高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計探究

摘要：高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要，它直接影響到建筑物的正常使用和工程造價。本文主要針對荷載、頂板、外墻、底板等等幾個方面簡要地分析了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題，對地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：高層建筑 地下室 結(jié)構(gòu)

一、引言

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，現(xiàn)今的高層建筑日益增多，在城市工程建設(shè)中出現(xiàn)了非常多的地下室和地下車庫。將高層建筑的設(shè)備用房、地下消防水池和汽車停車位等等設(shè)置在地下室，不僅能夠充分地發(fā)揮地下室的作用，而且又滿足了基礎(chǔ)埋深的要求，同時地下停車場還可以用作人防地下室，以滿足戰(zhàn)時需要。因此，在高層建筑的設(shè)計中，如何合理地設(shè)計地下室的結(jié)構(gòu)這個問題顯得異常重要，現(xiàn)簡要地探討地下室在結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的幾個問題。

二、高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計方案

高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括外墻、頂板、底板及基礎(chǔ)、出入口坡道、樓梯等，如果是人防地下室，包括人防口部設(shè)計。

1.荷載

地下室結(jié)構(gòu)荷載包括核爆動荷載（考慮人防）、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及地下室自重等。規(guī)范給出了防空地下室不同部位應(yīng)考慮的荷載組合，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可依各工程的結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)規(guī)范要求進行荷載組合，地下室各部位參與組合的荷載分別為：頂板：頂板核爆動荷載標準值，頂板靜荷載標準值。側(cè)墻：豎向：頂板傳來的核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重標準值（僅有局部剪力墻部位）；外墻自重標準值：橫向：核爆動荷載產(chǎn)生的水平動荷載標準值、土壓力、水壓力。內(nèi)承重墻（柱）：頂板核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重，內(nèi)承重墻自重標準值。應(yīng)對比戰(zhàn)時所增加的頂板核爆動荷載標準值與平時各樓層的活荷載標準值之和，由大的荷載起控制作用?；A(chǔ)：底板核爆動荷載標準值，上部建筑物自重標準值，頂板傳來靜荷載標準值，地下室墻身自重標準值。防空地下室進行荷載組合時，主要解決核爆動荷載作用下如何確定同時存在的靜載問題。

2.頂板

地下室頂板是高層建筑上部結(jié)構(gòu)的一個水平約束支座，其剛度越大，對上部結(jié)構(gòu)的約束作用越好。因此，地下室頂板厚度不能太薄，一般取≥160mm。人防地下室頂板厚度還要滿足人防要求。根據(jù)（建筑抗震設(shè)計規(guī)范）GB 50011-2010，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，對樓板厚度、混凝土強度等級、板配筋率、樓層側(cè)向剛度等都有具體要求。且地下室層數(shù)不宜少于兩層。規(guī)范還明確規(guī)定，作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)。這意味著高層建筑地下室層數(shù)或總深層不僅僅由地基基礎(chǔ)埋深決定，還必須考慮上述因素。結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)往下算至滿足嵌固端要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強區(qū)層數(shù)應(yīng)從地面往上算，并應(yīng)包括地下層。當出現(xiàn)以下情況時，地下室頂板不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位：

⑴頂板室內(nèi)外板面標高變化超過梁高范圍形成錯層，且未采取措施；

⑵頂板為無梁樓蓋。

3.外墻

地下室外墻計算時應(yīng)進行彎矩調(diào)幅，底部為固定支座（即底板作為外墻的嵌固端）、考慮荷載分項系數(shù)、有多層地下室時應(yīng)按多跨連續(xù)計算，側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣。底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁，其厚度和配筋量應(yīng)匹配，這類問題在地下車道中最為典型。車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁底部。地面層開洞位置（如樓梯間）外墻頂部無樓板支撐，計算模型和配筋構(gòu)造均應(yīng)與實際相符，車道緊靠地下室外墻時，車道底板位于外墻中部，應(yīng)注意外墻承受車道底板傳來的水平集中力作用。以上兩種情況中，由于外墻支承條件不同，計算與設(shè)計不能與一般外墻相同。當頂板不在同一標高時，應(yīng)注意外墻上部支座水平力的傳遞問題。

