談高層建筑地下室結構設計關鍵點

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［摘要］在高層建筑地下室結構的設計中，須充分了解高層建筑結構特點，嚴格遵守地下室結構的相關設計規(guī)范，地下室結構荷載、層高、頂板、外墻、底板、保護層、平面布局、變形縫設置、結構防水、配筋率及抗浮抗震等各項設計要點，不斷優(yōu)化設計方案，從而為保證高層建筑結構安全奠定良好的基礎。

［關鍵詞］高層建筑；地下室結構；設計關鍵點

高層建筑工程對地下室結構設計有很高的要求。設計人員必須充分了解高層建筑結構特點，運用結構概念設計理論，準確把握地下室結構設計中頂?shù)装?、外墻、保護層等關鍵點，并按照設計規(guī)范要求科學選取地下室結構荷載，合理設置變形縫和施工后澆帶等，同時要加強地下室結構的抗震和抗浮設計，防止地下室結構出現(xiàn)滲水等問題。此外，設計人員還應結合項目的實際情況，對地下室結構設計方案不斷進行優(yōu)化，全面提高地下室結構的設計水平和質(zhì)量，為高層建筑整體結構的穩(wěn)固性和安全性創(chuàng)造良好的前提條件，從而促進我國建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

1地下室結構設計基本原則分析

隨著我國高層建筑工程的不斷增加，為了使建筑空間得到充分有效的利用，高層建筑的地下室也在向多元化功能方向發(fā)展，因此地下室結構也日趨復雜，這對于地下室結構設計提出了新的要求。設計人員在進行高層建筑地下室結構設計時，必須充分考慮地下環(huán)境及高層建筑工程的實際情況等相關因素，運用結構設計概念分析，準確選取地下室荷載，提高結構形式選擇的合理性，并在保證地下室結構安全的基礎上優(yōu)化設計方案，提高地下室結構設計方案的可行性和經(jīng)濟性，從而為高層建筑工程建設奠定良好的基礎。

2地下室結構的關鍵設計要點分析

2.1地下室結構荷載設計

在高層建筑地下室結構設計中，設計人員應嚴格遵守設計規(guī)范，充分考慮地下室結構的自重荷載、人防荷載、地面及土壓力荷載和核爆荷載等多種因素，并結合高層建筑工程的實際情況，提高荷載組合設計的科學性。其中地下室頂板、基礎及墻體是地下室結構荷載設計中的關鍵點，因此應準確設計地面建筑部分自重荷載值、地下室頂?shù)装寮案飨嚓P墻體部分的靜荷載和核暴動荷載值，以確保地下室結構防控荷載組合設計科學合理。

2.2地下室結構層高設計

由于地下室部分的總體高度是由高層建筑整體結構設計確定，因此設計人員在設計地下室結構時主要是通過調(diào)整地下室層高來滿足高層建筑工程在基坑支護和降水等方面的要求。因此設計人員應對地下室結構的層高進行合理的調(diào)節(jié)，在設計實踐中可以通過科學設計地下室結構的柱網(wǎng)布局達到調(diào)節(jié)層高的目的。此外，設計人員也可通過采用寬扁梁式樓蓋等地下室結構形式來實現(xiàn)降低層高的效果。此外，在地下室結構的層高設計中要綜合相關專業(yè)需求及考慮工程造價等問題。

2.3地下室結構頂板設計

地下室頂板是結構設計中的關鍵點之一。由于高層建筑的地下室結構頂板是其地上部分的主要水平約束構件，因此為保證其約束的有效性，對地下室頂板剛度有較高要求。設計人員在設計地下室頂板結構時應根據(jù)人防設計規(guī)范要求，將頂板厚度控制在160mm以上。同時設計人員還應充分考慮地下室結構的抗震設計要求，合理控制頂板部分的側向剛度、強度及配筋率等參數(shù)，并采用嵌固方式來提高頂板結構的穩(wěn)固性。

