摘要：随着我国经济的高速发展，高层建筑也在逐渐增多，在城市工程建设中就会充分利用土地资源，进行开发地下空间，在地下室将设置成设备用房、地下消防水池以及汽车停车位等这样不仅能够充分地发挥地下室的作用，而且又可以满足基础埋深的要求，因此，在高层建筑的设计中，如何合理地设计地下室的结构是非常重要的。
关键词：高层建筑；地下室结构；设计要点
1.高层建筑地下室概述
地下室是高层建筑的重要组成部分。可以认为是高层建筑与底盘连接的嵌入式的锚固体，为高层建筑提供结构稳定和安全保证。四周回填土的侧向约束限制了地下室的变位，进而增加了塔楼结构的刚度，减少了塔楼的自震周期和位移。高层建筑地下室应该有一定的埋深，对抗震有利。有相关研究结果表明，有地下室的建筑上部结构地震反应比无地下室的低20％-30％。随着地下室层数和埋深的增加，建筑物的整体刚度增大，自震周期明显减小，位移减小。地下室的埋深需根据建筑物的高度、体型、地下室功能、地基土的特点、抗震设防烈度和抗震等级及满足建筑物稳定的侧限要求等条件。所以地下室的埋深一般可取H/15-H/18，且宜大于3.0m。
2.高层建筑地下室结构设计难点
地下室的结构设计复杂，设计范围很广，特别是结构设计要综合考虑多个因素，如防火、坑道、通风、采光、人防要求、使用功能、排水等。在建筑高层地下室长度超出设计规定长度时，就需要在进行结构设计的过程中结合建筑结构设计专业，最终确定是否还要设置变形缝，从一般情况来看下应该少设或不设置变形缝，这样做的原因是，设置变形缝会导致建筑的防水处理工程变得更加复杂。此外，对于具有大底盘地下室高层建筑群来说，高层建筑的塔楼部分在使用阶段一般不存在抗浮的问题，但是高层建筑地下室经常会存在抗浮也不能达到要求的问题。同时，因为在进行高层建筑地下室抗浮实际的过程中，一般只会考虑地下室正常使用的极限状态，而对于建筑施工过程以及洪水期的重视不够，从而导致了在高层建筑施工过程中，会出现因抗浮能力不够而造成的局部破坏现象发生。地下室顶板是人防工程的重要部位，需要考虑组合核爆炸力等效静荷载因素；侧墙也需要考虑侧向土、水的水平作用组合。简而言之，高层建筑地下室防水工程是一项系统性的基础工程，所涉及的因素很多，如施工、设计和材料选择等因素，所以，造成地下室结构设计难点众多的原因概括起来有以下几个方面：结构平面设计、底板、顶板与基础设计、抗震设计、地下室抗浮、抗渗设计等。
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3.高层建筑的地下室结构设计要点
3.1地下室结构平面设计
在设计高层建筑的地下室时，需要考虑防火、排水、人防、通风、采光等因素。比如设计的地下室长度与规定长度不符时，需要配合结构专业，确定是不是可以用变形缝。设计师也可以靠后浇带或者地上设缝的方式替代地下设缝，因为地下设缝会使得处理防水问题时变得很复杂。如果很难解决设置后浇带的问题，可以将地下室进行分割，变成一个个小的地下室中间再有管道来连接，在管道相连的地方设置变形缝。另外在结构设计时为了通风和采光的需要，还要设计通风采光井，通风采光井必须合理设计，如果位置不当会地下室丧失整个建筑结构稳定的功能，不能讲地上的风力和地震传到地下及侧面，不符合建筑物深埋的要求。
3.2地下室结构底板、顶板与基础设计
与地下室结构外墙相同，底板设计除应考虑承载能力方面的要求外，还应考虑其抗渗、防水能力，因此需要将地下室底板的厚度及配筋率分别控制在 40-60cm、不小于 0.25%。若结构基础采用桩箱或桩筏，则还应充分考虑底板抗冲切、抗剪切、抗弯以及局部受压承载能力等是否满足要求。
结构设计过程中，对地下室结构顶板的厚度有着明确的限定，这主要是为了保证其具有足够的刚度，从而在水平方向上对上部结构拥有较好的约束作用。设计顶板厚取值不应小于 16cm，人民防空地下室顶板厚度还需满足人防的特殊要求。
南方地区的高层建筑结构常用基础形式为桩基，桩基结合地下室或其底板常组合成桩箱或桩筏基础。对于端承型钻孔灌注桩，若其桩端持力层为碎卵石层或强风化岩，则可在桩身混凝土达到预定强度值后借助事先预埋注浆小直径钢管对桩端持力层进行压力注浆，运用此法所成的桩承载力有大幅度提升，相应地可以减少用桩量，降低工程成本。而此法对于对于粘性土桩端持力层情况则效果甚微。
3.3地下室的抗震设计
抗震设计地下室设计最常见的问题，如果地下室的设计存在缺陷，就会对对整个高层建筑的抗震性能产生很大的影响。多层建筑中地下室的埋深必须大于地下室上地面总的高度，这样才能不计算层数，总的高度才能够从室外地面开始算。上部分结构的墙柱应该的地下室的墙柱结构相一致。地下室的顶板板面标高有变化的，如果形成错层，超过了梁高的范围，则必须采取适当的措施处理，否则将影响地下室的设计。地下室的设计规范指出，上部结构的地下室的楼层的顶层，盖应当用梁板的结构。机构计算应向下，直到地下室的楼层或者楼板。
3.4地下室的抗浮和抗渗设计
在设计地下室抗渗抗浮时常见的问题有：地下水位没有按照勘测的报告确定，勘测报告没有提供地下水位，斜坡道没有进行抗浮的验算，或者抗浮验算不符合要求等。
抗浮设计时必须依据地下水位及变动幅度，在实际情况下，抗浮设计时仅考虑正常使用的状态，忽视了施工过程还有洪水来临时的情况，这样就因为抗浮不够而造成地下室出现局部破坏。另一个方面，一个大面积的地下室上面往往建有很多高层的底层建筑，地下室形状不规则再加上面积大，且地下室上方的局部往往没有建筑，抗浮设计就存在很大的难度。需要谨慎分析，精细计算然后再做处理。除了抗浮设计，抗渗设计也是一个重点。由于钢筋混凝土的架构通常都存在裂缝，如果到达到抗渗的目的就必须采取一定的措施，比如补偿收缩混凝土、设置膨胀带、加固后浇带以及提升钢筋混凝土的抗拉能力等。在混凝土中掺入一定比例的膨胀剂，一次来抵消混凝土本身的收缩值，当两者的差值大于或者等于混凝土的拉伸极限时，课控制裂缝。混凝土中加入的膨胀剂在早期并不能完全补偿混凝土的收缩，此时应该加固膨胀带实现无缝施工。在采取以上措施时，要考虑混凝土的养护。
结束语
总之，本文对高层建筑地下室的结构设计进行探究具有十分重要的意义。所以，作为设计人员必须着力不断提高自身的专业技术水平，对高层建筑的地下室结构进行精心设计，只有这样才能全面提高结构的安全性能，为工程质量的提升奠定坚实的基础，以应对当前建筑不断朝着楼层高、跨度大的方向发展。
参考文献
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[4]王华民.浅谈地下室设计的结构问题[J].城市建设理论研究.2013.
论文作者:欧阳杰文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/18
标签：地下室论文; 高层建筑论文; 结构论文; 结构设计论文; 顶板论文; 混凝土论文; 底板论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;