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摘要：随着社会经济的发展，设置有地下室的高层建筑越来越多。设置地下室对高层建筑有减少地震作用对上部结构的影响、提高地基土的承载力等诸多优点。地下室设计的合理与否将直接影响高层建筑的正常使用与造价。本文结合工程实例，从安全技术以及经济的优化角度，对下室结构设计的计算方法以及构造措施等进行深入分析，结合笔者体会，提出地下室结构设计的一些设计要点，希望为同类工程设计提指导性的借鉴。
关键词：地下室；结构设计；地下室底板；地下室顶板
1工程概况
某工程地上为二十层的钢筋混凝土结构，地下为二层结构，主要用途是停车为停车库。建筑高度为69.7米，建筑设计使用年限为50年。该工程采用平析式筏板基础形式，桩型为预应力高强混凝土桩，桩端持力层为全风化岩。建筑抗震设计类别为丙类，工程所处地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。框架和剪力墙的抗震等级均为二级、其中框支柱、框支梁为一级。裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，仍为二级。地下室在平时主要作为停车库，战时则作为人防工程，人防等级设计为六级。
2设置有地下室的高层建筑的嵌固位置
钢筋混凝土高层建筑在进行结构分析之前，必须首先确定结构嵌固端所在位置，其直接关系到计算模型与实际受力态的符合程度。目前实际工程中大多数单塔或多塔高层建筑都带有面积较大的地下室以及层数不多的裙房，而且裙房可能相连成大底盘。《建筑抗震设计规范》规定高层建筑地下室在满足一定条件下，地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。在确定带地下室的高层建筑嵌固位置时需要特殊注意以下几点；
（1）地下一层结构侧向刚度应不小于地上结构侧向刚度的2倍。结构层侧向刚度可近似按等效剪切刚度计算。
（2）“应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用又层双向配筋，且每层每个方向配筋率不且小于0.25g%”。对楼盖结构形式、楼板厚度以及配筋提出详细要求。相对梁板结构而言，无梁盖结构平面外刚度较小，难以符合刚性楼板假定的基本要求，因此，作为上部结构嵌部位的地下室顶板，主楼范围以及与之相连裙房地下室顶板的相关范围应采用现浇梁板结构，无地上地下室顶板其它位置可采用无梁楼盖结构。对于地下室形成大底盤结构而言，其中的“相关范围”指距主楼两跨且不小于15m范围。具体范围如图（1）
（3） 计算多塔大底盘地下室结构楼层剪切刚度比时，大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述（1）中刚度比的要求，而且每栋塔楼范围内（塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度）的地下室剪切刚底与相邻上部结构塔楼剪切刚度的剪切刚度不宜小于1.5。
3地下室结构设计
3.1地下室顶板设计。
主楼室内部分地下室顶板设计。工程由于主楼室内部分的地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据施工单位要求适宜考虑施工阶段的承载力验算，因此考虑施工荷载后楼板荷载取为10kN/m2;对于地下室顶板的活荷载，笔者认为根据极限状态下的基本组合，活荷载取值为5kN/m2已满足要求。
（1）露天顶板设计。对于出现纯地下室车库或者高层建筑地下室上部局部无建筑物进，则地下室顶板应按露天顶板进行设计，而本工程由于出现部分纯地下室车库，因些地下室顶按露天顶板设计，取露天荷载为10kN/m2。