2.4地下室結構外墻設計

外墻是高層建筑工程地下室的重要組成部分，也是地下室結構設計中的關鍵點之一。在設計地下室結構外墻時，設計人員應在外墻底部采用固定支座形式，對彎矩進行合理的調(diào)整，并充分考慮地下室外墻的荷載分項系數(shù)等因素，提高地下室結構連續(xù)多跨計算的準確性。同時地下室結構外墻應與底板部分的配筋率及厚度相適應，且其地板抗彎性能應比側壁更強。此外，如果地下室結構的地面部分為樓梯間等無樓板支撐結構時，設計人員應對計算模型進行相應的調(diào)整，以保證外墻配筋設計能滿足不同結構情況的需要。

2.5地下室結構底板設計

設計人員在設計地下室結構底板部分時，應準確分析底板的實際受力情況，并綜合考慮地下室結構對底板在防水抗?jié)B性能方面的要求。在設計實踐中，設計人員應嚴格遵守設計規(guī)范，根據(jù)不同的基礎形式由計算確定底板厚度。同時設計人員還應合理選擇地下室底板的樁箱及樁筏基礎形式，且應確保底板基礎的剪切、抗彎、沖切及局部受壓參數(shù)符合設計規(guī)范的要求。

2.6地下室結構保護層設計

保護層也是高層建筑工程中地下室結構的一個重要組成部分，因此設計人員應對保護層設計的重要性有充分的認識。設計人員應根據(jù)高層建筑工程及地下室結構特點合理選擇混凝土強度等級，并科學確定保護層的厚度。一般來說，地下室墊層混凝土等級應在C15以上，且保護層厚度應達到100mm以上。如果高層建筑地基土為軟土，設計人員應將保護層厚度增加到150mm以上。此外，為滿足高層建筑地下室結構的防水設計要求，迎水面部分的鋼筋保護層厚度應達到50mm以上。

2.7地下室結構變形縫設計

在高層建筑地下室結構設計中往往需要根據(jù)實際情況進行變形縫的設置。變形縫一般包括沉降縫、防震縫及伸縮縫等。其中設置沉降縫的主要目的是確保地下室結構整體沉降的均勻性，而設置伸縮縫的目的則是避免地下室結構出現(xiàn)溫度裂縫等問題。而如果地下室結構采用的是不規(guī)則的豎向以及平面布局形式，設計人員可通過防震縫的合理設計來對結構單位進行劃分，以達到提高地下室結構抗震能力的目的。如果地下室為多層結構，且其地上部分是多塔以及帶裙房單塔等結構形式時，設計人員可利用防震縫將地下室與裙房部分分隔開，從而實現(xiàn)分散地震剪力的效果。設計人員在設計變形縫時要結合地下室結構的防震及防水要求，合理運用不同類型的變形縫，并結合后澆帶等設計，從而全面提高地下室結構的設計質(zhì)量。

2.8地下室結構平面設計

在地下室結構設計中，平面布局也是設計的關鍵點之一，特別是當?shù)叵率蚁鄬^長時，平面結構布局設計將對地下室結構的穩(wěn)定性及防滲排水能力等產(chǎn)生重要作用，同時設計人員還要充分結合地下室在采光照明和消防設計等方面的要求，優(yōu)化平面結構設計方案。通常在較長的地下室平面結構設計中需要設置變形縫，設計人員應合理確定變形縫的數(shù)量，并應通過選擇混凝土外加劑及設置后澆帶等方式來提高地下室結構的防水性能。此外，設計人員應合理劃分地下室空間，利用變形縫的設置來提高地下室結構的穩(wěn)固性和安全性，并應科學設計不同地下空間的連接門，以滿足地下室相關使用功能的需要。

2.9地下室結構加筋設計

在地下室結構設計中，確定配筋率的合理性將對高層建筑地下室結構的安全性及穩(wěn)固性產(chǎn)生重要的影響，同時也是防止地下室墻體出現(xiàn)裂縫問題的有效方法。設計人員應嚴格遵守相關設計規(guī)范和技術標準，合理布設水平方向的受力筋。同時應在構造筋內(nèi)側設置主筋，以確保鋼筋保護層符合設計要求，在設計中應合理控制鋼筋布設間距及伸縮縫設置位置，可通過采用減小鋼筋間距及選擇相對較細直徑鋼筋規(guī)格的方式防止出現(xiàn)裂縫。

