浅析高层建筑地下室结构设计

浅析高层建筑地下室结构设计
摘要：随着我国城市化建设的加快，城市房屋的需求量和建设量也越来越大，
由于城市的建设用地资源有限，合理的利用每寸土地成为了整个建筑行业考虑的
突出问题，建设高层建筑是提高土地利用率的必然选择。

而高层建筑通常要设地
下室，有地下室的高层建筑震害损坏较轻，且利于提高地基承载力和结构抗倾覆。

地下室的合理设计对整个高层建筑来说十分重要。

本人就地下室设计常遇到的问题，以及如何合理设计地下室，进行分析研究并探讨相应对策。

关键词：高层建筑；地下室；结构设计；问题及对策
高程建筑的地下室有着重要的使用功能，常见的设计为储藏室和地下停车库，在商业综合体建筑中可以设计成地下商场等公共使用空间，由于地下室的使用越
来越广泛，所以在设计中有了更高的要求，现总结出地下室设计时常遇到的几个
问题，并提出相应解决办法。

一、高层建筑超长地下室的设计
混凝土在空气中结硬过程中体积减小的现象称为收缩。

产生收缩的主要原因
是混凝土硬化过程中化学反应产生的凝结引缩和混凝土内的自由水蒸发产生的收缩。

混凝土的收缩对钢筋混凝土构件会产生有害影响，使构件中产生收缩应力，
收缩应力过大就会使构件产生裂缝，影响结构的正常使用。

因此应当设法减小混
凝土的收缩，避免结构产生过大裂缝。

常用的方法是在结构中设置变形缝。

但是
对于地下室结构却有所不同。

常见的高层建筑往往是由一个大地库和上面的若干栋建筑组成，地面以上的
建筑或各自独立成为一栋房屋，或根据平面形状通过设置变形缝，划分为若干单元。

此类情况，地面以上的各建筑单体通常以地下室顶板为崁固端，而地下室是
相互连通形成一个整体。

高层建筑地下室是不宜设置变形缝的。

最常见的解决办
法是通过设置后浇带，来减小混凝土的干缩、环境的温度变化及上部建筑物不均
匀沉降所造成的混凝土变形的不利影响。

当地下室长度超过伸缩缝最大间距时，
可每隔30m～40m设置贯通顶板、底部及墙板的施工后浇带。

后浇带可设置在柱
距三等分的中间范围内以及剪力墙附近，其方向宜与梁正交，沿竖向应在结构同
跨内；底板及外墙的后浇带宜增设附加防水层；后浇带封闭时间宜滞后45d以上，其混凝土强度等级宜提高一级，并宜采用无收缩混凝土，低温入模。

如果是沉降
后浇带，封闭时间则要等到主体封顶后。

当地下室是人防地下室以及桩基础时，
则要考虑后浇带的避让。

比如避开人防出入口，楼梯间，桩位等。

以下附两个工程地下室的后浇带布置图，具有典型性。

（1）昆山金鹰B地块项目一期地下室后浇带布置
（2）南京新城吾悦广场NO.2016G92地块后浇带布置
二、高层建筑地下室的抗浮设计
住宅类高层建筑地下一层较多，而商业综合体类地下室往往是两层甚至三层以上，对于
设置大底盘的地下室高层建筑，塔楼部分一般不会出现抗浮问题，但裙楼及纯地下室的抗浮
是常见问题，尤其是在地下水位较高的地区。

结构抗浮验算必须根据岩土工程勘察单位提供的地下水浮力的设计水位来验算。

当抗浮
设计水位较高，裙房满堂地下室或地下车库需要采用抗浮措施时，应按工程具体情况区别对待。

如果裙房满堂地下室或地下车库是独立建筑，与高层主楼基础没有连接成整体，并有一定距离不会因差异沉降造成影响时，抗浮措施可根据经济技术比较采用：抗浮锚杆、抗拔桩或压重等方法；
如果高层主楼基础与裙房满堂地下室或地下车库连接成整体，均采用桩基，通常可采用抗拔桩的方法来抗浮。

近几年预应力管桩应用也比较普遍。

如果高层主楼基础与裙房满堂地下室或地下车库连接整体，且高层主楼采用的是天然地基，预估有若干沉降量，裙房或地下车库抗浮宜采用压重（采用素混凝土，重度不小于30 kn/m2 钢渣混凝土或砂石料）方法。

三、高层建筑地下室的顶板设计
常见的高层建筑中，对地面以上的各建筑单体，确定上部结构嵌固部位对地下室和各单体建立正确的模型进行计算分析，是首先要解决的问题。

假如大底盘的地下室上有两栋以上的高层塔楼，若把地下室自身基础层的顶面作为上部结构嵌固部位，相对的上部塔楼结构则需选择多塔结构去完成建模并计算，这种情况与现实情况不符，且计算起来更复杂，因此需按照实际情况把上部结构嵌固端选择在地下室顶板，在计算时把地下室当成一个整体。

为使地下室的顶板变成上部结构主要的嵌固部分，需从地下室自身的设计阶段去着手。

地下室顶板作为上部结构的崁固端，应符合以下要求：（1）必须具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力。

顶板应避免开设大洞口，应采用现浇梁板的结构，其楼板厚度应不小于180 mm，室外覆土顶板应不小于 250 mm。

楼板混凝土强度等级不宜小于 C30，应采用双层双向的配置形式，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

（2）楼层的侧向刚度切不应低于相邻上方楼层侧向刚度的 2倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。

为了满足侧向刚度比要求，宜尽可能减少竖向构件在崁固端的转换，尽可能地落至基础；同时可在地下室范围内调整刚度较弱方向的竖向构件截面，以对侧向刚度比调整，使其满足规范要求。

（3）抗震设计的高层建筑中，地下一层相关范围抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级；地下室中超出上部主楼相关范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据情况采用三级或四级。

这里的相关范围一般指的是主楼周边外延1~2跨的地下室范围。

四、总结语
在我国经济快速发展的大环境下，高层建筑的地下室设计越来越受到人们的关注，地下室有着重要使用功能，在整个设计体系中非常关键。

处在鼓励创新的大背景下，建筑行业出现很多新事物，建筑设计人员要根据实际情况，综合各方面考虑，保证高层建筑地下室的设计安全性、适用性以及经济合理性，充分发挥地下室在高程建筑中的作用。

参考文献：
[1]混凝土结构设计规范 GB50010-2010 (2015年版)
[2]高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010
[3]建筑地基基础设计规范 GB5007-2011。