除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（如高層建筑外框架柱）之間外墻板塊按雙向板計算配筋外（此時框架柱尚應(yīng)考慮外墻傳來的水平荷載作用驗算），其余外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。豎向荷載（軸力）較小的外墻扶壁柱內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當加強，外墻水平分布筋要根據(jù)扶壁柱截面尺寸大小適當另配外側(cè)附加短水平負筋予以加強，外墻轉(zhuǎn)角處也同此予以適當加強，考慮外墻水平鋼筋受力時應(yīng)注意滿足最小配筋率要求。地下室外墻應(yīng)進行裂縫寬度計算，裂縫寬度不得大于0.2mm 且不得貫通。

4.底板

同外墻一樣，底板除滿足受力要求外，還要滿足地下室抗?jié)B、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取40～60cm，配筋率一般取0.25%。地下室底板標高變化處應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)置梁，梁寬不宜小于底板厚度，還應(yīng)計算板的支座彎矩傳遞到梁所需的抗扭鋼筋。樁箱、樁筏基礎(chǔ)的地下室底板也是樁承臺，還要滿足沖切、剪切、抗彎、局部受壓等要求。

5.抗浮、抗?jié)B及控制措施

南方地區(qū)地下水位一般較高，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)特別注意只有地下室部分和地面上樓層不多時的抗浮計算，采用樁基時應(yīng)計算樁的抗拔承載力。板、覆土的自重對結(jié)構(gòu)有利，根據(jù)（荷載規(guī)范）計算強度時，荷載分項系數(shù)應(yīng)取1.0。計算抗浮時，荷載分項系數(shù)應(yīng)取0.9。地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計重要依據(jù)，實際設(shè)計時往往只考慮正常使用極限狀態(tài)，對施工過程和洪水期重視不足，造成施工過程中由于抗浮不夠出現(xiàn)局部破壞。實際中，同一整體大面積地下室上往往建有多棟高層和低層建筑，局部上方可能沒有建筑，而地下室面積大。形狀又不規(guī)則，抗浮問題相對比較難處理，須作細致分析。另外，斜坡道也應(yīng)進行抗浮驗算，其與主體連接處應(yīng)作處理。

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計除應(yīng)滿足受力要求外，抗?jié)B也是其中一個重點。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作，要達到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施：①補償收縮混凝土。在混凝土中摻入UEA、HEA 等微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時，即可控制裂縫。②膨脹帶?；炷林信蛎泟┑呐蛎涀冃尾粫耆a償混凝土的早期收縮變形，而設(shè)置補償收縮混凝土帶可以實現(xiàn)混凝土連續(xù)澆注無縫施工。根據(jù)工程實踐，一般超過60m 設(shè)置膨脹加強帶。③后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛應(yīng)用。④提高鋼筋混凝土的抗拉能力?；炷翍?yīng)考慮增加抗變形鋼筋，如側(cè)壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強化作用；側(cè)壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設(shè)一道水平暗梁抵抗拉力。當然，在采取以上措施時，同時要注意混凝土的養(yǎng)護。

6.保護層和墊層厚度

按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108-2008）要求，地下工程防水混凝土底板混凝土墊層不應(yīng)小于C15厚度不應(yīng)小于100mm，軟弱土層中厚度不應(yīng)小于150mm。防水混凝土結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm。地下工程防水混凝土迎水面鋼筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm。

三、結(jié)束語

高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個極其復(fù)雜的過程。高層建筑上部荷載大，基礎(chǔ)埋深較深，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否將直接影響到建筑物的正常使用和工程造價。所以，在設(shè)計階段既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟合理，又要滿足地下室結(jié)構(gòu)抗?jié)B這一特殊要求，以保證其正常使用。