2.10地下室結構防水設計

在地下室結構設計中，防水設計是設計工作中的關鍵環(huán)節(jié)，地下室結構的防水能力將對高層建筑整體結構的安全穩(wěn)固產(chǎn)生重要的影響。特別是在地下水資源較豐富的地區(qū)進行高層地下室設計時，設計人員應根據(jù)地下室結構特點以及高層建筑工程的設計規(guī)范科學選擇UEA或HEA等微膨脹劑作為混凝土混合料的外加劑，以便通過調(diào)整混凝土混合料膨脹值來實現(xiàn)減小混凝土收縮率的目的，防止高層建筑地下室結構出現(xiàn)裂縫，從而使地下室結構的防水能力得到全面的提升。

2.11地下室結構抗浮設計

在高層建筑地下室結構設計中，抗浮設計也是關鍵性的設計環(huán)節(jié)。設計人員應根據(jù)工程所在區(qū)域的地下水水位等地質(zhì)水文條件計算抗浮以及抗拔承載力等相關參數(shù)，并根據(jù)計算結果確定相應的設計方案。在地下室基礎結構的底板設計中，設計人員可采用梁式筏板形式控制地下室高度，這樣可縮小地下室底板和地下水水位之間的高差，以實現(xiàn)增強地下室地基結構抗浮能力的目的。同時設計人員還可采用寬扁梁等設計方法來控制層高，這樣也能改善地下室結構的抗浮效果。當?shù)叵率翼數(shù)装彘g高度加大時，平臺重量也將隨之增加，因此設計人員應合理控制地下室結構頂?shù)装甯叨?，通過增加平臺自重的設計方法提高其抗浮性。此外，設計人員還可結合高層建筑結構特點采取布設抗浮樁等方式增加壓重，從而達到防止地下室地板出現(xiàn)裂縫及增強地下室結構抗浮能力的目的。

2.12地下室結構抗震設計

在高層建筑地下室結構的設計工作中，抗震設計是關鍵性的設計環(huán)節(jié)，地下室的抗震性能不僅直接關系到高層建筑整體結構的安全性和穩(wěn)固性，而且也會對相關人員的生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生重要影響，因此設計人員要高度重視地下室結構的抗震設計環(huán)節(jié)。設計人員應全面收集高層建筑工程項目所在地區(qū)的歷史地震資料，根據(jù)高層建筑抗震設計規(guī)范的相關要求合理確定地下室結構的抗震設防等級。同時設計人員要根據(jù)地下室結構在安全性、穩(wěn)固性、承載性能及變形控制等多方面的要求合理確定地下室深度，并應提高地下室結構材料質(zhì)量性能以及規(guī)格選擇的科學性，優(yōu)化設計方案，全面提高高層建筑地下室結構的抗震能力。如果高層建筑地下室結構頂板作為上部結構的嵌固部位，設計人員應減小頂板洞口面積，選擇現(xiàn)澆梁板結構形式，同時將混凝土強度控制在C30等級以上，而樓板厚度則不宜小于180mm，應采用雙向雙層的配筋方式，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。此外設計人員應科學確定地下室結構的側向剛度，地下1層結構與首層側向剛度比不宜小于2。應將抗震墻設置在地下室周圍，且應與頂板相互連接。

3結束語

地下室結構是現(xiàn)代高層建筑中的重要組成部分，其設計水平和質(zhì)量將直接關系到高層建筑整體結構的安全性和穩(wěn)定性。因此設計人員應嚴格遵守相關設計規(guī)范，準確把握地下室結構設計中的各設計關鍵點，并結合高層建筑工程的實際情況對地下室結構設計進行優(yōu)化，不斷提高設計方案的質(zhì)量，為確保地下室結構安全及其各項使用功能的正常發(fā)揮奠定良好的基礎，推動我國建筑結構設計水平的全面提升。

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作者：張漢祿 單位：山東省路橋集團有限公司