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摘要：随着经济发展的日新月异，城市化进程也随之加快。高层建筑节约了城市居住用地，对于环境保护和节能减排都有深远的意义。当前，高层建筑的地下空间开发力度很大，设计人员对于高层建筑地下室结构的设计水准直接影响着地下空间的利用效率，也影响着居民的生活质量。
关键词：高层民用建筑；地下室；结构设计
1地下室结构概述
现阶段，随着城市人口的逐渐增多以及城市土地资源日益紧缺，在城市建设的高层建筑中逐渐加大了地下空间的开发力度。同时，随着我国建筑规模的不断扩大，地下室的功能也呈现多元化的特点，从最初用于存储物体，逐步成为停车场、大型地下商场以及人防等多功能的结构物。因而这就给现代建筑地下室结构的设计提出了更高的要求，由于地下室设计荷载较大，防水抗裂要求高，其造价占整个项目造价的比重也相当大，而且地下室所处的位置以及影响的设计因素较多，施工环境特殊、隐蔽性大、涉及的工种多、施工复杂，也容易出现质量问题，这就不仅要求设计人员具有专业的设计意识，而且还应具有较强的前瞻性，且地下室结构设计又是整个设计的根本，因此，对于地下室结构设计人员而言，加强地下室的结构设计具有重要意义。
2地下室结构设计常见问题
2.1基础底板
作为高层建筑的基础，地下室底板最重要的作用是承受上部结构顶板、内承重墙柱和挡土侧壁荷载，并将这些荷载传递给地基，需保证地基的承载能力和沉降变形满足规范的要求；当底板作为上部结构基础时，一般设计成平板式筏基或梁板式筏基形式。地下室底板的另一个作用是防水抗渗，当结构基础采用桩基或是独立基础时，底板常设计成防水板，主要承受水浮力和自身重力作用，需要进行裂缝控制。底板设计的常见问题是：一是面积和刚度不足易造成地基的承载能力不足，从而造成不均匀沉降和侧移；另一种是厚度不足造成开裂渗水，易引起地下室漏水潮湿；因此底板设计时需要合理的布置和严格的计算。
2.2外墙
地下室外墙的主要作用是：挡土、防水抗渗以及将地下室围护成封闭的空间，其设计至关重要。外墙是地下室的主要组成部分，承担着上部结构的竖向力、水平向的土压力、地下水压力、人防荷载以及地面的堆载等，起主导作用的是水平方向的力。计算地下室外墙的内力时，应综合考虑各个方向的荷载值，一般需要根据支承的边界条件和高宽比合理地选择计算模型，常按四边支承单、双向板或是竖向悬壁板计算。设计时需要根据受力情况和裂缝宽度要求合理选择混凝土的强度等级和钢筋配筋率。
2.3顶板
高层建筑所承受的水平荷载主要通过地下室顶板传递给大地，因此，地下室顶板的刚度和厚度既要符合受力要求又要满足施工堆载的需要，还要满足防水防渗的要求，因此在钢筋设置方面规范有严格的要求。刚度较好的顶板能够对建筑物起到良好的约束和嵌固作用。地下室顶板的厚度有严格的要求，根据《抗震规范》和《高规》的要求，普通地下室顶板厚度不小于160mm，作为上部结构抗嵌固端时，地下室顶板厚度不小于180mm；人防地下室顶板还需考虑人防荷载且要求厚度不小于200mm。
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3高层民用建筑地下室结构的设计
3.1荷载
基于人防因素的核爆动荷载、水和土的压力、上部建筑和地下室的自重等等，以上这些都属于地下室结构荷载。根据地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了相关规范，依照这些结构特点，在防空地下室结构设计时，按照荷载的组合规范，对高层民用建筑地下室的每个部分参与结合的荷载主要有以下几个方面：1)顶板：也就是顶板静荷载和核爆动荷载的标准值。2)侧墙：横向是水和土所承受的压力、水平动荷载标准值（核爆动荷载所生成)；竖向是核爆动荷载标准值、静荷载标准值（顶板所输送)，仅关于局部剪力墙部位的上部建筑物自主标准值。3)内承重墙（柱)：上部建筑物和内承重墙自重标准值，顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值。应由大荷载作为控制，对比平时各楼层的活荷载标准值与战时所增加的顶板核爆动荷载标准值之和。4)基础：上部建筑物和地下室墙身各自的自重标准值，静荷载标准值（顶板传输)，核爆动荷载标准值（底板传输)。
