摘要：随着我国城市化进程不断加快，为缓解城市人口与城市土地间的日益突出的矛盾，城市建设中各建筑在往高层、超高层发展的同时也在积极的开发地下空间。高层建筑工程施工的内容包括很多,地下室施工也属于其中的一部分,地下室结构的合理化设计能够使整个建筑的性能更加完善。设计初期规划地下室的结构,不仅能够对整个建筑物的质量保障具有促进作用,同时对建筑施工的顺利进行提供了保证。因此,有必要对高层建筑地下室工程的结构设计进行深入确切的研究,避免问题的出现。本文主要结合佛山某高层楼盘建筑地下室案例，对地下室结构整体设计进行了浅析探究。
关键词：高层建筑；地下室；结构设计
0引言
为缓解工程建设与土地资源之间的矛盾,现在高层建筑工程地下空间已经成为设计施工要点,因此出现更多地下室项目。因为地下室所处环境特殊,与其他结构相比,其更容易受到外部因素的干扰,出现渗漏水、开裂等质量问题,必须要加强对其的设计,保证结构科学性,不仅要满足基础功能需求,同时还要减少后期质量病害的产生。文章结合地下室特点,对其结构设计要点进行了重要分析。
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高层建筑地下室结构设计主要内容
2.1荷载设计
高层建筑地下室荷载设计中主要考虑水压、土压和自重等方面，组合荷载包括：各层楼板、基础、外墙和承重墙，不同部位对应了特定的荷载设计，例如：承重墙组合荷载中的静荷载、自重荷载等，计算出荷载的总和，规范组合荷载的数据。地下室荷载设计的实践性强，按照结构特点，划分出具有组合设计条件的荷载，防止荷载组合设计中出现重复的荷载，确保地下室结构荷载的精准性。
2.2底板设计
高层建筑地下室底板结构，应根据底板结构承载力计算结果，同时考虑基础承台的作用。底板应计算正截面受弯承载力，其厚度尚应满足受冲切承载力、受剪切承载力的要求。高层建筑主体结构地下室底板与扩大地下室底板交界处，其截面厚度和配筋应适当加强。
2.3外墙设计
地下室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，应考虑各方向的荷载值，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。
2.4顶板设计
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。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。
2.5抗浮、抗渗设计
抗浮设计目的是消除地下水对地下室以及邻近地下室楼层的不利影响，地下水是抗浮设计中的关键因素，落实限状态的设计，还能防止地下水引起局部破坏。抗浮计算与地下室的面积、形状等都有关系，不能单纯的计算抗浮极限，还要提高对洪水抗浮的重视度，也要考虑洪水期的抗浮极限，注重连接点处的抗浮设计，保护地下室结构的稳定性。防渗是高层建筑地下室结构设计时重点考虑的内容，要有效解决地下室结构中可能出现的渗漏问题，常用的防渗方法有：设置后浇带、在地下室使用抗渗混凝土等，应做到避免在地下室结构设计中留有过多的缝隙，以提高地下室结构整体防渗的水平。
3项目实例分析
地下室结构设计佛山某某雅苑住宅楼盘项目，该项目包括9栋高层住宅和部分商业配套，地上最高32层，地下一层，其中地上部位为钢筋混凝土剪力墙结构，地下一层为主要作为停车库。建筑抗震设计类别为丙类，项目所处区域的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。塔楼抗震等级为三级,裙楼结构部分的抗震等级与主体结构同为三级；地下室部分，塔楼外延两跨范围内为三级，其余均为四级。
3.1地下室的基础设计
根据地质勘查报告，本场地土有较多溶洞，大小不一，溶洞顶岩层较薄且多为微风化灰岩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆塔楼及其裙楼基础采用灌注桩，以强风化岩、中风化、微风化岩为持力层，φ790单桩承载力特征值为4000KN，φ1000单桩承载力特征值为5800KN。
