謝勇高

摘要：高層建筑地下室在整個(gè)建筑工程項(xiàng)目建設(shè)之中占據(jù)著重要的位置。如果出現(xiàn)設(shè)計(jì)不夠合理的情況就會給建筑工程帶來嚴(yán)重的隱患?；诮ㄖこ痰牡叵率医ㄔO(shè)受到很多因素的影響，結(jié)構(gòu)師需要做好高層建筑地下室方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，深入的探討和詳細(xì)的受力分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析

伴隨著對城市的地下空間使用的逐漸增多，地下室在整個(gè)建筑工程之中起著重要的作用，尤其是在一些高層建筑地下室之中。對于地下室的建設(shè)，需要投入的費(fèi)用方面有更高的需求。高層建筑地下室工程建設(shè)比一般的地上建筑更有難度，因?yàn)榈叵碌沫h(huán)境具有不穩(wěn)定性，有很多不確定性因素，如地下室的抗浮、地基不均勻沉降、地下室頂板混凝土養(yǎng)護(hù)不好而開裂等情況都會對地下工程構(gòu)成影響。如果在設(shè)計(jì)和施工之中沒有做好對這些因素的考慮，就可能給地下室建設(shè)帶來隱患。因此，對于地下室的設(shè)計(jì)和施工，須對相關(guān)資料深入研究，嚴(yán)格按照現(xiàn)行國家設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，保證地下室結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠。

一.上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的選取

上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位的選取，影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）（以下簡稱《高規(guī)》）中5.3.7條的要求，只有當(dāng)?shù)叵乱粚优c首層側(cè)向剛度比不小于2時(shí)，地下室頂板才可作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位，而計(jì)算地下室結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度時(shí)，可考慮地上結(jié)構(gòu)以外外擴(kuò)不超過三跨的地下室范圍。對于大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)，宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計(jì)算，并采用較不利的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

但有些建筑結(jié)構(gòu)限于條件，很難滿足地下一層與首層側(cè)向剛度比要求。根據(jù)《高規(guī)》對“多塔樓結(jié)構(gòu)”術(shù)語的條文說明解釋，一般情況下，在地下室連為整體的多塔樓結(jié)構(gòu)可不作為本規(guī)程第10.6節(jié)規(guī)定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但地下室頂板設(shè)計(jì)宜符合本規(guī)程第10.6節(jié)多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定。言下之意，地下室連為整體的多塔樓結(jié)構(gòu)，地下一層與首層側(cè)向剛度比不滿足不小于2的要求時(shí)，嵌固部位可選在底板，但頂板要滿足《高規(guī)》10.6節(jié)的構(gòu)造要求。

二.現(xiàn)澆梁板式地下室頂板設(shè)計(jì)須注意的問題

地下室頂板的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C30，也不宜高于C40。

普通地下室頂板厚度不宜小于160mm，作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室頂板不應(yīng)開大洞，厚度不宜小于180mm，應(yīng)雙層雙向配筋，且每層每個(gè)方向的配筋率不宜小于0.25%。而根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB 50108-2001）第4.1.6-1條，防水混凝土結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm，故建議純地下室頂板（無上部結(jié)構(gòu)的地下室范圍）板厚取250mm。

地下室頂板消防車道荷載的取值是高層建筑地下室設(shè)計(jì)中需要高度重視的一個(gè)問題。在新荷載規(guī)范即《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）頒布前，各設(shè)計(jì)、施工圖審查單位對消防車道的取值難以統(tǒng)一，給設(shè)計(jì)和審查帶來很多不便。新荷載規(guī)范對此給出明確規(guī)定，下面以具體例子說明消防車道荷載的取值問題：

有一高層建筑地下室頂板結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)8.1mx8.1m，現(xiàn)澆混凝土梁板結(jié)構(gòu)，次梁為井字梁均勻布置，板跨度為2.7mx2.7m，覆土厚度s=1.5m。

查《荷載規(guī)范》表5.1.1項(xiàng)次8（1）得消防車標(biāo)準(zhǔn)值Pk=35KN/m2；

根據(jù)B.0.2條，板頂折算覆土厚s1=1.43stanθ=1.43x1.5xtan450=2.145m；

查表B.0.2，樓板跨度按3x3列，荷載折算系數(shù)為k=0.57+（0.67-0.57）x

（2.5-2.145）/（2.5-2.0）=0.641

考慮覆土厚度的折減后，消防車道荷載取值Pk=35x0.641=22.435，可取22.5 KN/m2；

計(jì)算地下室頂板消防車道范圍的樓板配筋時(shí)，樓板的活荷載可直接取22.5 KN/m2。

根據(jù)《荷載規(guī)范》5.1.2條，當(dāng)設(shè)計(jì)消防車道范圍的梁、墻、柱時(shí)，上述取值還需乘以折減系數(shù)0.8，即22.5x0.8=18 KN/m2。

