，通常没有加强对施工过程和洪水期的重视，只考虑正常使用极限状态，这就使得由于抗浮不够在施工过程中出现局部破坏。在现实情况中，多栋高层和低层建筑常建于统一整体大面积地下室，局部地下室上方可能出现无建筑的情况，而在抗浮问题上对于形状不一、面积较大的地下室处理起来并不简单，需要进行具体的分析。

除了满足受力要求，抗渗也是地下室结构设计的一大重点。为了达到抗渗效果，常带裂缝工作的钢筋混凝土结构一般采取的措施有：

一是补偿收缩混凝土，即将UEA,HEA等微膨胀剂掺入混凝土中，并使混凝土膨胀值与其最终收缩值进行抵消；为控制裂缝，则需要在其差值出现不小于混凝土的极限拉伸的情况下便可进行。

二是使用膨胀带，一般而言，混凝土变形是由于其早期收缩的变形得不到完全的补偿，所以在为混凝土实现连续浇筑无缝施工时，应对混凝土带进行补偿收缩的设置，这需要在工程实践一般在超过60 m的情况下实施。

三是使用后浇带，在早期短时期混凝土释放约束力时，后浇带是一种技术措施，而不断改进的较长久性变形缝已经得到了广泛应用。

四是提高对钢筋混凝土的抗拉能力。增加考虑混凝土相关的抗变形钢筋，例如为强化混凝土面层而增加侧壁的水平温度筋；为减弱受底板和顶板约束所造成的侧壁混凝土胀缩一致而设一道水平暗梁抵抗拉力于墙体中部。另外，对混凝土的养护也有一定的关注。

3 结语

高层民用建筑地下室的结构设计这一过程相当复杂，建筑物的正常使用和工程造价直接受到高层建筑上部荷载是否够大、基础埋深是否够深、地下结构设计是否合理等等这些方面影响。因此，不但要在设计阶段满足功能需求，使其安全可靠、经济科学，还要为确保正常使用而满足地下室结构抗渗这一特殊要求。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] GB 50009—2001，建筑结构荷载规范[S].

On analysis of basement structural design of high-rise civil buildings

Gu Jundong

(ShenzhenBeilinyuanLandscapeandArchitecturalPlanning,DesignandResearchInstitute,Shenzhen518000,China)

The paper introduces the design difficulties in the basement structure, analyzes the design points for the basement structure of the high-rise civil building from the loading, roof panel and exterior walls, and illustrates the related measures for the anti-floating, anti-seepage, and control, so as to provide some reference for similar projects.

civil building, basement, structure, roof panel, exterior wall

1009-6825(2017)21-0041-02

2017-05-17

古俊东(1990- )，男，助理工程师

TU312

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