地下室基础采用预应力管桩，其中管桩基础主要采用φ400预应力管桩，局部采用φ500预应力管桩，以全风化、强风化岩、中风化、微风化岩为持力层，φ400单桩承载力特征值为1150KN，φ500单桩承载力特征值为1500KN；人工湖范围使用φ400预应力管桩作抗浮使用，φ400单桩抗拔承载力特征值180KN。
3.2地下室顶板设计
本项目含一层地下室，层高为3.8m，地下室柱网为7.9×8.1m。人防区域位于地块南侧，抗力等级核6级常6级。覆土厚度暂定为1.8m，局部地下室范围内有消防车通道及消防登高面，场地中央为人工湖。
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活荷载取为5kN/m2。
2）园林景观及人防顶板设计。考虑室外使用功能的灵活性、多样性（包括园林绿化的施工车辆行驶要求）楼板活荷载取值为5kN/m2，消防车道及登高面部分荷载按照荷载规范的要求取值并根据实际覆土厚度作适当折减。该工程南侧为人防地下室，人防区域需按人防效荷载进行地下室顶板计算。
本工程地下室顶板上有1.8m的覆土荷载相对较大，地下室层高仅为3.8m，需保证地下室净高最大限度满足建筑及设备使用要求，并考虑成本控制等因素，顶板结构形式需经比对作合理选取。顶板标准跨(1.8m覆土园林区域)采用加腋主梁+加腋大板结构形式，板厚280mm，板腋尺寸300×1000mm，主梁截面400×800mm，梁腋尺寸300×1000mm，框架柱截面600×600mm；人防区域顶板标准跨也采用加腋主梁+加腋大板结构形式，板厚280mm，板腋尺寸300×1000mm，主梁截面550×900mm，梁腋尺寸300×1000mm\400×1200mm，框架柱截面600×600mm。非标准跨根据实际计算确定截面尺寸。顶板梁板及柱的砼等级均取C30。
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300mm，局部位置按实际计算高度要求需要取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，砼等级取为C30。
3.4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4.15m，抗渗等级P6。地下室底板所处土层为素填土及粉质黏土，承载力较低不能作为持力层，故本次设计地下室底板采用无梁楼盖防水板，按经验法经计算地下室底板厚400mm。
2）地下室底板的钢筋布置要合理。地下室底板同一方向的梁板面筋应布置在相同标高上，没必要把两个方向的板面筋布置在梁面筋以下。这是由于基础梁两个方向的面筋本身就存在高差，而若把底板双向的面筋都布置在基础面筋下，则会造成底板面筋的面筋保护层过大，造成窝顶情况出现。
3）抗浮桩的验算与设计。该工程地下室抗浮验算时分两种荷载情况，一种为标准跨（1.8m覆土），另一种为人工湖部分。经计算，标准跨（1.8m覆土）构件自重及覆土自重的标准值G=3769kN，而该处承受的向上的水浮力标准值Fw=2912kN，G﹥1.05Fw，满足抗浮要求而无需抗浮桩，可不考虑抗浮要求，仅需满足竖向抗压承载力即可。人工湖部分，由于覆土荷载仅为0.5m自重较小，G=2246kN，Fw=2912kN，G﹤1.05Fw，因此必须考虑抗浮要求。根据工程地质勘察报告提供的数据及土层情况，经计算确定φ400预应力管桩四桩承台抗浮，单桩竖向抗浮承载力特征值Ra=180kN，满足抗浮要求。
4结语
总之，高层建筑地下室是整个建筑结构的重要基础部分，其结构设计一项系统、复杂的工作，而且在地下室结构设计的影响因素也较多，因此，作为设计人员在设计中要做到科学性和合理性，同时还要对严格控制施工质量，从而确保地下室结构的安全性和稳定性，进而促进建筑行业的可持续发展。
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论文作者:吕日伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/17
标签：地下室论文; 荷载论文; 顶板论文; 结构论文; 底板论文; 承载力论文; 侧壁论文; 《基层建设》2018年第17期论文;