高層民用建筑地下室結構設計思考范文

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摘要:近年來，城市高層建筑規模迅速擴大，小高層民用建筑越來越得到人們的認可。高層民用建筑地下空間的設計愈發重要，能夠滿足居民對于地下空間的需求，在停車、儲藏等日常使用和人民防空等方面發揮著重要作用。高層建筑地下室結構設計復雜，但對整棟建筑的結構設計和施工卻有著至關重要的基礎作用。本文針對高層民用建筑地下室的結構設計問題，探討其設計難點、常見問題及注意事項，并總結出高層建筑地下室結構設計的改進措施。

關鍵詞:高層民用建筑；地下室結構；設計探討

隨著經濟發展的日新月異，城市化進程也隨之加快。高層建筑節約了城市居住用地，對于環境保護和節能減排都有深遠的意義。當前，高層建筑的地下空間開發力度很大，設計人員對于高層建筑地下室結構的設計水準直接影響著地下空間的利用效率，也影響著居民的生活質量。

1高層民用建筑地下室結構設計難點

1．1結構嵌固端的確定

結構的嵌固端即平常所說的固定端，在此部位不允許構件出現任何位移，這里的位移在結構力學中是指平面x、y兩個方向的位移和圍繞此支座的轉角。高層建筑地下室嵌固端位置選擇一般有兩種:一是設在地下室基礎底板頂，二是設在地下室頂板頂面。多層地下室結構，常將上部結構的嵌固部位設在地下室頂板，但需滿足下列條件:一是地下室頂板與室外地面的高差需小于本層層高的1/3和1.5m;二是地下室頂板宜采用梁板結構體系，樓面連續且不得有大開洞;樓面框架梁具備足夠的剛度;三是地下室頂板厚度、混凝土強度等級、頂板配筋方式及配筋率、嵌固層柱截面和配筋等滿足規范要求;四是地下室的樓層剪切剛度不應小于相臨上部結構樓層剪切剛度的二倍。當不滿足上術條件時，嵌固端應設在基礎底面。因此嵌固端具體設在何處需結合工程的實際情況經過計算和比較后擇優確定。

1．2地下室樓蓋與樓板的選擇

多層地下室結構的樓蓋形式主要分為:無梁樓蓋和有梁樓蓋。無梁樓蓋包括:等厚平板式樓蓋、帶托板柱帽式樓蓋和空心密肋樓蓋;有梁樓蓋包括:單向主次梁式樓蓋、十字交叉梁式樓蓋、井字梁式樓蓋和加腋整間大板式樓蓋等。樓蓋的選型需要綜合考慮以下因素:荷載取值(包括人防荷載、覆土厚度、消防車道、堆積荷載等)、結構形式、使用功能、經濟對比、人防等級、嵌固部位等。根據設計習慣和荷載情況，地下室樓蓋形式一般選擇如下:1．人防區域頂板，需考慮人防荷載，且規范要求最小板厚200mm，常采用加腋整間大板式樓蓋;2．停車庫樓蓋，荷載較小，一般采用有梁樓蓋，板厚常取120mm;3．室外地庫頂板，因有覆土荷載和防水抗滲要求，板厚不小于250mm，常采用加腋整間大板式樓蓋和無梁樓蓋。

1．3地下室結構的抗震設計

因地下室周邊有很大剛度的擋土側壁并受到外側土壓力的限制，在地震作用下其側向位移必然會受到土的約束，所以地下室對高層建筑上部結構的嵌固效果是客觀存在的，因此上部結構底部的水平地震力通過地下室頂板進行傳遞是必然的，故高層地下室頂板必須具有足夠的剛度和較強的整體性，以保證可將上部結構的地震力進行有效傳遞。帶地下室的高層建筑，當地下室頂板視作上部結構的嵌固端時，地震作用下結構的屈服部位將發生在地上樓層，同時將影響到地下一層;地面以下結構的地震響應逐漸減小。因此，規范規定地下一層的抗震等級不能降低，而地下一層以下不要求計算地震作用，其抗震構造措施的抗震等級可逐層降低。

2地下室結構設計常見問題

2．1基礎底板

作為高層建筑的基礎，地下室底板最重要的作用是承受上部結構頂板、內承重墻柱和擋土側壁荷載［3］，并將這些荷載傳遞給地基，需保證地基的承載能力和沉降變形滿足規范的要求;當底板作為上部結構基礎時，一般設計成平板式筏基或梁板式筏基形式。地下室底板的另一個作用是防水抗滲，當結構基礎采用樁基或是獨立基礎時，底板常設計成防水板，主要承受水浮力和自身重力作用，需要進行裂縫控制。底板設計的常見問題是:一是面積和剛度不足易造成地基的承載能力不足，從而造成不均勻沉降和側移;另一種是厚度不足造成開裂滲水，易引起地下室漏水潮濕;因此底板設計時需要合理的布置和嚴格的計算。

