摘要：高层建筑地下室结构设计的质量对于整个建筑的质量具有重要的影响，其不仅需要承受来自上部的压力荷载，同时还需要承受地下环境的影响。因此，如何合理地设计地下室的结构这个问题显得尤为重要。基于此，本文就结合工程案例探析高层建筑地下室结构设计。
关键词：高层建筑；地下室；结构设计
1、高层建筑地下室结构设计的基本原则
1.1结构设计方案的合理性
进行高层建筑地下室结构设计时，要充分考虑高层建筑的自身特点，合理选择高层建筑地下室结构形式，确保设计方案的最优化。设计过程中，要结合施工条件、施工环境、设计需求及施工材料等因素，综合进行分析，从而形成最佳设计方案。
1.2地下室结构基础设计要合理
在基础设计过程中，要结合建筑所处地质、地理环境进行。要分析地下室周边环境对地下室结构的影响及对地下室施工条件的影响，综合考虑各项因素后，选择最合适、最科学的设计方案，充分发挥高层建筑地基的性能及作用，保障建筑安全。
2、高层建筑地下室结构设计要点
2.1地下室平面设计
对于高层地下室的结构设计来说，在设计过程中，一定要充分考虑到“防火、排水、通风、使用、人防要求及各种管道、坑道配合问题。”
地下室平面设计有两个要求，第一是不设缝，对于这一要求，相关设计者可以利用浇带、混凝土弥合等方式来实现。第二是管道相互连接，这一要求的实现方式为“分割地下室并用较窄的通道将其进行连接”。同时在设计过程中还要合理考虑地下室的通风和采光井的位置，避免该内容对整体结构的稳定性产生影响。
2.2地下室抗震设计
《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中6.1.14 地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：
2.2.1地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。
2.2.2结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。
2.2.3地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外，尚应符合下列规定之一：
①地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。
②地下一层梁刚度较大时，柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上；4 地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。
2.3地下室外墙的结构设计
地下室结构设计的重中之重是地下室外墙的设置，设计时以下几个问题需特别注意。
2.3.1静止土压力系数。根据试验确定静止土压力，当无法进行试验时，粘性土可取 0.5～0.7，砂土可取0.34～0.45。
2.3.2荷载。地下室外墙的荷载包括水平荷载和竖向荷载两部分。水平荷载一般是效静荷载主要包括：侧向土压力、地面荷载和人防等。竖向荷载则由地下室本身的重量及楼层的传重。在实际应用中，竖向载荷和风载荷以及地震产生的力是难以控制的。墙体配筋则是由垂直于墙面的水平载荷形成的弯矩决定的，并且竖向载荷的压弯作用一般不予考虑。
2.3.3地下室外墙的配筋计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实际设计应用时，在带扶壁柱的外墙配筋计算方法是按双向板计算配筋。扶壁柱不是按外墙双向板传递荷载算其配筋，而是根据地下室结构的整体电算分析结果来配筋。这样设计会使外墙竖向受力筋配筋偏少、扶壁柱配筋不足，而外墙的水平分布筋过多。
在计算地下室外墙的配筋时，除了垂直于外墙方向部分有钢筋混凝土，内隔墙之间有相连的外墙板块或者扶壁柱横截面积较大的外墙板块需要用双向板计算之外，其他形式的外墙通常都按竖向单向板计算配筋。竖向载荷小的外墙扶壁柱，无论是外墙转角处还是内外侧的主筋部分都需做适当的加强。
3、工程实例
3.1工程概况
某住宅小区地上为18层的钢筋混凝土框架剪力墙结构，地下为1层结构，主要用途是停车库。建筑高度为54m，该工程采用预应力管桩，以强风化岩或中风化岩为持力层，单桩承载力特征值1800kN，底板采用平板式筏，抗浮水头5m。建筑抗震设计类别为丙类，地下室在平时主要作为停车库。
3.1.地下室结构设计
3.1.1地下室基础设计
本工程采用预应力管桩基础，持力层为强风化岩或中风化岩，500mm直径管桩单桩承载力特征值1800kN，岩层承载力较高，可满足沉降的要求。
3.1.2地下室顶板设计
①主楼室内部分地下室顶板设计。主楼室内部分的地下室顶板适宜考虑施工阶段的承载力验算，因此考虑施工荷载后楼板荷载取为5kN/m2。
②园林景观顶板设计。考虑到本工程地下室顶板上有1.1m的覆土，荷载经过扩散后实际传导到梁板上的荷载已大大减小，经计算扩散后消防荷载取值可按20kN/m2考虑。
3.1.3地下室侧壁设计
①由于地下室侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂，为了简化计算，在设计中可作合理的简化。
本工程地面活荷载取为q=10kN/m2，则折算土的厚度应为h=10/18=0.56m，等代土压力采用公式计算。侧向土压力对于地下水位以上的土压力采用公式，对于地下水位以下的土压力则采用公式计算。本地下室工程的侧壁采用以上所介绍的公式以及简化计算，经计算地下室1层的侧壁板厚取为350mm。
②侧壁的构造要求是，在与土壤接触的侧壁混凝土保护层取为40mm，地下室内部的混凝土则取为15mm。把地下室侧壁的水平钢筋配置在外侧，而竖向钢筋配置在侧壁内侧。另外，本工程还设置了多道后浇带，有效的减小了地下室混凝土开裂。
3.1.4地下室底板设计
①地下室底板主要以抗渗和抗浮计算为主，地下水位按50a一遇考虑取在室外地坪，抗浮水头5m，抗渗等级P6。地下室底板所处土层为淤泥及淤泥质土，承载力较低不能作为持力层，故本次设计地下室底板按倒楼盖设计，采用无梁楼盖的方法计算，采用经验法，经计算地下室底板厚600mm。
②抗浮桩的验算与设计。地下室抗浮是一个十分重要的问题，若考虑不当将会带来严重的后果，且补救较为困难，所以抗浮验算时安全系数取1.1。另外，在设计中有许多对抗浮有利的因素在公式计算中无法体现，且均未予以考虑。如黏性土的阻水作用，地下室侧壁的侧阻作用，底板与土壤的粘结力和吸力均未记入，上部建筑物及地下室的整体刚度很大，上部建筑物的压重在地下室部分的扩散作用均未考虑，这些有利因素均可作为安全储备。
结束语：
综上所述，对于高层建筑来说，地下室工程所涉及到的内容非常广泛，因此，对设计者也提出了较高的要求。因此，为了保证高层建筑地下室建筑质量，我们要严格把握好地下室结构设计的质量。结构设计师要不断的提升自己的设计水平，敢于创新、勇于尝试，提高高层建筑地下室结构设计的质量。
参考文献：
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[2]樊永盛.浅谈地下室设计中的常见问题及对策措施[J].山西建筑，2010，（13）.
[3]王仙蔚，李晓雷.高层建筑地下室结构的设计要点[J].低温建筑技术，2011，（07）.
论文作者:罗才进
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/11
标签：地下室论文; 荷载论文; 顶板论文; 外墙论文; 侧壁论文; 结构论文; 结构设计论文; 《基层建设》2017年第24期论文;