【摘 要】高层建筑根据建筑功能的需要一般设置地下室。根据震害调查表明，设置地下室可以减少上部结构的地震反应，减轻上部结构地震破坏。地下室周边墙体受被动土压力和侧墙的摩擦力对基础的摆动有一定的限制作用，同时可使基础地面的压力趋于平缓。设置地下室还可以降低地基的附加应力，减少地基沉降。而地下室顶板作为上部结构的计算嵌固端，规范对其有完整性和比较高的构造要求。综上所述，地下室作为高层建筑重要的组成部分，在设计中应一起重视。
【关键词】高层建筑、地下室顶板、地下室底板、设计、
我国经济的不断发展，大量人口、资源密集的涌入进入城市，使城市化迅速的发展，致使城市用地紧张，城市人口、交通的拥挤。在这种情况下，开发利用城市地下空间越来越受到重视。而且地下室的功能将不局限于原有作为地下室人防、地下车库、地下设备用房和地下后勤服务区等功能，而且将被赋予越来越多的比如地下商业、地下交通、地下储藏等新的功能。比如广州的花城广场-珠江新城，高德置地等高层建筑的地下室与花城广场地下公共地下空间、地铁站连为一体形成大型的综合的地下空间。所以，高层建筑的地下室规模将会越来越大，层数也会越来越多，复杂性也会大大的增加。因此必须重视建筑地下室的设计。
1.地下室结构的设计要点分析
高层建筑地下室的结构设计主要包括外墙、顶板以及楼层板、底板及基础、出入口坡道、楼梯等。针对地下室不同的位置构件和荷载情况，控制地下室层高，选择合理的结构形式进行合理精心设计。
1.1规范地下室抗震等级、以及抗震措施的相关规定
《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)和《建筑抗震设计规范》（GB-50011-2010）规范条文和条文说明明确规定，抗震设计的高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下室一层相关范围内的抗震等级应该按上部结构采用，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级；地下室中超出上部结构的部分，其抗震等级可根据情况采用三级或四级。这是因为地下室顶板作为上部结构结构的嵌固部位时，地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼层，同时影响到地下一层；而地下一层以下结构的地震相应逐渐减小。地下一层以下不要求计算地震作用，其抗震构造措施的抗震等级可逐层降低。
《建筑抗震设计规范》（GB-50011-2010）6.1.14.2 结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。
《建筑抗震设计规范》（GB-50011-2010）6.1.14.3：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；
6.1.14.4地下一层抗震墙墙肢段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。
据规范条文解释：框架柱嵌固端屈服时或抗震墙墙肢屈服时，地下一层对应的框架柱或抗震墙墙肢不应屈服。位于地下室顶板梁柱节点应按首层柱的下端为“弱柱”设计，即地震时首层柱底屈服出现塑性铰。
规范条文实际的意义在于控制地下一层柱实际受弯承载力不应小于地上柱的1.1倍，用配筋控制柱截面实际受弯承载力的办法，在实际的操作中确实简单。不过实际上只适合嵌固端上下柱截面不变的情况。而且如果地上一层柱配筋率过大时，地下一层柱配筋在按1.1倍配筋的话，会出现柱钢筋过多难以合理的配置甚至出现超筋。如果结合《建筑抗震设计规范》6.14.2相关范围刚度比要求，在建筑条件允许下，加大地下一层柱的截面，使地下一层柱每方向的实际受弯承载力不小于相应地上柱1.1倍，同时地下柱的每侧纵向钢筋面积不小于地上柱。如果地下一层柱子纵向配筋面积按地上一层柱子1.1倍纵向配筋面积配置，施工时应注意将地下一层柱子增加的钢筋在地下室顶层梁板内弯折，避免同时对一层柱底截面实际受弯承载力加大，加剧地下室顶层框架柱及框架梁的负担，对于嵌固端“强梁弱柱”机制的实现极为不利。
2.关于嵌固端问题
《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)5.3.7：高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。条文说明明确可考虑上部结构以外不超过三跨的相关地下室范围。而计算公式采用《高层建筑混凝土结构技术规程》附录E.0.1公式计算，即等效剪切刚度比值法。而在计算嵌固端刚度比过程中不考虑地下室土对地下室外墙的约束作用。从规范的条文和计算公式可以看出，结构嵌固端问题本质上是嵌固端上下层结构自身刚度比问题。在理论上很可能会认为嵌固端就是一条线一个面上，实际工程中嵌固部位是一个范围。
地下室顶板通常是作为上部结构的嵌固端，结构的加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，结构经济性好。而在实际工程中，由于地下一层作为商业等建筑功能要求。嵌固端向下楼层移。虽然地下室顶板不作为上部结构嵌固端，但在地下室周边回填土的约束下，地下室顶板对于上部结构的嵌固作用。在设计中应采取必要的加强措施，必要时按不同嵌固部位进行包络设计。应注意剪力墙底部加强部位相应下移到计算嵌固端楼板面。
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3.1地下室顶板，地下室楼层板（不包括底板）
3.1.1地下室顶板、层间楼板荷载
