1、对地下室结构设计思考分析摘要：随着高层建筑的飞速发展，其建筑设备用房、地下消防水池和汽车停车位多功能都应用在地下室，因此在高层建筑设计中，地下室结构设计难点繁多、意义重大。 关键词：地下室结构设计抗浮抗震荷载 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 随着人们对地下空间需求的不断增长,地下工程在整个建设项目中所占的比重还会越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、不确定因素多、环境复杂、施工难度大,结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期、使用效果以及建造费用产生巨大的影响。所以，每个设计人员都应重视地下室的结构设计问题，力求使项目取得最大经济利益和预期的使用功能
2、。以下就地下室结构设计中的部分设计要点展开讨论。 二、地下室结构设计要点 (一）抗浮设计 对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言,塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题,但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求。所以，地下室抗浮设计是设计方案中不可少的环节。在设计地下室的抗浮前，要先确定科学合理的抗浮设防水位，才能根据实际情况设计抗浮。而地下室抗浮设计主要有以下几种方法： （1）在建筑允许的情况下,尽可能提高基坑坑底的设计标高,间接降低抗浮设防水位； 采用平板式筏板基础。 楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。 （2）增加地下室的重量； 增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法,但这
3、种方法还应该结合地基土的承载力而定； 在对主体结构的地基承载力进行深度修正时,增加地下室的重量可以提高主体结构的有效埋置深度,从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。 （3）设置抗浮桩；但这种抗浮方法有一定的弊端。 “抗浮桩”长期起着“抗压桩”的作用,这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降,而这种变化将会使不设缝的大底盘地下室在主体结构和裙房之间产生更大的不均匀沉降差；同时设置抗浮桩后,计算基础底板内力及配筋时应考虑地下水压力,这样也会增加基础底板的荷载。 （二）抗震设计 在地下室设计中，若设计不当，将对其整体的抗震性能会产生很大的影响。而一般的抗震等级要求有。 （1）地下一层相
4、关范围的抗震等级应与上部结构相同，地下室一层以下楼层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级；对超出上部主楼相关范围且无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或四级。 （2）地下室有一侧或二侧开敞：在满足规范刚度及构造要求时，仍可按嵌固考虑，但由于土的约束作用减小，所以地下各层抗震等级均取与上部结构相同。 （3）半地下室：半地下室指房间地平面低于室外地平面的高度超过该房间净高的 1/3，且不超过 1/2 者。在顶板满足嵌固条件时， 地下一层抗震等级同上部结构，地下二层可比地下一层减一级考虑。半地下室的埋深地下室外地面以上的高度时，不计其层数，即可仍然当做地下室处理；（4）地下一
5、层以下楼层抗震等级，7 度不宜低于四级、8 度不宜低于三级、9 度不宜低于二级；对于乙类建筑，6 度不宜低于四级、7 度不宜低于三级、8 度不宜低于二级。同时，在进行地下室的抗震设计时，要考虑其与建筑物嵌固方式：A.顶板嵌固时，先采用底部剪力法计算地下室结构水平地震作用及结构构件内力，设计时应注意：a.抗震墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起,部分框支抗震墙结构位于地下室内的框支层不计入规范允许框支层数之内；b.与地上一层相连的地下室各层抗震墙的截面尺寸和边缘构件的纵向钢筋配筋率不应小于地上一层对应的抗震墙；若地下一层抗震墙的截面尺寸和边缘构件的纵向钢筋配筋率大于地上一层对应的抗震墙时,地下
