摘要：國家大力提倡節(jié)約土地資源，地下空間成為建筑業(yè)界爭相追逐的熱點(diǎn)。本文就高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了歸納總結(jié)，闡述了高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法、步驟、重難點(diǎn)及注意事項(xiàng)。

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

1.引言

隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的大力推進(jìn)，國家城市土地資源越來越緊俏，建筑行業(yè)及城市交通行業(yè)不得不選擇向空中和地下發(fā)展，因此，高層建筑和地下空間的應(yīng)用越來越得到重視，就此，高層建筑因其功能和結(jié)構(gòu)的需要，越來越多的設(shè)置了地下室。同時(shí)，高層建筑不僅地上結(jié)構(gòu)的層數(shù)在顯著增加，其地下室結(jié)構(gòu)的層數(shù)也正在向多層發(fā)展，就此，關(guān)于地下室結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防水、保溫施工工藝也日益成為建筑業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。由于地下室結(jié)構(gòu)的工程環(huán)境特殊、涉及工種繁雜、且施工相對(duì)隱蔽、復(fù)雜，如果控制不佳，極易出現(xiàn)質(zhì)量問題，所以，對(duì)于該結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)給與特殊的重視和要求。

2.地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1選用計(jì)算簡圖：計(jì)算簡圖是進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)，故進(jìn)行計(jì)算簡圖的合理選擇是保證結(jié)構(gòu)物安全的先決條件。另外，計(jì)算簡圖應(yīng)在工程容許誤差范圍內(nèi)選擇，再配合適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施保證計(jì)算簡圖的準(zhǔn)確性。

2.2選擇基礎(chǔ)方案：應(yīng)依據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)構(gòu)形式及荷載分布選擇合適的基礎(chǔ)形式，綜合分析影響建筑物的施工條件等復(fù)雜因素，選擇經(jīng)濟(jì)合理，結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)形式。

2.3合理選擇結(jié)構(gòu)方案：選擇合適、經(jīng)濟(jì)、保證結(jié)構(gòu)安全的結(jié)構(gòu)形式是完成一個(gè)結(jié)構(gòu)物建設(shè)的前提，要確保結(jié)構(gòu)傳力體系明確、簡潔，地震區(qū)結(jié)構(gòu)物應(yīng)力求平面和立面規(guī)則。

2.4正確分析計(jì)算結(jié)果：現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普遍利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行，但是當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)軟件繁多，往往不同的結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)也不盡相同，這里要求設(shè)計(jì)師必須熟練把握計(jì)算軟件的選擇，了解其適用范圍。在進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，要保證輸入準(zhǔn)確，條件明確，在完成計(jì)算后要認(rèn)真分析電算結(jié)果，做出合理判斷。

2.5采取必要的構(gòu)造措施：必須遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則，保證結(jié)構(gòu)延性，保護(hù)薄弱部位，注意鋼筋錨固，考慮溫度變形及附加應(yīng)力的影響。

3.地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重難點(diǎn)分析

地下室工程涉及專業(yè)多且雜，在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要進(jìn)行承載力的設(shè)計(jì)，同時(shí)要考慮防火、使用功能、人防、管道、通風(fēng)等諸多專業(yè)。對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)而言，抗浮性和抗?jié)B性都要得到妥善處理?？傊叵率医Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計(jì)、施工、選擇材料等很多細(xì)節(jié)問題。下文將就具體問題進(jìn)行較為詳盡的探討。

4.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)

在高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，防火、人防、使用功能、設(shè)備用房以及坑道、通風(fēng)、排水、管道、采光等各個(gè)因素都要得到妥善考慮，例如，當(dāng)?shù)叵率业目v向尺寸超過規(guī)范要求時(shí)，需要確定如何設(shè)置變形縫，一般情況下，我們應(yīng)該盡量避免設(shè)置變形縫，因?yàn)榇斯ば驅(qū)O大的影響地下防水設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮其他方法（如設(shè)置后澆帶、使用外加劑）等方式回避設(shè)置變形縫。

4.2抗震設(shè)計(jì)

地下室抗震設(shè)計(jì)問題較多，比如，多層建筑中半地下室的埋設(shè)不達(dá)標(biāo)，因?yàn)榇私ㄖ锿鶎訑?shù)和高度都會(huì)超過GB50011-2001 第7.1.2 條的規(guī)范規(guī)定，此時(shí)，地下室頂板是上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，按照GB50011-2001 第6.1.3 條規(guī)定，當(dāng)?shù)叵率乙粚訛槿?jí)抗震，上部結(jié)構(gòu)是二級(jí)抗震時(shí)，地下室也應(yīng)該調(diào)整抗震等級(jí)為二級(jí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如果地下室結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不適當(dāng)，將大大影響整個(gè)建筑物的抗震性能，這里按照施工圖審查規(guī)則，通常來說，當(dāng)半地下室的埋深在大于地下室外地面以上高度時(shí)，才可以不計(jì)算其層數(shù)，要采取適宜的處理措施，否則不能作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位使用。查閱相關(guān)規(guī)范知，上層結(jié)構(gòu)部位的地下室樓蓋必須是梁板結(jié)構(gòu)物。當(dāng)?shù)叵率翼敯鍨闊o梁樓蓋時(shí)不能作為上部結(jié)構(gòu)的部位使用。此時(shí)，結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)以地下室底板為起點(diǎn)進(jìn)行，剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)的層數(shù)應(yīng)從地面起算且包括地下層。

