高层建筑地下室设计方法分析

摘要：地下室的设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决。本文就针对地下室设计的技术问题为根本阐述了地下室外墙计算模型、抗浮、 不均匀沉降和抗震问题，供同行参考。

关键词：高层建筑 地下室； 设计

1前言

现代建筑体形越来越庞大 随着汽车的相对普及和城市的空间相对有限使得人们对地下室的依赖程度越来越高．地下室超长超大已非常普遍。超长地下室作为一个整体来设计可以避免许多问题因设置伸缩缝很难解决漏水的问题 也不利于布置设备管线．施工比较困难，结构质量也难以保证。因此大部分地下室设计都不再设置永久性的伸缩缝。但是超长地下室的设计也存在不少问题．如温度应力．地下水浮力，不均匀沉降等等。在设计中怎样解决好这些问题将成为地下室设计成败的关键。

2地下室外墙计算模型

（1） 地下室外墙配筋计算有的工程外墙配筋计算中，凡外墙带扶壁拄的，不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理，其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议：除了垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱之间)外墙板块按双向板计算配筋外，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小，可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强。

（2） 地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这方面问题在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。地下室底板标高变化处也经常发现类似问题：标高变化处仅设一粱，梁宽甚至小于底板厚度，梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时，车道底板位于外墙中部，应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用，该荷载经常遗漏。

图1基础形式 1―外墙 ；2―内柱

3地下室抗浮设计

当地下室埋藏较深或地下水位较浅时，裙房及纯地下室部分可能会有抗浮不满足要求的问题。针对此种情况， 应采取以下措施：

（1） 在设计允许的情况下，尽可能提高基坑坑底的设计标高，间接降低抗浮设防水位。高层建筑的基础底板多采用平板式筏板基础和梁板式筏板基础。一般而言，平板式筏板基础的重量与梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当，但后者的基础高度一般要比前者高，在保证基顶标高不变的情况下，后者的基础埋深要大于前者。从而相对提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基础更有利于降低抗浮水位。

（2）楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1／22～1／16，宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高，从而相对降低了抗浮设防水位。

（3） 增加地下室的层高来增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法，但这种方法还应该结合地基土的承载力而定；在对主体结构的地基承载力进行深度修正时，增加地下室的层高可以提高主体结构的有效埋置深度， 从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。①增加基础配重。此种方法大致有以下3种情况：增加基础底板的厚度、增加基础项面覆土厚度、基础项面采用容重大且价格低廉的填料。这三种方法的共同特点是：在增加基础配重用以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度，从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度，因此它不是一种效率最高的方法。② 增加地下室项板的厚度。这种方法的优点是：在不增加基坑坑底标高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室顶板的大板块之间可以不再设置次梁。但此种方法的缺点是会略增加地下室项板框架梁的负荷，而且由于板厚有限，这种方法解决抗浮问题的效果也是有限的。

（4）设置抗浮桩。表面上看这是一种解决抗浮问题行之有效的方法，但仔细分析，这种方法也有一定的局限性，从结构受力方面讲，由于地下室的抗浮设防水位是根据拟建场地历年最高水位结合近几年的水位变化情况提出来的，即使是经过重新评估后确定的抗浮设防水位，也是按一定的统计规律得出的结论。很显然，这种方法确定的地下水位在一般的情况下是很难达到的。加之设计计算的不精确性也使得抗浮桩具有一定的安全储备，因此， “抗浮桩”实际上长期起着“抗压桩”的作用。这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降，而这种变化将会使无沉降缝的大底盘地下室在主体结构和裙房之间产生更大的不均匀沉降差；同时设置抗浮桩后，计算基础底板内力及配筋时应考虑地下水压力，这样也会增加基础底板的荷载。另外一方面，如果地下水位长期处于一种较高的水平之上，设置抗浮桩也不乏是一种有效的方式。因此，抗浮桩是一把双刃剑，使用时需仔细考虑。

4 地下室不均匀沉降

解决不均匀沉降问题大致有以下几种方法：

（1） 裙房和高层建筑之间设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响，避免由于不均匀沉降产生的内力，这是所谓“放”的方法。但实际上这样做，给建筑的立面处理、地下室的防渗漏、基础的埋置深度和整体稳定等带来很多困难。

（2）裙房和高层建筑之间不设沉降缝，采用端承桩，将桩端置于坚硬的基岩或砂卵石层上。这样，既满足了地基承载力要求，又避免了明显的沉降差。这是所谓的“抗”的方法。但这种方法基础材料用量多，不经济，一般用于超高层建筑或地基持力层较差的情况。

（3）在设计中不设沉降缝，而采取一定的措施，调整地基反力，尽量减少不同部分的地基反力差，从而减少沉降差。这是所谓“调”的方法。如：裙房部分采用天然地基，主楼部分采用复合地基或桩基。裙房和主楼部分采用不同的基础形式，主楼采用筏基或箱基，裙房采用独立基础或条形基础。

（4） 在主裙楼之间设置沉降后浇带，钢筋不断，先施工主楼，待主楼封顶完成大部分沉降后，再施工裙房。两部分沉降基本稳定后再浇筑后浇带。这样，用调时间差的办法解决了沉降差， 同时又避免了设置沉降缝带来的麻烦。这也是一种“调”的方法。

5 高层建筑地下结构的抗震等级

(1) 当地下室顶板作为上部结构嵌固端时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震等级可逐渐降低一级；对于标准设防类(丙类)建筑，6、7度时不宜低于四级，8度时不宜低于三级，九度时不宜低于二级；对于重点设防类(乙类)建筑，6度时不宜低于四级，7度时不宜低于三级，8度时不宜低于二级，9度时应专门研究。地下室中无上部结构部分，可根据具体情况采用三级或四级。除九度外，上部结构以外范围较大的地下室结构可采用三一四级。

(2) 当地下室不能作为上部结构的嵌固端而需嵌固在地下其它楼层时，实际嵌固部位所在楼层以及以上的地下室楼层(与地面以上结构相对应的部分)的抗震等级，可取为与地上结构相同。嵌固部位以下可按上述(1)采用。

(3) 当地下室为大底盘其上有多个独立塔楼时，若嵌固部位在地下室顶板，地下一层高层部分以及受高层部分影响范围以内部分的抗震等级应与高层部分底部结构抗震等级相同。地下一层其余部分以及地下二层以下各层抗震等级可以按照上述(1)方法确定。当地下一层受高层部分影响范围在规范没有确定前，设计可以按照工程具体情况考虑取一倍主楼对应尺寸和基础埋深较大值。具体抗震等级的确定见图2。

图2高层建筑地下室抗震等级示意图

5、结语

地下室的设计应遵循安全、适用和合理的原则，安全是合理设计的前提。地下室往往作为高层上部结构的嵌固部位，地下室的外墙刚度大，结构布置时应根据JGJ 3―2OO2 高层建筑混凝土结构技术规程》来保证其刚度，平面上尽量保持刚度均匀，各层板包括顶板的厚度应尽可能符合设计要求，尽量能使得地下室形成一个坚固的箱体。只有在参建各方的通力合作下，不断地进行探索和创新，才能更加合理、更加有效地开发和利用地下空间。

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