浅谈高层建筑地下室结构的优化设计

浅谈高层建筑地下室结构的优化设计

摘要：近年来，随着我国经济的高速发展及城市用地资源越发紧张，地下空间的利用价值变得越来越大。但地下室工程涉及建筑、结构、设备、人防等专业，在设计地下室过程中需要各个专业的互相配合。本文主要针对高层建筑地下室结构的优化设计进行了分析与讨论。

关键词：高层建筑、地下室结构、优化设计

高层建筑地下室结构设计要点分析

地下室处于室外地面以下，因为地下室侧墙有极大的刚度且地下室与上部结构为整体，一般情况地下室可作为上部结构的嵌固端。在建筑首层以下建造地下室，可以提高建筑用地效率。一些高层建筑基础埋深很大，充分利用这一深度来建造地下室，其经济效果和使用效果俱佳。地下室的类型按功能分，有普通地下室和防空地下室。按结构材料分，有砖墙结构和混凝土结构地下室。按构造形式分，有全地下室和半地下室，地下室顶板的底面标高高于室外地面标高的称半地下室，即室内外高差的平均高度大于该房间平均净高1/3 ，且小于等于1/2 者。这类地下室一部分在地面以上，可利用侧墙外的采光井解决采光和通风问题。地下室顶板的底面标高低于室外地面标高的，称为全地下室。地下室一般由顶板、底板、侧墙、楼梯、门窗、采光井等组成，其中地下室的顶板采用现浇或预制混凝土楼板，板的厚度按首层使用荷载计算，防空地下室则应按相应的防护等级的荷载计算。在地下水位高于地下室地面时，地下室的底板不仅承受作用在它上面的竖向荷载，还承受地下水的浮力，因此必须具有足够的强度、刚度、抗渗透能力和抗浮力的能力。地下室的外墙不仅承受上部的垂直荷载，还要承受土、地下水及土壤冻结产生的侧压力，因此地下室墙的厚度应按计算确定。地下室的门窗与地上部分相同。当地下室的窗台低于室外地面时，为了保证采光和通风，应设采光井。采光井由侧墙、底板、遮雨设施或铁箅子组成，一般每个窗户设一个，当窗户的距离很近时，也可将采光井连在一起。地下室的外墙和底板都深埋在地下，受到土中水和地下水的浸渗，因此，防潮防水问题是地下室设计中所要解决的一个重要问题。一般可根据地下室的标准和结构形式、水文地质条件等来确定防潮、防水方案。当地下室底板高于地下水位时可做防潮处理。当地下室底板有可能泡在地下水中时应做防潮防水处理。

（二）高层建筑地下室结构设计应注意的问题

1、防水问题。高层建筑地下室结构的防水设计其核心就是要最终浇筑成的结构混凝土达到设计强度,满足抗渗、抗侵蚀, 结构致密且无有害裂缝。混凝土是多孔材料, 仅仅通过石子的连续级配、提高水泥用量和砂率、加入有机硅或减水剂等来减小混凝土的空隙和毛细孔隙, 以提高混凝土的抗渗性往往得不到令人满意的效果, 这是由于忽视了混凝土的致命弱点——收缩。尽管混凝土很致密,但干缩和冷缩(温差收缩)很容易使混凝土结构产生裂缝,从而破坏结构的整体防水功能。随着混凝土外加剂应用技术的发展,混凝土防水技术又上了一个新台阶,尤其是补偿收缩防水混凝土的出现,较好地克服了普通混凝土抗拉强度低,极限拉

应变小的缺陷。2、抗震要求。如果地下室的抗震设计不当，对整体抗震性能会产生较大影响，对于半地下室的埋深，应大于地下室外地面以上的高度，才能不计其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱要协调统一。3、地下室抗浮问题。在实际的地下室抗浮设计过程中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。另外，实际中在同一整体大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑，而地下室面积大，形状又不规则，加之局部上方没有建筑，此类抗浮问题也相对比较难以处理，须作细致分析处理。

（三）高层建筑地下室结构的优化设计

1、地下室结构的防水设计。地下结构混凝土渗漏问题始终是防水工程施工的技术难点,二次结构又是防水工程技术难点的关键，提高地下结构混凝土自防水能力是防水混凝土施工过程中必须解决的关键技术问题。混凝土应分层分段浇筑,减少由于不必要间隙缝和漏振造成的混凝土不密实。首先，施工缝处浇注混凝土时,界面处要用与原混凝土相同水灰比的水泥砂浆进行处理,界面处浮碴要清除干净。其次，混凝土应采用机械振捣,要振捣充分以保证混凝土的密实性,在边梁、中梁处要从侧面插入振捣,在钢筋密集的地方使用直径35mm的细棒振捣,在梁与板结合部位还应进行二次振捣,防止由于截面变化和混凝土收缩引起的开裂。在规范允许的条件下,尽量采用较大粒径级配连续的骨料配制混凝土,实践证明,采用较大粒径的骨料配制同样强度的混凝土,在水灰比相同的条件下,水泥用量可减少40kg-50kg,用水量也会相应减少。混凝土升温的热源是水泥水化热,设计中建议应选用中低热的水泥品种,可减少水泥水化热,降低混凝土温升。

2、地下室外墙设计。地下室外墙所承受的荷载分为水平和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖所承受的荷载和自重；水平荷载包括地面活载、侧向土压力和地下水作用。风荷载或水平地震作用对地下室外墙平面内产生的内力较小。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。

3、荷载取值。竖向荷载有上部及各层地下室顶板传来的荷载和外墙自重；水平荷载有地坪活荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静荷载。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。除了计算外墙承载能力极限状态还应作正常使用极限状态下裂缝验算。

4、防裂设计。要防止地下室裂缝，采取的主要措施：补偿收缩混凝土，即在混凝土中渗入UEA、HEA等微膨胀剂。以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。参考文献：

1 冯雪；高层建筑地下室结构设计分析[J];民营科技;2011年07期

2 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年10期

3、李鹏;;关于地下室外墙结构设计的分析[J];四川建筑;2011年05期