4.3地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)

通常情況下，在此類設(shè)計(jì)中有以下諸多問題，違反GB50007-2002 第3.0.2 條，勘測報(bào)告為提供地下水位中計(jì)算浮力的起算點(diǎn)，或者設(shè)計(jì)師未按照勘察報(bào)告確定地下水位；違反GB50009-2001 第3.2.5 條，斜坡道沒有按規(guī)定進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，未處理坡道與主體的分縫處，斜坡道未進(jìn)行抗浮驗(yàn)算或驗(yàn)算結(jié)果不達(dá)標(biāo)；地下水位是地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)的重要標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際設(shè)計(jì)中只考慮正常使用極限狀態(tài)，未重視汛期和施工過程的影響，造成地下室在施工過程中由于抗浮不夠的局部破壞。此外，對(duì)于大面積地下室，其上部結(jié)構(gòu)不規(guī)則，同時(shí)并存高層建筑、多層建筑，還有無建筑區(qū)域，面積大、形狀復(fù)雜，這類抗浮問題相當(dāng)復(fù)雜，需要綜合復(fù)習(xí)模擬其荷載形式再進(jìn)行設(shè)計(jì)?？?jié)B性是地下室設(shè)計(jì)中除滿足受力要求之外的另一個(gè)重點(diǎn)，由于常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)物是帶裂縫工作的，為了滿足其抗?jié)B要求，通常我們采取下列措施：

（1）采用補(bǔ)償收縮混凝土：在混凝土中摻入外加劑（微膨脹劑），通過其膨脹值抵消砼的最終收縮值。保證其差值不小于混凝土的極限拉應(yīng)力時(shí)，此法即可控制裂縫。

（2）設(shè)置膨脹帶：混凝土由膨脹劑產(chǎn)生的膨脹變形不能完全抵消其早期收縮變形，而此法可以實(shí)現(xiàn)混凝土的連續(xù)澆筑，避免留施工縫。

（3）設(shè)置后澆帶：這是保證混凝土早期約束力得到有效釋放的施工工藝，此法針對(duì)長久性變形縫已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

（4）提高鋼筋混凝土的抗拉能力：在混凝土中設(shè)置變形鋼筋，水平溫度筋，強(qiáng)化混凝土面層，抵抗溫度變形，在墻體中設(shè)置水平暗梁抵抗由混凝土收縮不一致產(chǎn)生的約束力。

4.4外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室結(jié)構(gòu)的外墻是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)問題，要綜合考慮其水壓力、土壓力進(jìn)行驗(yàn)算，在設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮如下幾個(gè)方面的問題：

（1）荷載：此處需要考慮水平荷載和豎向荷載，地面荷載、人防等效靜力荷載和側(cè)向土壓力是水平荷載的主要來源，上部結(jié)構(gòu)物自重是豎向荷載的主要來源。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，豎向荷載、風(fēng)荷載、及地震荷載往往不起控制作用，墻體的配筋主要由水平荷載控制，應(yīng)按其彎矩值進(jìn)行配筋，并且通常不考慮與豎向荷載的壓彎組合，僅按照墻體彎曲計(jì)算配筋。

（2）靜止土壓力系數(shù)：最好由試驗(yàn)測定靜止土壓力，無法試驗(yàn)測定時(shí)，可以按照經(jīng)驗(yàn)參數(shù)確定（砂土取0.4左右，黏土取0.6左右）

（3）地下室外墻的配筋：計(jì)算外墻配筋中，當(dāng)外墻帶扶壁柱時(shí)，不能按照扶壁柱尺寸進(jìn)行配筋計(jì)算，應(yīng)該按照雙向板理論進(jìn)行計(jì)算配筋，扶壁柱則按照結(jié)構(gòu)整體電算結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行計(jì)算配筋，不按照外墻雙向板的荷載傳遞方式驗(yàn)算扶壁柱的配筋。由于外墻和扶壁柱要變形協(xié)調(diào)，這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致外墻豎向配筋不夠，扶壁柱配筋偏小，水平分布筋卻多余的情況。由此，地下室外墻的配筋，當(dāng)垂直于外墻方向有鋼混內(nèi)墻連接時(shí)，亦或者外墻扶壁柱的截面尺寸較大時(shí)，例如高層建筑的外層框架柱間墻，要適當(dāng)加強(qiáng)其外側(cè)主筋。外墻的水平分布筋要依據(jù)其扶壁柱的截面尺寸確定，適當(dāng)加強(qiáng)其外側(cè)附加短水平鋼筋，同時(shí)，外墻轉(zhuǎn)角墻也應(yīng)該適當(dāng)加強(qiáng)。應(yīng)該以底板作為外墻的嵌固端，按照固定支座簡化，側(cè)壁的底部彎矩和其相鄰底板的彎矩相同配置，保證底板的抗彎性能大于側(cè)壁的抗彎能力，應(yīng)注意協(xié)調(diào)墻體厚度和配筋，滿足配筋率的要求。

5.小結(jié)

高層建筑地下室設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一，作為設(shè)計(jì)師應(yīng)該注意積累地下室設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只要準(zhǔn)確把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合規(guī)范，全面考慮影響地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的諸多影響因素，以合理設(shè)計(jì)為前提，盡量降低建筑成本，最大限度保證高層建筑的安全性、適用性和耐久性是完全可能的。

參考文獻(xiàn)

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