6、二层及以下各层抗震墙的截面尺寸和边缘构件的纵向钢筋配筋率不应小于地下一层对应的抗震墙。B.基础顶部嵌固时：a.不考虑地下室结构水平地震作用降低系数；b.地下室结构抗震等级宜按地上结构抗震等级取，地下室内的墙柱截面尺寸、混凝土强度等级及配筋构造不宜低于上部结构相应构件的要求。c.抗震墙底部加强部位的高度应从基础顶部算起,对框架 抗震墙结构、抗震墙结构和筒体结构尚宜高出地下室顶板不少于 2 层,对部分框支抗震墙结构尚宜高出框支层不少于 2 层(如图 1 所示)；主体结构周边有相连裙房且裙房为抗震墙结构时,宜高出裙房一层。 图 1 基础顶部嵌固时抗震墙底部加强部分的高度 （三）荷载计算 （1）竖向荷
7、载有上部及各层地下室顶板传来的荷载和外墙自重；水平荷载有室外地坪活荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静荷载。（2）室外活荷载：一般民用建筑的室外地面，施工活荷载宜取10kN/m2。室内（一般指住宅楼平面范围内）部分宜取 5kN/m2。其与覆土、消防车活荷及人防荷载不同时考虑，且应在施工图中注明相关要求。当室内部分考虑施工荷载时，室内隔墙可不考虑。 另外覆土厚度可以根据园林的宽度取值 如果园林宽度较榨可以覆土薄些，这样可以更准确计算覆土荷载，使覆土取值值比较符合绿化和达到经济性。 （3）水压力：水位高度可按最近 35 年的最高水位确定，不包括上层滞水。 （4）土压力：a. 当地下室采用大开挖
8、方式，无护坡桩或连续墙支护时，地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，土压力系数 K0，对一般固结土可取 K0=1-sin( 为土的有效内摩擦角)，一般情况可取0.5。 地下水位以下土的容重，可近似取 11kN/m2。 实际上，风荷载和地震区地面运动使土压力超过静态土压力而有所增加，但其对外墙平面外产生的内力较小，可以不予考虑。 （5）风荷载：地下室在底面以下，不受风荷载的影响；如果地下室层数不填 0，表示有地下室，程序自动取地下室部分的基本风压为 0，并从上部结构风荷载中自动扣除地下室部分的高度。 （四）基础形式的选取及计算分析方法 现代高层建筑大都为大底盘多塔楼式建筑群,由于上部结构荷载差异
9、巨大,导致基底反力相差很大,因此,对基础而言,有必要根据不同的上部结构形式、上部结构荷载大小、地基的承载力及压缩模量等问题,因地制宜地采用不同的基础形式。而一般常用的基础形式有:筏板基础、箱型基础、桩筏和桩箱基础等。 （1）平板式筏板基础和梁板式筏板基础的适用范围 相邻柱间距及柱荷载差别较小时适用平板式筏板基础,反之则宜采用梁板式筏板基础。通常,在材料用量相当的情况下,梁板式筏板基础的刚度较平板式筏板基础大,底板标高变化较多时宜采用平板式筏板基础。 （2）梁高、板厚的选取及计算方法 目前计算筏板基础时,常用的方法有“倒楼盖”方法、弹性地基梁板方法和有限元分析方法,其中“倒楼盖”方法是一种传统方
10、法,按该法进行基础设计时,基础内力按基底反力直线分布进行计算。基础内力按基底反力直线分布进行计算时,要求地基土比较均匀、上部结构刚度较好、荷载分布比较均匀、梁板式筏板基础梁的高跨比或平板式筏板基础的厚跨比不小于 1/6 ,当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。 （3）基础底板抗冲切验算及抗剪切计算 梁板式筏基底板应满足受冲切承载力和受剪切承载力的要求,通过对跨度从 610m、长宽比从 13、板厚从 4001000mm 变化的梁板式筏基底板的计算来看,梁板式筏基底板都是受冲切承载力起控制作用,因此一般的梁板式筏基底板可以不进行底板受剪切承载力的验算。对于平板式筏基而言,底板的柱下及核心筒边的抗
11、冲切验算则必不可少,且应考虑不平衡弯矩的作用,尤其是边柱和角柱。 （4）采用平板式筏板基础时,宜设置平面尺寸较大的柱帽。当有条件时设置上翻式柱帽,没条件时设置下翻式柱帽。设置柱帽有以下优点:a.解决底板抗冲切问题；b.减小底板的计算跨度；c.减小支座负筋。 四、结束语 高层建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。 参考文献： 【1】地下工程防水技术规程(GB501082008)【S】 【2】建筑抗震设计规范(GB5001 1-2010)【S】 【3】李享，谭素群，地下室结构设计中的若干问题【J】山西建筑，2007
