浅谈现代高层建筑地下室设计

摘 要：现代高层建筑中地下工程在整个项目中所占的比例日益增大。然而地下工程一般建造周期较长、材料消耗和施工难度较大，地下结构的设计将影响到整个工程的施工工期以及建设费用。因此，做好地下工程结构的设计，对整个工程的建设意义重大。本文针对地下室设计的技术问题为根本阐述了地下室外墙结构、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

中图分类号：TU745.1 文献标识码：A

1 地下室外墙结构设计

地下室的外墙是结构设计的重点，应按水、土压力验算，在设计时应注意以下要求：

1.1 荷载

地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括地面荷载、侧向土压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。

1.2 静止土压力系数

静止土压力宜由试验确定，当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7。

1.3 地下室外墙的配筋计算

实际设计时，在外墙的配筋计算中，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。因此，在计算地下室外墙的配筋时，对于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的外墙板块，如高层建筑外框架柱之间，按双向板计算配筋为宜，其余的宜按竖向单向板计算。

对竖向荷载较小的外墙扶壁柱，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋应根据扶壁柱截面尺寸的大小，适当地配以外侧附加短水平负筋加强，外墙转角处也应适当加强。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相等，底板的抗弯能力应不小于侧壁的抗弯能力，其厚度应与配筋量相匹配，并且此时底板内侧梁上的竖向荷载应适当加强，以保证梁受力安全。这种情况在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力应不小于侧壁底部的抗弯能力。

由于地下室外墙设计时实际情况的多样性，设计时应该根据具体情况进行的受力分析，从而设计才为合理。

2 地下室抗浮设计

当地下水位较浅时，则纯地下室有可能会有抗浮不满足要求的问题，特别是现在由于在城市中车位紧张，有些设计方案采用的多层地下室的做法。地下室的抗浮设计一般分为整体抗浮计算和地下室底板抗浮设计部分。

2.1 对地下室的整体抗浮问题，一般采用以下措施：

2.1.1 尽量提高地下室的地板标高，使抗浮力减小，即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。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。

2.1.2 增加地下室顶板覆土厚度。现在一般由于地下室顶板园林绿化的要求，一般来说地下室顶板有1.0m~2.0m的覆土，覆土厚度增加了，整个地下室的整体抗浮就能满足设计要求，此情况下在设计图纸时应注明地下室顶板的最小覆土厚度，并且要求在相应的覆土厚度施工前不得停止施工过程中地下室的降水，否则将会导致地下室“上浮”。

2.1.3 增加地下室基础或底板上的配重。此种方法一般来说采取增加基础底板的厚度、增加基础顶面覆土厚度、基础顶面采用容重大且价格低廉的填料三种方法。此种方法也能解决地下室整体抗浮的要求。

2.2 地下室底板的抗浮设计问题。在满足地下室的整体抗浮设计的前提下，地下室底板的抗浮设计主要指底板的梁板配筋。此时底板的配筋应同时满足两个方向的作用力，垂直地下室底板向下的满足地下室正常使用功能荷载（如用作车库或其他使用功能）的设计要求；垂直地下室底板向上的抵抗地下水浮力的设计要求。地下室底板的梁板设计取这两种设计荷载下的包络配筋。

2.2.1 上述“第2.1中第（1）条”中，提高的底板的标高，相对降低了抗浮设防水位，降低了地板的配筋，比较经济。

2.2.2 上述“第2.1中第（2）条”中，增加地下室顶板覆土厚度对地下室底板的配筋设计没有直接影响。

2.2.3 上述“第2.1中第（3）条”中，增加地下室基础或底板上的配重，使配重与地下水浮力作用部分抵消，有效的减小了垂直地下室底板向上的抵抗地下水浮力的设计要求；但同时增加了垂直地下室底板向下的配重荷载；故此种情况对地下室的底板的配筋需要按情况计算进行比较其经济性。

3 地下室不均匀沉降问题。

现在越来越多的主楼和裙楼相连的情况，对此一般有以下几种处理方法：

3.1 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，有效的避免了由于不均匀沉降产生的内力。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。

3.2 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。让裙房和主楼的沉降均保持很小，这样，既满足了地基承载力要求，又避免了明显的沉降差。但这种方法基础材料用量多，不经济。

4 高层建筑地下结构的抗震等级确定

4.1 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。

4.2 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。

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《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）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该满足各设计规范的要求，尽量能使得地下室的整体性加强。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

[3]冯雪.高层建筑地下室结构设计分析[J].民营科技，2011，(07).

[4]周凤兴.浅谈高层建筑地下室设计及处理方法[J].今日科苑，2010，(10).