（2）人防地下室的荷载取值。工程的地下室一层为人防地下室，所以对于本工程中的露天顶板要考虑到爆动荷载影响，但鉴于人防地下室顶板的爆动等效荷载要比消防车作用的板面等效荷载较大，因此人防地下室顶板的荷载按照六级人防顶板的等效荷载考虑，取为60kN/m2，但在设计中不同时考虑这两种荷载的组合，仅需按人防爆动等效荷载进宪地下室顶板计算。
3.2地下室底板设计
（1）地下室底板的结构布置应做到传力明确而且经济合理，一般适宜采用梁板式结构，这样有助于把地下室底板设计为双向板，有利于荷载均匀传递到周围的基础梁上。为了满足底板抗渗要求，底板厚度取值不少于300mm。
（2） 地下室底析的钢筋布置要合理。笔者认为，地下室底板同一方向的梁板面筋应布置在相同标高上，没必要把两个方向的板面筋布置在梁面筋以下。这是由于基础梁两个方向的面筋本身就存在高差，而若把底板双向的面筋都布置在基础面筋下，则会造成底板面筋的面筋保护层过大，造成窝顶情况出现。
（3 ）地下室抗浮验算与设计。 地下室应验算地下水压是否超出地下室部分的恒载，验算时应取恒载分项系数为0.9，水的发项系数为1.0。若验算发现恒载不能满足地下室的抗浮要求，则应通过设置抗拨桩来抵抗地下水的浮力。这时可在基础梁跨中设置抗拨桩，按水浮力配置钢筋时抗拨桩可作为来支座考虑。
4建筑物上部结构、地下室、地基的相互作用关系
（1） 高层建筑的基础上部整体连接着层数很多的框架、剪力墙或筒体结构，地下室四周很厚的挡土墙又紧贴着有效侧限的密实回填土，下部又连接着沿深度变化的地基。无论在竖几荷载还是水平荷载的作用下，它们都会有机地共同作用，相互协调变形。尽管在这方面的设计计算理论仍不够完善，但如果仅仅把基础从上部结构和下部地基的客观边界条件中完全隔离出来进行计算，是根本无法达到真正设计要求的目的的。
（2）高层建筑基础的分析与设计经历了不考虑上、下共同相互作用的阶段、仅考虑基础和地基共同作用的阶段，到现今开始全面考虑上部结构和地基基面相互作用的新阶段。我国目前也有了专门的高层建筑与地基基础共同作用理论的相关计算程序，如果设计人员所用的计算机结构分析软件仍是沿袭着不客观充分考虑相互作用的常规计算方法，设计的计算结果往往和工程实测的结果相差甚远，达不到经济合理性的要求。
出现这种基础底板内力远远小于常规计算方法的因素很多，如在基础底板施工是时，只有底板的自重，且无任何上部结构的边界约束，而混凝土的硬化收缩力大，在底板的收缩应变的过程中，使混凝土中的纵向钢筋产生了预压应力。另外，基础底面和地基土之间巨大的摩擦力起着一定程度的反弯曲作用。摩擦力是整栋建筑的客观边界条件，不能视而不见。特别是对于天然地基的箱形和筏形基础来讲，地基土都比较坚实，变形模量和基床系数都比较大，则基础底板的内力和相应的绕曲率势必会相应减少。
结束语
由于地下室的特殊位置，其结构设计是较复杂的设计问题，要考虑以及涉及的内容繁多，甚至对于一些关于地下室结构的设计问题目前还没得到思想一致，如基础与地基的相互作用、上部结构刚度对地基基础的影响程度等。鉴于地下室的复杂设计因素，这要求我们设计人员在进行地下室结构设计是应把握安全可靠、经济合理的协调原则，从技术以及经济方面去深入研究地下室结构的设计技术问题。
参考文献
[1]杨照夫，金马同 大厦地下室结构设计分析[j]科技创新导报，2009.18（24）；28-29
[2]文华，论述地下室结构设计存在的问题[j]，建材与装饰，2008.（06）；10-12
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：地下室；结构设计；地下室底板；地下室顶板
1工程概况
某工程地上为二十层的钢筋混凝土结构，地下为二层结构，主要用途是停车为停车库。建筑高度为69.7米，建筑设计使用年限为50年。该工程采用平析式筏板基础形式，桩型为预应力高强混凝土桩，桩端持力层为全风化岩。建筑抗震设计类别为丙类，工程所处地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。框架和剪力墙的抗震等级均为二级、其中框支柱、框支梁为一级。裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，仍为二级。地下室在平时主要作为停车库，战时则作为人防工程，人防等级设计为六级。
