高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設計的要點分析

鄭志龍

【摘要】隨著高層建筑的飛速發(fā)展，其建筑設備用房、地下消防水池和汽車停車位多功能都應用在地下室。本文結(jié)合工作經(jīng)驗，對高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)設計難點問題探討。

【關鍵詞】民用建筑；地下室；結(jié)構(gòu)設計 ； 嵌固端

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，現(xiàn)今的高層建筑日益增多，在城市工程建設中出現(xiàn)了非常多的地下室和地下車庫。將高層建筑的設備用房、地下消防水池和汽車停車位等等設置在地下室，不僅能夠充分地發(fā)揮地下室的作用，而且又滿足了基礎埋深的要求，同時地下停車場還可以用作人防地下室，以滿足戰(zhàn)時需要。因此，在高層建筑的設計中，如何合理地設計地下室的結(jié)構(gòu)這個問題顯得異常重要，現(xiàn)簡要地探討地下室在結(jié)構(gòu)設計中常見的幾個難點問題。

一、高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設計難點

由于在高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設計過程中存在諸多難點，比如不能有效確定地下室結(jié)構(gòu)設計的嵌固部位，不能有效設計地下室結(jié)構(gòu)設計的抗震等級等都是設計中存在的要點。因此，這就需要在進行高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設計中，應不斷加強對于上部嵌固的抗震能力的重視， 嚴格遵守地下室結(jié)構(gòu)設計中的要求，合理設計好剪切的剛度比，這樣才能有效確保高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。具體分析如下。

（一）合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位

上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的合理選取，在高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設計中的計算模型占有重要位置。而地下室的設計本身由墻、樁本身和承臺本身、 柱等都具有重要作用， 都需要進行承載力的計算。部結(jié)構(gòu)的嵌固部位主要指結(jié)構(gòu)預期塑性鉸出現(xiàn)的位置，它能直接限制構(gòu)件在兩個水平方向的轉(zhuǎn)動位移，即平動位移和扭轉(zhuǎn)位移，在這個過程中能夠?qū)⒌卣鹱饔脗鬟f到上部結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的選取，具體包括以下幾點要求。

1、加強對于上部嵌固的抗震能力的重視。由于上部嵌固部分主要是地下室頂板位置，而地下室一層的抗震等級會根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的實際情況進行測定，這就要求加強對于上部嵌固的抗震能力的重視。 首先地下一層的抗震等級不應低于上部結(jié)構(gòu)的抗震等級。其次由于地下室頂板的厚度，對承受荷載有著極其重要的作用，其中，包括地下室頂板所承受的側(cè)向荷載和垂直荷載，這就要求在頂板進行開洞過程中應盡量減少或避免開洞，如果必須要進行

開洞時，要適當減少洞口的面積大小，同時還要適當加強洞口周邊的構(gòu)造，從而避免或減少因剛度突變或強度降低，影響結(jié)構(gòu)的豎向側(cè)力構(gòu)件的連續(xù)，導致地下室不適宜作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。

2、嚴格遵守地下室結(jié)構(gòu)設計中的要求。依據(jù)JGJ3-2010《高規(guī)》，在地下室結(jié)構(gòu)設計中，對于地下室頂板的厚度有著一定要求，其厚度應超過160mm，而上部嵌固部位的地下室的樓板需達到180mm，地下室防水規(guī)范要求如果作為車庫頂板接觸地下水需要板厚增加為250mm；為了保證地下室做為嵌固端，配筋率要求達到0.25%并且雙層雙向布置，混凝土強度也不應小于C30.

（二）確定地下室結(jié)構(gòu)設計的抗震等級

針對高層建筑的大底盤，且地下室上有許多塔樓，同時每一個塔樓之間都是相互獨立的，當高層地下室作為上部塔樓的嵌固端時，地下室的抗震等級應與上部結(jié)構(gòu)相同，地下室一層以下的抗震等級可逐層降低，但不應小于四級。

二、高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)設計的施工條件的影響

業(yè)主關注著高層民用建筑地下室的經(jīng)濟效益，而高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)設計的施工條件對于整個工程的工期和質(zhì)量有著重要影響。從而要求設計技術(shù)人員進行高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設計時，要多加考慮施工條件的影響。通常情況下，應從以下幾個角度考慮。

