摘要: 高层建筑地下室结构设计是一个复杂的过程，地下室与基础设计是否合理直接影响高层建筑的正常使用和成本。本文要对高层建筑地下室设计中存在的一些问题包括地下室结构平面设计问题、地下室外墙的结构设计问题、地下室外墙的结主构设计问题、地下室顶板的结构设计问题、地下室抗震设计问题以及抗渗及控制措施进行了探讨。
关键词：高层建筑；结构设计；问题
随着经济的发展，社会的进步，各大城市的摩天大楼拔地而起，高层建筑已渐渐成为一种趋势。由于大量人口涌入城市，城市的用地日趋紧张。随着生活水平的提高，私家车逐渐增多，停车难的问题日趋严重。充分利用地下空间也成为共识，因此，高层建筑地下空间的利用尤为重要。所以在高层建筑的设计中，地下室的结构设计的重要性愈发明显。现就地下室结构设计中常遇到的一些问题进行分析探讨。
1 地下室结构平面设计问题
高层建筑地下室设计是一项复杂而庞大的工程，需要对各方面因素进行考虑，如防火措施、管道设计位置、管道走向、排水采光工程等。尤其是变形缝的设计与否关系到整个地下室结构设计的好坏。地下室的设计对于处理地下各种防火、排水等的处理是否方便影响重大，由于设置变形缝会使变形缝处的防水处理变得困难，一般少设或不设变形缝。所以设计人员在设计时一般会采用其他方法，如设置后浇带、在地上设缝、以及合理的采用一些混凝外加剂等方式来达到不设缝的目的。如果上述方法无法解决，则需从地下室平面的布局入手，这时需要将地下室空间分割成多个小地下室，并将变形缝设置在通道处，这样不仅可以减少缝的数量，也可使其受力最小，出现问题时可及时补救。在结构设计时，除了变形缝的设置十分重要外，采光通风井的设计也格外重要，这关系到是否能达到高层建筑的埋深要求。如其位置设置不当，将不能有效的将上部的风力和地震作用传到侧壁和地面，会对建筑产生破坏。
2 地下室外墙的结构设计问题
地下室结构设计的重中之重是地下室外墙的设置，设计时以下几个问题需特别注意。①静止土压力系数。根据试验确定静止土压力，当无法进行试验时，粘性土可取 0.5～0.7，砂土可取0.34～0.45[1]。②荷载。地下室外墙的荷载包括两部分，一部分是水平荷载；一部分是竖向荷载。水平荷载一般是效静荷载主要包括：侧向土压力、地面荷载和人防等。竖向荷载则由地下室本身的重量及楼层的传重。在实际应用中，竖向载荷和风载荷以及地震产生的力是难以控制的。墙体配筋则是由垂直于墙面的水平载荷形成的弯矩决定的，并且竖向载荷的压弯作用一般不予考虑。③地下室外墙的配筋计算。实际设计应用时，在带扶壁柱的外墙配筋计算方法是按双向板计算配筋，而不是根据扶壁柱的尺寸大小来计算。而扶壁柱不是按外墙双向板传递荷载算其配筋，而是根据地下室结构的整体电算分析结果来配筋。这样设计会使外墙竖向受力筋配筋偏少、扶壁柱配筋不足，而外墙的水平分布筋过多。在计算地下室外墙的配筋时，除了垂直于外墙方向部分有钢筋混凝土的，内隔墙之间有相连的外墙板块或者扶壁柱横截面积较大的外墙板块需要用双向板计算之外，其他形式的外墙通常都按竖向单向板计算配筋。竖向载荷小的外墙扶壁柱，无论是外墙转角处还是内外侧的主筋部分都需做适当的加强。扶壁墙的截面积的大小则是界定外墙水平分布筋的依据。在计算地下室外墙时底部支座应固定，并且它的厚度要和配筋量匹配。侧壁的抗弯能力比底板的大，而弯矩则和底板相等。
3 地下室顶板的结构设计问题
