高层建筑地下室设计与相关措施

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【摘要】本文针对高层建筑地下室设计的主要方面及地下室易发问题，探究高层建筑地下室设计要点及相关处理措施。

【关键词】高层建筑；地下室；设计；要点

随着城市化进程的加快，城市用地渐趋紧张，高层建筑凭借其用地面积较少，美观实用的特点，已成为城市建筑的重要类型之一。作为高层建筑不可或缺的重要基础设施，地下室是储存车辆和设备的主要空间，在设计中，要使其满足高层建筑结构的基础埋深，兼顾各个设计要点。

一、地下室的外墙模型及设计

高层建筑地下室在进行外墙设计时，需要结合各自的支承条件及地下室外墙高度和宽度间的比值来合理选择相应的计算模型[1]。假若高层建筑地下室外墙高度用L表示，外墙宽度用B表示，那么，地下室外墙高度与宽度的比值（L/B）如小于0.5，就采用单向板模型来进行设计。如图1所示。

假若高层建筑地下室外墙高度与宽度的比值大于0.5而小于2，则采用双向板模型进行设计处理。如图2所示。

涉及到地下室的车道板及地下室采光井的外墙，其墙顶设计处理则可按照自由

端进行。如图3所示。

需要注意的是，由于高层建筑地下室外墙采用的混凝土较易发生收缩，外加地下室结构及基坑的侧壁施加约束，致使拉应力产生，极易导致收缩裂缝出现。因此，在地下室设计时，要采用人防工况处理，验算裂缝的宽度，使其保持在0.2mm之内，并不得贯通。

二、地下室的抗浮设计

如高层建筑地下室埋藏深度较大或高层建筑地下水水位处于较高水平线时，在地下室设计时，就要进行抗浮计算，在桩基使用时也要对桩的承载力及抗拔性能进行计算[2]。一般而言，覆土及板具有的自重有利于地下室抗浮结构设计，在计算覆土及板的强度时，一般以1.0作为其荷载的分项系数，而在抗浮计算时，一般取0.9作为荷载分项系数。

高层建筑地下室的抗浮设计，主要的根据是高层建筑区域地下水位状况及其变动幅度状况，在进行抗浮设计时，存在的较为常见的一个问题是，仅仅考虑地下室在正常状况下的使用极限，并未对施工及洪水等外因作过多分析，在实际施工环节往往出现抗浮措施不够到位而引发地下室的局部破坏。此外，高层建筑地下室在面积范围上较大，地下室的形状结构又不够规则，在其局部上方部位可能并无建筑实体。因此，在地下室抗浮设计时，要全面仔细考量分析各要素，在基层坑底的标高设计上，在可行的状况下，要尽量提高，在楼盖使用上，尽量采用无梁楼盖或者优选宽扁梁。

三、地下室的荷载设计

高层建筑地下室的荷载因素有地下室自重、上部结构自重、人防荷载（核爆动）及地下室土压、水压等。在对地下室进行荷载设计时，要根据高层建筑自身的结构特征，依据高层建筑规范中涉及的高层建筑地下室各部位的荷载要求加以荷载组合设计。

规范中确定的地下室各个结构间的荷载及组合荷载有：地下室顶板荷载，要考虑其静荷载及和核爆动荷载。地下室侧墙荷载，要考虑横向荷载及竖向荷载，其中，横向荷载主要包含水压、土压及核爆动荷载导致的水平方向的动荷载，而地下室上部结构自重、地下室外墙自重、顶板静荷载及核爆动荷载构成了竖向荷载。地下内承重墙荷载，主要考虑地下室内承重墙，即柱的自重、地下室上部结构自重、顶板静荷载及核爆动荷载。地下室基础荷载，主要考虑地下室墙身自重、地下室上部高层建筑自重、顶板静荷载及地下室底板核爆动荷载。

四、地下室的顶板及底板设计

地下室顶板是约束高层建筑上部结构的水平支座，地下室顶板的刚度和顶板的约束力成正比，因此，高层建筑地下室顶板在厚度上不宜过薄，要大于160mm[3]。涉及到人防要求的地下室，其顶板厚度在基本前提基础上，还要适应人防建设需求。

相关的设计规范中规定，当地下室顶板被用作建筑上部结构嵌固部位，其楼板厚度、混凝土强度、侧向刚度及配筋率各项数值都要满足设计规范标准，且地下室的层数应多于两层。此外，地下室顶板如被用作建筑上部结构嵌固端，其地下室楼盖需采用梁板结构。如地下室顶板室内外板面在标高浮动上大于地下室梁高范围，或者地下室楼盖设计采用无梁楼盖时，此时，地下室顶板不能作为建筑上部结构嵌固端。

五、地下室的防水设计

高层建筑地下室产生渗漏危害的原因主要是，第一，混凝土由于自身收缩反应而导致裂缝产生；第二，混凝土密实度不足，当其内部水分发生蒸发反应后，会形成内部的毛细通路，从而引起渗水；第三，在地下室施工时，对柔性防水层构成破坏，或者在其接头处施工时，没有有效处理好。因此，根据地下室渗漏危害的成因，在设计时一是要优选强度较高，厚度较大，标号较高的的防水混凝土，适当添加使用外加剂，以减少混凝土内部裂缝产生。二是要处理好柔性防水层施工，对施工后的防水层采取保护措施。

六、地下室的不均匀沉降及其控制措施

为有效控制高层建筑地下室的不均匀沉降，可采取以下控制措施：

1.将沉降缝设于高层建筑的主楼及裙房间，使其互相不构成影响，从而消除不均匀沉降带来的内力。这种控制措施也会导致高层建筑在基础埋深、立面处理、地下室防渗漏及高层建筑整体稳定性方面产生较多问题。

2.在坚硬基岩或砂卵石层部位设置端承桩，取代沉降缝，从而在减少沉降差基础上，满足相应的地基承载力。这种控制措施用料多，成本高，适用于地基持力层不理想或者楼层较多的超高层建筑。

3.对地基反力采取措施进行调整，减少各部分地基反力差，以此来减少地下室不均匀沉降[4]。例如，在高层建筑主楼和裙房两部分的地基使用及基础形式上加以区分，高层建筑主楼可以采用桩基或者复合地基，在基础形式上采用箱基础或者筏基础，而裙房部分可以采用天然地基，在基础形式上采用条形基础或者独立基础。

结语：

高层建筑的地下室设计涉及到众多方面，具有较强的综合性，在对高层建筑地下室进行设计时，一方面要满足地下室各部位的荷载受力要求，另一方面又要在其防水、抗沉降等方面科学考虑。因此，相关的设计人员要明确高层建筑地下室设计的众多要点，确保设计的安全性、科学性及经济性。

参考文献：

[1] 苏惠桥.论述高层建筑地下室设计中的要点[J].建材与装饰，2013，（39）：14-15.

[2] 段智斌.高层建筑地下室设计的浅析[J].建材与装饰，2013，（10）：31-32.

[3]陈小聪.浅谈现代高层建筑地下室设计[J].中国新技术新产品，2012，（10）：180.