高層建筑地下室結構設計的要點分析

鄭志龍

【摘要】隨著高層建筑的飛速發展，其建筑設備用房、地下消防水池和汽車停車位多功能都應用在地下室。本文結合工作經驗，對高層民用建筑的地下室結構設計難點問題探討。

【關鍵詞】民用建筑；地下室；結構設計 ； 嵌固端

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

一、高層民用建筑地下室結構設計難點

由于在高層民用建筑地下室結構設計過程中存在諸多難點，比如不能有效確定地下室結構設計的嵌固部位，不能有效設計地下室結構設計的抗震等級等都是設計中存在的要點。因此，這就需要在進行高層民用建筑地下室結構設計中，應不斷加強對于上部嵌固的抗震能力的重視， 嚴格遵守地下室結構設計中的要求，合理設計好剪切的剛度比，這樣才能有效確保高層民用建筑地下室結構的質量。具體分析如下。

（一）合理確定上部結構的嵌固部位

上部結構嵌固部位的合理選取，在高層民用建筑地下室結構設計中的計算模型占有重要位置。而地下室的設計本身由墻、樁本身和承臺本身、 柱等都具有重要作用， 都需要進行承載力的計算。部結構的嵌固部位主要指結構預期塑性鉸出現的位置，它能直接限制構件在兩個水平方向的轉動位移，即平動位移和扭轉位移，在這個過程中能夠將地震作用傳遞到上部結構。上部結構嵌固部位的選取，具體包括以下幾點要求。

1、加強對于上部嵌固的抗震能力的重視。由于上部嵌固部分主要是地下室頂板位置，而地下室一層的抗震等級會根據上部結構的實際情況進行測定，這就要求加強對于上部嵌固的抗震能力的重視。 首先地下一層的抗震等級不應低于上部結構的抗震等級。其次由于地下室頂板的厚度，對承受荷載有著極其重要的作用，其中，包括地下室頂板所承受的側向荷載和垂直荷載，這就要求在頂板進行開洞過程中應盡量減少或避免開洞，如果必須要進行

開洞時，要適當減少洞口的面積大小，同時還要適當加強洞口周邊的構造，從而避免或減少因剛度突變或強度降低，影響結構的豎向側力構件的連續，導致地下室不適宜作為上部結構的嵌固端。

2、嚴格遵守地下室結構設計中的要求。依據JGJ3-2010《高規》，在地下室結構設計中，對于地下室頂板的厚度有著一定要求，其厚度應超過160mm，而上部嵌固部位的地下室的樓板需達到180mm，地下室防水規范要求如果作為車庫頂板接觸地下水需要板厚增加為250mm；為了保證地下室做為嵌固端，配筋率要求達到0.25%并且雙層雙向布置，混凝土強度也不應小于C30.

（二）確定地下室結構設計的抗震等級

針對高層建筑的大底盤，且地下室上有許多塔樓，同時每一個塔樓之間都是相互獨立的，當高層地下室作為上部塔樓的嵌固端時，地下室的抗震等級應與上部結構相同，地下室一層以下的抗震等級可逐層降低，但不應小于四級。

二、高層民用建筑的地下室結構設計的施工條件的影響

業主關注著高層民用建筑地下室的經濟效益，而高層民用建筑的地下室結構設計的施工條件對于整個工程的工期和質量有著重要影響。從而要求設計技術人員進行高層民用建筑地下室結構設計時，要多加考慮施工條件的影響。通常情況下，應從以下幾個角度考慮。

首先，合理節省施工工期提高經濟效益。由于施工工期在整個高層民用建筑過程中占有重要地位，而工期的長短將直接影響著業主及施工單位的經濟效益。對于施工單位來說，縮短施工工期可以節省人員工資、固定資產折舊等建筑安裝工程費用。一方面，對于業主方來說，縮短工程施工工期，有利于提前還清貸款，降低工程項目的投資成本。另一方面，受傳統設計材料限制，地下室這種以大體積混凝土為主的結構施工周期過長，施工時遇到問題也較多，而目前越來越多的工程采用了新技術新材料，加快了施工周期，雖然增加了投資成本，但是節省了人工費用，模板費用等。

其次，結合高層民用建筑的地下室結構設計的施工條件，優化設計結構。高層民用建筑的地下室結構設計的初步設計階段，主要確定結構形式、主要構件尺寸及主要結構材料等。由于高層民用建筑的地下室結構初步設計階段對整個工程的結構造價影響約占70%。因此設計人員就要選擇符合當地施工資源的結構材料，采用符合當地工業、經濟情況的施工技術，這樣才能控制好工程的可行性和經濟性。

三、高層建筑地下室結構設計的常見問題和措施

通常情況下，高層民用建筑地下室結構設計的常見問題主要體現在防水底板的設計，頂板的設計，外墻的設計、荷載的設計和抗浮和抗滲的設計等多個方面，而高層民用建筑地下室結構設計要求又是整個高層民用建筑中的關鍵部分，因此，在對高層民用建筑地下室結構進行設計的過程中，要嚴格按照建筑設計行業的相關規范制度，嚴格要求，全面統籌考量，確保高層民用建筑地下室結構的設計質量，具體分析如下：

（一）頂板的設計

根據建筑結構設計的相關標準，對于地下室頂板作為上部結構的嵌固端時， 地下室的頂板上不易開洞， 而對于頂板的厚度要求，要大于180mm，同時在配筋方面的要求也有嚴格控制，需采用雙層雙向配筋的方式，按照合理的配筋率進行設計【3】。

（二）外墻的設計

由于高層民用建筑的地下室結構的外墻設計有嚴格要求，這要求外墻不僅防水，防滲漏，還要起到擋土墻作用，這就要求外墻設計中不僅要考慮擋土作用，還要從裂縫來考慮抗滲防水，這樣才能正確的對裂縫寬度進行合理計算。

（三）荷載的設計

對于荷載的設計要求，根據建筑需要，特別是消防車通道的荷載考慮及折減，這需要結構人員精確考慮地下室頂板荷載，特別在高層地下室車庫項目中尤為突出，這關乎地下室整體結構安全及經濟效應。

（四）抗浮和抗滲的設計

由于地下水位的變幅和地面種植澆灌水的影響，在進行地下室設計的過程中要全面考慮抗浮和抗滲因素，一旦抗浮和抗滲設計沒有得到良好的進行，將會直接影響到高層民用建筑的質量。

1、抗浮設計

抗浮設計主要分為局部抗浮和整體抗浮兩種，結合若干抗浮樁與抗浮錨桿的實際工程經驗發現，目前地下室抗浮設計主要面臨著地下水浮力計算理論不成熟、地勘報告不精準等問題。

2、抗滲設計

在進行地下室的設計過程中，還應考慮地下水位變幅和施工技術等方面的因素所造成的抗滲問題，建筑結構抗滲問題直接威脅高層民用建筑的使用壽命。因此，在設計過程中，要對影響抗滲的因素做一個全面考量 。設計時可采用外加膨脹劑、設置伸縮后澆帶、加入合成纖維等方法予以控制。

四、結語

綜上所述，高層民用建筑的地下室結構設計是一項工作量巨大的且難度較大的工程，為了更好的滿足人們對于高層民用建筑的地下室的需求，這就要求在設計過程中，要嚴格遵守建筑設計行業的相關規范制度，以加強高層民用建筑的地下室結構質量為首要任務，同時全面統籌和考量設計過程中影響地下室結構的因素，有效解決設計過程中遇到的問題，從而確保高層民用建筑的質量。

參考文獻：

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