首先，合理節(jié)省施工工期提高經(jīng)濟效益。由于施工工期在整個高層民用建筑過程中占有重要地位，而工期的長短將直接影響著業(yè)主及施工單位的經(jīng)濟效益。對于施工單位來說，縮短施工工期可以節(jié)省人員工資、固定資產(chǎn)折舊等建筑安裝工程費用。一方面，對于業(yè)主方來說，縮短工程施工工期，有利于提前還清貸款，降低工程項目的投資成本。另一方面，受傳統(tǒng)設計材料限制，地下室這種以大體積混凝土為主的結(jié)構(gòu)施工周期過長，施工時遇到問題也較多，而目前越來越多的工程采用了新技術(shù)新材料，加快了施工周期，雖然增加了投資成本，但是節(jié)省了人工費用，模板費用等。

其次，結(jié)合高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)設計的施工條件，優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)。高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)設計的初步設計階段，主要確定結(jié)構(gòu)形式、主要構(gòu)件尺寸及主要結(jié)構(gòu)材料等。由于高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)初步設計階段對整個工程的結(jié)構(gòu)造價影響約占70%。因此設計人員就要選擇符合當?shù)厥┕べY源的結(jié)構(gòu)材料，采用符合當?shù)毓I(yè)、經(jīng)濟情況的施工技術(shù)，這樣才能控制好工程的可行性和經(jīng)濟性。

三、高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設計的常見問題和措施

通常情況下，高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設計的常見問題主要體現(xiàn)在防水底板的設計，頂板的設計，外墻的設計、荷載的設計和抗浮和抗?jié)B的設計等多個方面，而高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設計要求又是整個高層民用建筑中的關鍵部分，因此，在對高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)進行設計的過程中，要嚴格按照建筑設計行業(yè)的相關規(guī)范制度，嚴格要求，全面統(tǒng)籌考量，確保高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量，具體分析如下：

（一）頂板的設計

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設計的相關標準，對于地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時， 地下室的頂板上不易開洞， 而對于頂板的厚度要求，要大于180mm，同時在配筋方面的要求也有嚴格控制，需采用雙層雙向配筋的方式，按照合理的配筋率進行設計【3】。

（二）外墻的設計

由于高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)的外墻設計有嚴格要求，這要求外墻不僅防水，防滲漏，還要起到擋土墻作用，這就要求外墻設計中不僅要考慮擋土作用，還要從裂縫來考慮抗?jié)B防水，這樣才能正確的對裂縫寬度進行合理計算。

（三）荷載的設計

對于荷載的設計要求，根據(jù)建筑需要，特別是消防車通道的荷載考慮及折減，這需要結(jié)構(gòu)人員精確考慮地下室頂板荷載，特別在高層地下室車庫項目中尤為突出，這關乎地下室整體結(jié)構(gòu)安全及經(jīng)濟效應。

（四）抗浮和抗?jié)B的設計

由于地下水位的變幅和地面種植澆灌水的影響，在進行地下室設計的過程中要全面考慮抗浮和抗?jié)B因素，一旦抗浮和抗?jié)B設計沒有得到良好的進行，將會直接影響到高層民用建筑的質(zhì)量。

1、抗浮設計

抗浮設計主要分為局部抗浮和整體抗浮兩種，結(jié)合若干抗浮樁與抗浮錨桿的實際工程經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，目前地下室抗浮設計主要面臨著地下水浮力計算理論不成熟、地勘報告不精準等問題。

2、抗?jié)B設計

在進行地下室的設計過程中，還應考慮地下水位變幅和施工技術(shù)等方面的因素所造成的抗?jié)B問題，建筑結(jié)構(gòu)抗?jié)B問題直接威脅高層民用建筑的使用壽命。因此，在設計過程中，要對影響抗?jié)B的因素做一個全面考量 。設計時可采用外加膨脹劑、設置伸縮后澆帶、加入合成纖維等方法予以控制。

四、結(jié)語

綜上所述，高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)設計是一項工作量巨大的且難度較大的工程，為了更好的滿足人們對于高層民用建筑的地下室的需求，這就要求在設計過程中，要嚴格遵守建筑設計行業(yè)的相關規(guī)范制度，以加強高層民用建筑的地下室結(jié)構(gòu)質(zhì)量為首要任務，同時全面統(tǒng)籌和考量設計過程中影響地下室結(jié)構(gòu)的因素，有效解決設計過程中遇到的問題，從而確保高層民用建筑的質(zhì)量。

參考文獻：

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