根據(jù)《荷載規(guī)范》5.1.3條，當(dāng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)可不考慮消防車道荷載，這是因?yàn)橄儡嚭奢d標(biāo)準(zhǔn)值很大，但出現(xiàn)概率小，作用時(shí)間短。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，同時(shí)減少平時(shí)使用時(shí)產(chǎn)生的不均勻沉降，允許不考慮消防車道的消防車活荷載。

在此，筆者建議，考慮消防車道活荷載的存在，在設(shè)計(jì)地下室頂板樓板時(shí)采用，計(jì)算模型1（消防車道荷載取22.5 KN/m2），設(shè)計(jì)梁、墻、柱時(shí)采用計(jì)算模型2（消防車道荷載取18 KN/m2），設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)采用計(jì)算模型3（消防車道荷載按一般活荷載，或者取施工荷載即可）。

地下室頂板需采用雙層雙向配筋。當(dāng)頂板為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，各層各方向配筋率均不應(yīng)小于0.25%的配筋率。在一些荷載較大（比如消防車道范圍、覆土較厚范圍）或跨度較大的板，當(dāng)貫通筋不足時(shí)板負(fù)筋需另外附加，附加負(fù)筋的間距宜取貫通筋間距的倍數(shù)，比如貫通筋間距為150mm時(shí)，附加負(fù)筋間距宜取150mm和300mm，以此類推。

高層建筑地下室不宜設(shè)置變形縫。當(dāng)?shù)叵率议L度超過伸縮縫最大間距時(shí)可每隔30～40m設(shè)置貫通頂板、底部及墻板的施工后澆帶。后澆帶可設(shè)置在柱間距三等分的中間范圍內(nèi)，其方向宜與梁正交，沿豎向應(yīng)在結(jié)構(gòu)同跨內(nèi)。為避免主樓和純地下室基礎(chǔ)沉降不均勻，宜在主樓周邊設(shè)置沉降后澆帶。后澆帶混凝土強(qiáng)度等級宜提高一級。

因純地下室頂板有覆土厚、消防車道荷載大等特點(diǎn)，框架梁（WKL）的設(shè)計(jì)過程中，需要注意兩個(gè)問題。一是框架梁端彎矩和剪力都比較大，此時(shí)可考慮在梁端豎向加腋，特別是消防車道范圍的梁，可收到受力合理和經(jīng)濟(jì)效益的雙重效果。二是次梁（井字梁或者十字梁）傳給框架梁的集中荷載較大（特別是消防車道范圍），檢查框架梁在次梁兩側(cè)的附加橫向鋼筋（附加箍筋和吊筋）是否足夠，在優(yōu)先考慮附加箍筋的情況下還不足以承擔(dān)時(shí)，增加吊筋的數(shù)量或直徑。如果框架梁高度較大而影響建筑凈高時(shí)，可考慮做反梁。

三.地下室墻柱設(shè)計(jì)須注意的問題

高層建筑地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下一層柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。目前的計(jì)算程序（比如PKPM），在參數(shù)設(shè)置中指定地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，程序能自動將地下一層柱縱向鋼筋面積放大為地上一層對應(yīng)柱縱向鋼筋面積的1.1倍。當(dāng)嵌固部位設(shè)置在地下室底板時(shí)，地下室柱和剪力墻的邊緣構(gòu)件縱向鋼筋面積不小于地上一層即可。

帶地下室的高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼敯鍨樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地震作用下結(jié)構(gòu)的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時(shí)將影響到地下一層，地面以下結(jié)構(gòu)的地震影響逐漸較小。因此主樓及主樓周邊外延1～2跨的地下一層的抗震等級不能降低（按地上一層），地下一層以下的抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低，但不應(yīng)低于四級；純地下室部分抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。

高層建筑地下室外墻厚不宜小于250mm，混凝土強(qiáng)度等級取C30為宜，其豎向和水平分布鋼筋應(yīng)雙層雙向布置，間距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%。

結(jié)束語

本文從上部主體結(jié)構(gòu)的嵌固端選取、地下室頂板的梁、板和墻柱等幾個(gè)方面對高層建筑地下室的設(shè)計(jì)做了綜合的考慮，目的是為了實(shí)現(xiàn)高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2012

[2] 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010