3.2顶板
在高层民用建筑的结构上部，要想更好地使其得到约束，约束支座地下室顶板的刚度则要大。通常来说，地下室顶板的厚度不能小于160mm，尽量不要太薄。而如果是人防地下室顶板厚度，则在人防要求上满足一定的标准。在进行高层民用建筑地下室结构上部的嵌固端的时候，需要在混凝土强度等级、楼板厚度、楼层侧向刚度和板配筋率等作具体的要求，这是依照GB50011—2010建筑抗震设计规范进行的，且按规定在地下室层数方面不宜少于两层，规范还规定了在地下室楼层的顶楼盖上需要使用梁板结构。因此，高层民用建筑地下室层数或总层数、地下及基础埋深受以上因素的影响。在对地下室顶板或楼层的结构计算时，应往下算至符合嵌固端的要求，剪力墙底部加强区则需要由地面往上计算层数，同时应将地下层包含在内。
3.3地下室侧壁设计
1）进行地下室侧壁设计时，侧壁主要考虑的荷载有：结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等，由于侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂，为简化计算，在设计中可作合理简化。本地下室工程的侧壁，经计算地下室1层的侧壁板厚取为350mm。2）侧壁的构造要求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。为有效控制本地下室的侧壁混凝土开裂，混凝土强度等级并不宜取得高，以减小混凝土的收缩应力，工程混凝土强度等级取为C30。
3.4对于抗浮、抗渗及控制的相关措施
在高层民用建筑地下室结构设计中，南方地区的地下水位一般比较高，应对抗浮计算需要注意地下室部分和地面楼层不多的情况，如果需要采用桩基，则应计算桩的抗拔承载力。对于板和覆土的自重，需要有利于地下室的结构，且荷载分项系数根据（荷载规范)计算强度时应取1．0；而荷载分项系数在计算抗浮时应取0．9。地下室抗浮设计将抗浮实际设计地下水位及其变幅作为重要依据，通常没有加强对施工过程和洪水期的重视，只考虑正常使用极限状态，这就使得由于抗浮不够在施工过程中出现局部破坏。在现实情况中，多栋高层和低层建筑常建于统一整体大面积地下室，局部地下室上方可能出现无建筑的情况，而在抗浮问题上对于形状不一、面积较大的地下室处理起来并不简单，需要进行具体的分析。除了满足受力要求，抗渗也是地下室结构设计的一大重点。为了达到抗渗效果，常带裂缝工作的钢筋混凝土结构一般采取的措施有：一是补偿收缩混凝土，即将UEA，HEA等微膨胀剂掺入混凝土中，并使混凝土膨胀值与其最终收缩值进行抵消；为控制裂缝，则需要在其差值出现不小于混凝土的极限拉伸的情况下便可进行。二是使用膨胀带，一般而言，混凝土变形是由于其早期收缩的变形得不到完全的补偿，所以在为混凝土实现连续浇筑无缝施工时，应对混凝土带进行补偿收缩的设置，这需要在工程实践一般在超过60m的情况下实施。三是使用后浇带，在早期短时期混凝土释放约束力时，后浇带是一种技术措施，而不断改进的较长久性变形缝已经得到了广泛应用。四是提高对钢筋混凝土的抗拉能力，增加考虑混凝土相关的抗变形钢筋，例如为强化混凝土面层而增加侧壁的水平温度筋；为减弱受底板和顶板约束所造成的侧壁混凝土胀缩一致而设一道水平暗梁抵抗拉力于墙体中部。另外，对混凝土的养护也有一定的关注。
结论
高层民用建筑地下室的结构设计这一过程相当复杂，建筑物的正常使用和工程造价直接受到高层建筑上部荷载是否够大、基础埋深是否够深、地下结构设计是否合理等等这些方面影响。因此，不但要在设计阶段满足功能需求，使其安全可靠、经济科学，还要为确保正常使用而满足地下室结构抗渗这一特殊要求。
参考文献：
［1］广宽云．高层建筑人防地下室结构设计［J］．门窗，2015（1)：107－107．
［2］周钰涵．高层建筑地下室结构设计要点分析［J］．科技创新与应用，2015（8)：164－165．
论文作者:张维峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/15
标签：地下室论文; 荷载论文; 顶板论文; 侧壁论文; 混凝土论文; 结构论文; 核爆论文; 《基层建设》2018年第2期论文;