2．2外墻

地下室外墻的主要作用是:擋土、防水抗滲以及將地下室圍護成封閉的空間，其設計至關重要。外墻是地下室的主要組成部分，承擔著上部結構的豎向力、水平向的土壓力、地下水壓力、人防荷載以及地面的堆載等，起主導作用的是水平方向的力［4］。計算地下室外墻的內力時，應綜合考慮各個方向的荷載值，一般需要根據支承的邊界條件和高寬比合理地選擇計算模型，常按四邊支承單、雙向板或是豎向懸壁板計算。設計時需要根據受力情況和裂縫寬度要求合理選擇混凝土的強度等級和鋼筋配筋率。

2．3頂板

高層建筑所承受的水平荷載主要通過地下室頂板傳遞給大地，因此，地下室頂板的剛度和厚度既要符合受力要求又要滿足施工堆載的需要，還要滿足防水防滲的要求，因此在鋼筋設置方面規范有嚴格的要求。剛度較好的頂板能夠對建筑物起到良好的約束和嵌固作用。地下室頂板的厚度有嚴格的要求，根據《抗震規范》和《高規》的要求，普通地下室頂板厚度不小于160mm［5］，作為上部結構抗嵌固端時，地下室頂板厚度不小于180mm;人防地下室頂板還需考慮人防荷載且要求厚度不小于200mm。

2．4抗浮、抗滲

地下室的特殊位置決定了其與土和水的接觸非常密切，當地下水位較淺、地下室層高過大或是埋深過深時，地下室底板上的水浮力常會大于地下室總配重;當超載的水浮力不能被平衡時，地下室基礎底板易上浮變形，進而造成開裂或是不均勻沉降，因此需要進行抗浮設計考慮地下水浮力的不利作用。地下室的抗浮設計有以下途徑:一種是增加底板以上結構的配重，包括增加覆土厚度、加大頂板和底板的厚度等以增大上部結構的重量，但這種方法是以犧牲地基的承載力為代價的，勢必造成浪費;第一種方式是采取必要的措施減小水浮力(或者稱為降低水頭)，主要通過設置明溝、暗溝和排水井和抽水泵等措施，將基礎底板下的地下水排走從而降低水位以減小水浮力;第三種方法是采取措施分擔或抵消多余的水浮力，主要是設置抗拔樁或是抗拔錨桿，這也是工程中使用最多的方式。

3高層民用建筑地下室結構改進設計

3．1完善設計前期的準備工作

設計人員首先應該全面了解建筑工程場地的基本情況，深入現場踏勘，掌握工程場地的現狀分布，熟悉地上建筑的層數、結構形式和荷載情況，弄清地下室的埋深、使用功能及建筑尺寸。熟讀本工程的巖土工程勘察報告，弄清土質的分布情況，根據地質報告和實際情況確定持力層和基礎形式［6］。

3．2細化基本結構構件的設計

根據各個工程的具體情況加以分析，確定出每個工程地下室結構各個構件(包括梁、板、柱、基礎底板、擋土側壁、抗拔樁等)的布置方式、荷載傳遞途徑、截面形式以及材料種類;針對各個構件的受力特點先分別考慮，然后再總體包絡設計，再經過反復的計算對比，最終設計形成最合理最優化的結構整體。

4結語

綜上所述，高層民用建筑的施工規模大、建造成本高、施工周期長。地下室的結構設計的技術問題種類繁多，主要包括:地基承載力及變形問題、抗浮問題、不均勻沉降問題等［4］。對于高層民用建筑來說，地下室的結構支承著整體結構的荷載，合理的、安全的和耐久的地下室結構不僅能保證主體結構的安全，更主要的是滿足人們多樣化的生活需求。高層建筑的地下室結構設計重點是保證承載能力、抗浮、防水、防滲、防沉降變形等方面。因此，設計人員要不斷提高自己的專業水平，設計出安全可靠、功能強大的地下室結構。

參考文獻

［1］廣寬云．高層建筑人防地下室結構設計［J］．門窗，2015(1):107－107．

［2］周鈺涵．高層建筑地下室結構設計要點分析［J］．科技創新與應用，2015(8):164－165．

［3］宋少剛．高層民用建筑結構設計的幾點重要思考［J］．中國建材科技，2015(2):101－102．

［4］徐霞．高層建筑地下室結構設計中常見問題分析［J］．四川建材，2015(2):57－58．

［5］鄺杰鋒．某高層建筑地下室結構設計與分析［J］．建材與裝飾，2017(3):90－91.

作者:楊宏偉1；丁翠霞2 單位：1．安徽省建筑設計研究院有限責任公司，2．合肥寶灣國際物流中心有限公司