地下室顶板收的所受的荷载比较复杂，主要有覆土荷载（包括园林绿化以及景观堆积）、消防荷载以及施工堆积荷载。根据广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》4.1.2规定：首层楼面施工荷载不宜小于10KN/㎡。构件承载力验算时，施工荷载的分项系数可取1.0。业主或施工单位对施工荷载有特别要求时，可按其要求采用。有些设计师认为，塔楼主体结构封顶后甚至外墙立面铺贴完成后才进行地下室顶板覆土施工，故覆土荷载和施工荷载不需要同时考虑。但本人认为，应该考虑同时覆土荷载和施工荷载。在覆土的施工过程中，装运土方的车辆和各种挖掘机机、推土机都会在地下室顶板展开工作。而且后续的园林绿化施工中也会出现车辆和施工机械。建议的顶板设计图纸中说明施工荷载的大小，以及在施工图技术交底时必须向施工单位说明，避免在施工过程中造成顶板承担过量荷载。
消防车作为地下室顶板重要的荷载。由于荷载比较大，而对于紧急情况下限制消防车的位置是很现实的所以在考虑消防车荷载时，必须和建筑设计师做好沟通，明确消防车通道，消防登高面，并且采取有效的限制措施，否则还是应考虑消防车不利布置。一般的民用建筑，消防车作为一种极少出现的活荷载，可不考虑消防车荷载对于结构的裂缝和挠度宽度的影响。但作为消防车经常出入的场所，还是要考虑对结构构件挠度和裂缝宽度的影响。
地下室顶板板设计应该根据板跨度的不同（注意是不是柱网）和覆土厚度的不同，根据规范的要求对消防车荷载值进行等效换算取值。在地下室顶板主梁和地下室柱子设计时，应该按荷载规范5.1.2进行荷载折减。
地下室其他楼层楼板荷载应根据使用的功能按荷载规范或和业主要求（但不小于规范要求且和审图单位沟通过后）取值。
3.1.2地下室顶板、层间楼板结构体系的选择
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)3.6.3条和《建筑抗震设计规范》（GB-50011-2010）6.16.14条要求：作为上部结构嵌固部位的的地下室顶板楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率0.25%。为了节约成本及控制层高，并能满足规范要求。当地下室范围比较大时，地下室顶板塔楼范围四周外延2跨采用梁板结构，而其余纯地下室部分采用无梁楼盖比较经济，而且能够有效的减少层高。其他楼层（不包括底板）按照一般车库荷载取值，按8.1x8.1米柱网计算比较。从经济上比较采用双次梁经济性最好，其次是分离式配筋无梁楼盖十字次梁楼盖。对于有多层地下室，考虑减少总地下室高度，减少基坑开挖以及支护、降水费用和提高地下室施工速度等因素，则分离式配筋无梁楼盖综合效益有优势。
3.2地下室底板
高层建筑地下室，地下水位比较低，水头荷载基表小时，可以优先采用梁板结构。底板采用梁板结构应该底板周边与地下室外墙相接的局部板跨加厚，易便承受地下室外墙的传递弯矩。水头荷载比较大时，水头荷载将控制着板厚和配筋。底板配筋采用分离式配筋。控制板厚使跨中受力板筋构造配筋率来配置。按照构造配筋率配置通长钢筋，支座筋筋采用附加。采用无梁楼盖相对于主次梁楼板结构不但在经济上具有优势外，在施工上也不需要梁板结构砌筑砖模从而减少人工成本和施工时间。采用大板结构可以利用桩承台作为板柱帽。在设计桩承台时也应该考虑做为板柱帽的设计因素。
4抗浮设计基本要求
对于多层地下室，在设计时应该注意地勘报告中的抗浮水位。根据实际的情况采用加重抗浮、打抗浮桩和抗浮锚杆。在条件允许下也可以采用排的措施解决地下室抗浮问题。或多种方法结合设计。
5裂缝及控制问题
地下室外墙和底板尺寸面积体积大。所以有必要采取必要的抗裂缝措施。地下室外墙横向尺寸大，所以应该规范配水平钢筋，并且应把水平钢筋配置于纵向钢筋内侧。为了减少地下室外墙和底板的裂缝，可充分利用混凝土的后期强度，降低水泥用量。每30至40米设置贯通顶板、底板及外墙的施工后浇带。施工后浇带封闭时间宜在45天后，其混凝土强度宜提高一级，并采用无收缩混凝土，低温入模。
结语:随着我国经济的迅猛发展，高层建筑的日益增多，地下室建筑功能的越来越多，规模、层数和复杂性也在不断增加。所以必须重视地下室的设计工作，精心合理设计是建筑能有更好的经济、社会效益。
参考文献:
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010) 北京：中国建筑工业出版社 2010
[2]《建筑抗震设计规范》（GB-50011-2010）北京 ：中国建筑工业出版社 2010
[3]《建筑结构可靠度设计统一标准》GB-50068-2001 北京 中国建筑工业出版社 2001
[4]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010) 北京：中国建筑工业出版社 2010
[5]《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) 北京：中国建筑工业出版社 2012
[6]广东省标准《高层建筑混凝土结构设计技术规程》(DBJ 15-92-2013) 广东：中国建筑工业出版社 2013
[7]朱炳寅《建筑结构设计问答及分析》 北京：中国建筑工业出版社
[8]朱炳寅《建筑抗震设计规范应用于分析》 北京：中国建筑工业出版社
[9]朱炳寅《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》 北京：中国建筑工业出版社
论文作者:张俊伟
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/14
标签：地下室论文; 荷载论文; 顶板论文; 结构论文; 地下论文; 高层建筑论文; 钢筋论文; 《低碳地产》2016年8月第16期论文;