谈高层建筑地下室结构设计关键点

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［摘要］在高层建筑地下室结构的设计中，须充分了解高层建筑结构特点，严格遵守地下室结构的相关设计规范，地下室结构荷载、层高、顶板、外墙、底板、保护层、平面布局、变形缝设置、结构防水、配筋率及抗浮抗震等各项设计要点，不断优化设计方案，从而为保证高层建筑结构安全奠定良好的基础。

［关键词］高层建筑；地下室结构；设计关键点

高层建筑工程对地下室结构设计有很高的要求。设计人员必须充分了解高层建筑结构特点，运用结构概念设计理论，准确把握地下室结构设计中顶底板、外墙、保护层等关键点，并按照设计规范要求科学选取地下室结构荷载，合理设置变形缝和施工后浇带等，同时要加强地下室结构的抗震和抗浮设计，防止地下室结构出现渗水等问题。此外，设计人员还应结合项目的实际情况，对地下室结构设计方案不断进行优化，全面提高地下室结构的设计水平和质量，为高层建筑整体结构的稳固性和安全性创造良好的前提条件，从而促进我国建筑行业的现代化发展。

1地下室结构设计基本原则分析

随着我国高层建筑工程的不断增加，为了使建筑空间得到充分有效的利用，高层建筑的地下室也在向多元化功能方向发展，因此地下室结构也日趋复杂，这对于地下室结构设计提出了新的要求。设计人员在进行高层建筑地下室结构设计时，必须充分考虑地下环境及高层建筑工程的实际情况等相关因素，运用结构设计概念分析，准确选取地下室荷载，提高结构形式选择的合理性，并在保证地下室结构安全的基础上优化设计方案，提高地下室结构设计方案的可行性和经济性，从而为高层建筑工程建设奠定良好的基础。

2地下室结构的关键设计要点分析

2.1地下室结构荷载设计

在高层建筑地下室结构设计中，设计人员应严格遵守设计规范，充分考虑地下室结构的自重荷载、人防荷载、地面及土压力荷载和核爆荷载等多种因素，并结合高层建筑工程的实际情况，提高荷载组合设计的科学性。其中地下室顶板、基础及墙体是地下室结构荷载设计中的关键点，因此应准确设计地面建筑部分自重荷载值、地下室顶底板及各相关墙体部分的静荷载和核暴动荷载值，以确保地下室结构防控荷载组合设计科学合理。

2.2地下室结构层高设计

由于地下室部分的总体高度是由高层建筑整体结构设计确定，因此设计人员在设计地下室结构时主要是通过调整地下室层高来满足高层建筑工程在基坑支护和降水等方面的要求。因此设计人员应对地下室结构的层高进行合理的调节，在设计实践中可以通过科学设计地下室结构的柱网布局达到调节层高的目的。此外，设计人员也可通过采用宽扁梁式楼盖等地下室结构形式来实现降低层高的效果。此外，在地下室结构的层高设计中要综合相关专业需求及考虑工程造价等问题。

2.3地下室结构顶板设计

地下室顶板是结构设计中的关键点之一。由于高层建筑的地下室结构顶板是其地上部分的主要水平约束构件，因此为保证其约束的有效性，对地下室顶板刚度有较高要求。设计人员在设计地下室顶板结构时应根据人防设计规范要求，将顶板厚度控制在160mm以上。同时设计人员还应充分考虑地下室结构的抗震设计要求，合理控制顶板部分的侧向刚度、强度及配筋率等参数，并采用嵌固方式来提高顶板结构的稳固性。

2.4地下室结构外墙设计

外墙是高层建筑工程地下室的重要组成部分，也是地下室结构设计中的关键点之一。在设计地下室结构外墙时，设计人员应在外墙底部采用固定支座形式，对弯矩进行合理的调整，并充分考虑地下室外墙的荷载分项系数等因素，提高地下室结构连续多跨计算的准确性。同时地下室结构外墙应与底板部分的配筋率及厚度相适应，且其地板抗弯性能应比侧壁更强。此外，如果地下室结构的地面部分为楼梯间等无楼板支撑结构时，设计人员应对计算模型进行相应的调整，以保证外墙配筋设计能满足不同结构情况的需要。

2.5地下室结构底板设计

设计人员在设计地下室结构底板部分时，应准确分析底板的实际受力情况，并综合考虑地下室结构对底板在防水抗渗性能方面的要求。在设计实践中，设计人员应严格遵守设计规范，根据不同的基础形式由计算确定底板厚度。同时设计人员还应合理选择地下室底板的桩箱及桩筏基础形式，且应确保底板基础的剪切、抗弯、冲切及局部受压参数符合设计规范的要求。

2.6地下室结构保护层设计

保护层也是高层建筑工程中地下室结构的一个重要组成部分，因此设计人员应对保护层设计的重要性有充分的认识。设计人员应根据高层建筑工程及地下室结构特点合理选择混凝土强度等级，并科学确定保护层的厚度。一般来说，地下室垫层混凝土等级应在C15以上，且保护层厚度应达到100mm以上。如果高层建筑地基土为软土，设计人员应将保护层厚度增加到150mm以上。此外，为满足高层建筑地下室结构的防水设计要求，迎水面部分的钢筋保护层厚度应达到50mm以上。

