淺談現(xiàn)代高層建筑地下室設(shè)計

陳小聰

（廣州市番禺城市建筑設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 511400)

1 地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

地下室的外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，應(yīng)按水、土壓力驗算，在設(shè)計時應(yīng)注意以下要求：

1.1 荷載

地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、側(cè)向土壓力和人防等效靜荷載。在實際工程設(shè)計中，豎向荷載及風(fēng)荷載或地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力一般不起控制作用，墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產(chǎn)生的彎矩確定，而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用，僅按墻板彎曲計算彎曲的配筋。

1.2 靜止土壓力系數(shù)

靜止土壓力宜由試驗確定，當(dāng)不具備試驗條件時，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7。

1.3 地下室外墻的配筋計算

實際設(shè)計時，在外墻的配筋計算中，對于帶扶壁柱的外墻，不是根據(jù)扶壁柱的尺寸大小進行計算，而是均按雙向板計算配筋；扶壁柱則按地下室結(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)果進行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。根據(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，這種設(shè)計將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。因此，在計算地下室外墻的配筋時，對于垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大的外墻板塊，如高層建筑外框架柱之間，按雙向板計算配筋為宜，其余的宜按豎向單向板計算。

對豎向荷載較小的外墻扶壁柱，其內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強。外墻的水平分布筋應(yīng)根據(jù)扶壁柱截面尺寸的大小，適當(dāng)?shù)嘏湟酝鈧?cè)附加短水平負筋加強，外墻轉(zhuǎn)角處也應(yīng)適當(dāng)加強。地下室外墻計算時底部為固定支座（即底板作為外墻的嵌固端），側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩相等，底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁的抗彎能力，其厚度應(yīng)與配筋量相匹配，并且此時底板內(nèi)側(cè)梁上的豎向荷載應(yīng)適當(dāng)加強，以保證梁受力安全。這種情況在地下車道中最為典型，車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁底部的抗彎能力。

由于地下室外墻設(shè)計時實際情況的多樣性，設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)具體情況進行的受力分析，從而設(shè)計才為合理。

2 地下室抗浮設(shè)計

當(dāng)?shù)叵滤惠^淺時，則純地下室有可能會有抗浮不滿足要求的問題，特別是現(xiàn)在由于在城市中車位緊張，有些設(shè)計方案采用的多層地下室的做法。地下室的抗浮設(shè)計一般分為整體抗浮計算和地下室底板抗浮設(shè)計部分。

2.1 對地下室的整體抗浮問題，一般采用以下措施：

2.1.1 盡量提高地下室的地板標(biāo)高，使抗浮力減小，即在設(shè)計允許的情況下，盡可能提高基坑坑底的設(shè)計標(biāo)高，間接降低抗浮設(shè)防水位。樓蓋提倡使用寬扁梁或無梁樓蓋。一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/22～1/16，寬扁梁的使用將有效地降低地下結(jié)構(gòu)的層高，從而相對降低了抗浮設(shè)防水位。

2.1.2 增加地下室頂板覆土厚度?，F(xiàn)在一般由于地下室頂板園林綠化的要求，一般來說地下室頂板有1.0m～2.0m的覆土，覆土厚度增加了，整個地下室的整體抗浮就能滿足設(shè)計要求，此情況下在設(shè)計圖紙時應(yīng)注明地下室頂板的最小覆土厚度，并且要求在相應(yīng)的覆土厚度施工前不得停止施工過程中地下室的降水，否則將會導(dǎo)致地下室“上浮”。

2.1.3 增加地下室基礎(chǔ)或底板上的配重。此種方法一般來說采取增加基礎(chǔ)底板的厚度、增加基礎(chǔ)頂面覆土厚度、基礎(chǔ)頂面采用容重大且價格低廉的填料三種方法。此種方法也能解決地下室整體抗浮的要求。

2.2 地下室底板的抗浮設(shè)計問題。在滿足地下室的整體抗浮設(shè)計的前提下，地下室底板的抗浮設(shè)計主要指底板的梁板配筋。此時底板的配筋應(yīng)同時滿足兩個方向的作用力，垂直地下室底板向下的滿足地下室正常使用功能荷載（如用作車庫或其他使用功能）的設(shè)計要求；垂直地下室底板向上的抵抗地下水浮力的設(shè)計要求。地下室底板的梁板設(shè)計取這兩種設(shè)計荷載下的包絡(luò)配筋。

2.2.1 上述“第2.1中第（1）條”中，提高的底板的標(biāo)高，相對降低了抗浮設(shè)防水位，降低了地板的配筋，比較經(jīng)濟。

2.2.2 上述“第2.1中第（2）條”中，增加地下室頂板覆土厚度對地下室底板的配筋設(shè)計沒有直接影響。

2.2.3 上述“第2.1中第（3）條”中，增加地下室基礎(chǔ)或底板上的配重，使配重與地下水浮力作用部分抵消，有效的減小了垂直地下室底板向上的抵抗地下水浮力的設(shè)計要求；但同時增加了垂直地下室底板向下的配重荷載；故此種情況對地下室的底板的配筋需要按情況計算進行比較其經(jīng)濟性。

3 地下室不均勻沉降問題。

現(xiàn)在越來越多的主樓和裙樓相連的情況，對此一般有以下幾種處理方法：

3.1 裙房和高層建筑之間設(shè)沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，有效的避免了由于不均勻沉降產(chǎn)生的內(nèi)力。但實際上這樣做，給建筑的立面處理、地下室的防滲漏、基礎(chǔ)的埋置深度和整體穩(wěn)定等帶來很多困難。

3.2 裙房和高層建筑之間不設(shè)沉降縫，采用端承樁，將樁端置于堅硬的基巖或砂卵石層上。讓裙房和主樓的沉降均保持很小，這樣，既滿足了地基承載力要求，又避免了明顯的沉降差。但這種方法基礎(chǔ)材料用量多，不經(jīng)濟。

4 高層建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震等級確定

4.1 當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時，地下一層的抗震等級應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下抗震等級可逐漸降低一級；對于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)建筑，6、7度時不宜低于四級，8度時不宜低于三級，九度時不宜低于二級；對于重點設(shè)防類(乙類)建筑，6度時不宜低于四級，7度時不宜低于三級，8度時不宜低于二級，9度時應(yīng)專門研究。地下室中無上部結(jié)構(gòu)部分，可根據(jù)具體情況采用三級或四級。除九度外，上部結(jié)構(gòu)以外范圍較大的地下室結(jié)構(gòu)可采用三一四級。

4.2 當(dāng)?shù)叵率也荒茏鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端而需嵌固在地下其它樓層時，實際嵌固部位所在樓層以及以上的地下室樓層 (與地面以上結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的部分)的抗震等級，可取為與地上結(jié)構(gòu)相同。嵌固部位以下可按上述(1)采用。

結(jié)語

地下室的設(shè)計應(yīng)遵循安全、適用和合理的原則，安全是合理設(shè)計的前提。地下室往往作為高層上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，地下室的外墻剛度大，結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）來保證其剛度，平面上盡量保持剛度均勻，各層板包括頂板的厚度應(yīng)該滿足各設(shè)計規(guī)范的要求，盡量能使得地下室的整體性加強。

[1]建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB 50011-2010）.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）.中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]馮雪.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].民營科技，2011，(07).

[4]周鳳興.淺談高層建筑地下室設(shè)計及處理方法[J].今日科苑，2010，(10).