地下室顶板作为高层建筑上部结构的一个水平约束支柱，其都厚度有一定的要求，一般厚度要大于160mm，如若是人防地下室还需满足其他要求。地下室的顶板刚度的要求受上部结构的影响，上部结构的约束越大，地下室顶板的刚度越大。《建筑抗震设计规范》明确规定地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，其厚度要大于180mm，而且对混凝土的刚度等级、板的配筋率、楼层侧向的强度等都有具体的要求，并且浇灌时要用现浇梁板结构，同时还要求地下室顶板若有洞口不能过大。这些都说明高层建筑总深度的计算和地下室层数的限定不仅由地基基础埋深决定还受很多其他方面的影响。在结构计算嵌固端的要求时不同部位计算方法有所不同：在计算地下室层数或者底板时应从上往下算直至满足要求，而在剪力墙底部加强区的层数计算时要包括地下层，并且是从下往上算的。地下室顶板不是所有情况都可以作为上部结构的嵌固部位，当出现一下情况时不能作为上部结构的嵌固部位：①顶板为无梁楼盖②顶板由于内外板的标高超过了梁高的变化范围形成错层。
4 地下室抗震设计问题
高层建筑的抗震性能好坏与否与地下室的设计关系重大。提高高层建筑的抗震要求，地下室与地上部分的筑墙必须相一致。而且地下室的埋深也有要求，地下室的埋深要大于地上部分的高度时，其层数可不予考虑，这时算高度时才可从上部地面开始算。为了提高抗震性能，顶板必须要求可作为上部结构的嵌固部位。若地下室顶板为无梁楼盖和顶板内外板标高超过梁高变化引起错层这两种情况时，必须进行一定的处理使其能够作为上部结构的嵌固部位。
5 抗浮、抗渗及控制措施
地下室结构设计中尤其需注意只有地下室部分和地面上楼层较少时的抗浮计算，采用桩基时需计算桩的抗拔承载力。根据《荷载规范》相关规定计算强度和计算抗浮是荷载分项系数的取值是不一样的，计算强度时取1.0，计算抗浮时去0.9[2]。地下室抗浮设计影响的因素很多，主要依据是地下水位及其变幅，并且实际设计中往往只考虑其极限状态，而施工过程中出现抗浮不够导致局部破坏，往往是对施工过程及洪水期不够重视引起的。
对于那些地下空间很大的高层建筑而言，塔楼部分的抗浮一般不会有问题，出问题的往往是其裙房和纯地下室部分。针对这种情况，通常有以下解决措施：①确定科学合理的抗浮设防水位；②通过某些方法间接降低抗浮设防水位，如尽量提高基坑坑底的实际标高；③设置一些抗浮桩；④尽可能增加地下室的本身的重量。
地下室设计是一项复杂的工程，除了满足受力要求外，抗渗技术也是一个非常重要的要点，如若设置不当，可能造成地下室成汪洋。由于钢筋混凝土结构不是致密的往往外有裂缝，抗渗效果不是很理想，要想完成抗渗的目的，通常还需采取以下措施：①设置膨胀带。混凝土中本身具有膨胀剂，但其早期变形收缩仅靠其本身的膨胀剂变形不能达到理想效果，通常大于60m时就需设置一定长度的膨胀带来补偿，才可达到混凝土的无缝施工；②加强钢筋混凝土的抗拉能力。在浇筑混凝土时要使用抗变形的钢筋。由于侧壁受底板和顶板约束，上下部所承受的力不一样，使得混凝土上下膨胀收缩不一致，为了抵消这部分差异，要在侧壁增加水平温度筋强化混凝土面层，或者墙的中央设置一道暗梁增加其抗拉能力。除了这些措施之外，对混凝土的养护也格外重要；③设置后浇带。混凝土早期膨胀收缩时需释放约束力，后浇带技术很好的解决了这个问题。同时后浇带技术也已经可以很好的解决长久性的变形缝，并且已经得到了广泛的应用。
6 结语
总之，高层建筑地下室的结构设计是一个复杂的综合性很强的问题，涉及到的内容广泛而复杂，一些问题到现在还没有得到很好的解决，如:地基和基础之间的相互作用问题、上部结构的刚度对地基基础的影响等。现代高层建筑往往地下工程庞大复杂，建设工程在地下地上的投资已很接近，因此既要从技术上发展解决存在的问题，也要从经济的角度更深入地完善地下室结构设计的问题，从而提高地下室结构设计的水平，做到技术与经济协调发展。
参考文献
[1] 陈远森.浅议高层建筑地下室结构设计中应注意的几个问题[J].黑龙江科技信息,2008,(29):276.
[2] 陈璋.高层建筑地下室结构设计常见问题分析[J].中国高新技术企业,2009,(12):151-152.