2.7地下室结构变形缝设计

在高层建筑地下室结构设计中往往需要根据实际情况进行变形缝的设置。变形缝一般包括沉降缝、防震缝及伸缩缝等。其中设置沉降缝的主要目的是确保地下室结构整体沉降的均匀性，而设置伸缩缝的目的则是避免地下室结构出现温度裂缝等问题。而如果地下室结构采用的是不规则的竖向以及平面布局形式，设计人员可通过防震缝的合理设计来对结构单位进行划分，以达到提高地下室结构抗震能力的目的。如果地下室为多层结构，且其地上部分是多塔以及带裙房单塔等结构形式时，设计人员可利用防震缝将地下室与裙房部分分隔开，从而实现分散地震剪力的效果。设计人员在设计变形缝时要结合地下室结构的防震及防水要求，合理运用不同类型的变形缝，并结合后浇带等设计，从而全面提高地下室结构的设计质量。

2.8地下室结构平面设计

在地下室结构设计中，平面布局也是设计的关键点之一，特别是当地下室相对较长时，平面结构布局设计将对地下室结构的稳定性及防渗排水能力等产生重要作用，同时设计人员还要充分结合地下室在采光照明和消防设计等方面的要求，优化平面结构设计方案。通常在较长的地下室平面结构设计中需要设置变形缝，设计人员应合理确定变形缝的数量，并应通过选择混凝土外加剂及设置后浇带等方式来提高地下室结构的防水性能。此外，设计人员应合理划分地下室空间，利用变形缝的设置来提高地下室结构的稳固性和安全性，并应科学设计不同地下空间的连接门，以满足地下室相关使用功能的需要。

2.9地下室结构加筋设计

在地下室结构设计中，确定配筋率的合理性将对高层建筑地下室结构的安全性及稳固性产生重要的影响，同时也是防止地下室墙体出现裂缝问题的有效方法。设计人员应严格遵守相关设计规范和技术标准，合理布设水平方向的受力筋。同时应在构造筋内侧设置主筋，以确保钢筋保护层符合设计要求，在设计中应合理控制钢筋布设间距及伸缩缝设置位置，可通过采用减小钢筋间距及选择相对较细直径钢筋规格的方式防止出现裂缝。

2.10地下室结构防水设计

在地下室结构设计中，防水设计是设计工作中的关键环节，地下室结构的防水能力将对高层建筑整体结构的安全稳固产生重要的影响。特别是在地下水资源较丰富的地区进行高层地下室设计时，设计人员应根据地下室结构特点以及高层建筑工程的设计规范科学选择UEA或HEA等微膨胀剂作为混凝土混合料的外加剂，以便通过调整混凝土混合料膨胀值来实现减小混凝土收缩率的目的，防止高层建筑地下室结构出现裂缝，从而使地下室结构的防水能力得到全面的提升。

2.11地下室结构抗浮设计

在高层建筑地下室结构设计中，抗浮设计也是关键性的设计环节。设计人员应根据工程所在区域的地下水水位等地质水文条件计算抗浮以及抗拔承载力等相关参数，并根据计算结果确定相应的设计方案。在地下室基础结构的底板设计中，设计人员可采用梁式筏板形式控制地下室高度，这样可缩小地下室底板和地下水水位之间的高差，以实现增强地下室地基结构抗浮能力的目的。同时设计人员还可采用宽扁梁等设计方法来控制层高，这样也能改善地下室结构的抗浮效果。当地下室顶底板间高度加大时，平台重量也将随之增加，因此设计人员应合理控制地下室结构顶底板高度，通过增加平台自重的设计方法提高其抗浮性。此外，设计人员还可结合高层建筑结构特点采取布设抗浮桩等方式增加压重，从而达到防止地下室地板出现裂缝及增强地下室结构抗浮能力的目的。

2.12地下室结构抗震设计

在高层建筑地下室结构的设计工作中，抗震设计是关键性的设计环节，地下室的抗震性能不仅直接关系到高层建筑整体结构的安全性和稳固性，而且也会对相关人员的生命财产安全产生重要影响，因此设计人员要高度重视地下室结构的抗震设计环节。设计人员应全面收集高层建筑工程项目所在地区的历史地震资料，根据高层建筑抗震设计规范的相关要求合理确定地下室结构的抗震设防等级。同时设计人员要根据地下室结构在安全性、稳固性、承载性能及变形控制等多方面的要求合理确定地下室深度，并应提高地下室结构材料质量性能以及规格选择的科学性，优化设计方案，全面提高高层建筑地下室结构的抗震能力。如果高层建筑地下室结构顶板作为上部结构的嵌固部位，设计人员应减小顶板洞口面积，选择现浇梁板结构形式，同时将混凝土强度控制在C30等级以上，而楼板厚度则不宜小于180mm，应采用双向双层的配筋方式，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。此外设计人员应科学确定地下室结构的侧向刚度，地下1层结构与首层侧向刚度比不宜小于2。应将抗震墙设置在地下室周围，且应与顶板相互连接。

3结束语

地下室结构是现代高层建筑中的重要组成部分，其设计水平和质量将直接关系到高层建筑整体结构的安全性和稳定性。因此设计人员应严格遵守相关设计规范，准确把握地下室结构设计中的各设计关键点，并结合高层建筑工程的实际情况对地下室结构设计进行优化，不断提高设计方案的质量，为确保地下室结构安全及其各项使用功能的正常发挥奠定良好的基础，推动我国建筑结构设计水平的全面提升。

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作者：张汉禄 单位：山东省路桥集团有限公司