2设置有地下室的高层建筑的嵌固位置
钢筋混凝土高层建筑在进行结构分析之前，必须首先确定结构嵌固端所在位置，其直接关系到计算模型与实际受力态的符合程度。目前实际工程中大多数单塔或多塔高层建筑都带有面积较大的地下室以及层数不多的裙房，而且裙房可能相连成大底盘。《建筑抗震设计规范》规定高层建筑地下室在满足一定条件下，地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。在确定带地下室的高层建筑嵌固位置时需要特殊注意以下几点；
（1）地下一层结构侧向刚度应不小于地上结构侧向刚度的2倍。结构层侧向刚度可近似按等效剪切刚度计算。
（2）“应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用又层双向配筋，且每层每个方向配筋率不且小于0.25g%”。对楼盖结构形式、楼板厚度以及配筋提出详细要求。相对梁板结构而言，无梁盖结构平面外刚度较小，难以符合刚性楼板假定的基本要求，因此，作为上部结构嵌部位的地下室顶板，主楼范围以及与之相连裙房地下室顶板的相关范围应采用现浇梁板结构，无地上地下室顶板其它位置可采用无梁楼盖结构。对于地下室形成大底盤结构而言，其中的“相关范围”指距主楼两跨且不小于15m范围。具体范围如图（1）
（3） 计算多塔大底盘地下室结构楼层剪切刚度比时，大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述（1）中刚度比的要求，而且每栋塔楼范围内（塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度）的地下室剪切刚底与相邻上部结构塔楼剪切刚度的剪切刚度不宜小于1.5。
3地下室结构设计
3.1地下室顶板设计。
主楼室内部分地下室顶板设计。工程由于主楼室内部分的地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据施工单位要求适宜考虑施工阶段的承载力验算，因此考虑施工荷载后楼板荷载取为10kN/m2;对于地下室顶板的活荷载，笔者认为根据极限状态下的基本组合，活荷载取值为5kN/m2已满足要求。
（1）露天顶板设计。对于出现纯地下室车库或者高层建筑地下室上部局部无建筑物进，则地下室顶板应按露天顶板进行设计，而本工程由于出现部分纯地下室车库，因些地下室顶按露天顶板设计，取露天荷载为10kN/m2。
（2）人防地下室的荷载取值。工程的地下室一层为人防地下室，所以对于本工程中的露天顶板要考虑到爆动荷载影响，但鉴于人防地下室顶板的爆动等效荷载要比消防车作用的板面等效荷载较大，因此人防地下室顶板的荷载按照六级人防顶板的等效荷载考虑，取为60kN/m2，但在设计中不同时考虑这两种荷载的组合，仅需按人防爆动等效荷载进宪地下室顶板计算。
3.2地下室底板设计
（1）地下室底板的结构布置应做到传力明确而且经济合理，一般适宜采用梁板式结构，这样有助于把地下室底板设计为双向板，有利于荷载均匀传递到周围的基础梁上。为了满足底板抗渗要求，底板厚度取值不少于300mm。
（2） 地下室底析的钢筋布置要合理。笔者认为，地下室底板同一方向的梁板面筋应布置在相同标高上，没必要把两个方向的板面筋布置在梁面筋以下。这是由于基础梁两个方向的面筋本身就存在高差，而若把底板双向的面筋都布置在基础面筋下，则会造成底板面筋的面筋保护层过大，造成窝顶情况出现。
（3 ）地下室抗浮验算与设计。 地下室应验算地下水压是否超出地下室部分的恒载，验算时应取恒载分项系数为0.9，水的发项系数为1.0。若验算发现恒载不能满足地下室的抗浮要求，则应通过设置抗拨桩来抵抗地下水的浮力。这时可在基础梁跨中设置抗拨桩，按水浮力配置钢筋时抗拨桩可作为来支座考虑。
4建筑物上部结构、地下室、地基的相互作用关系
（1） 高层建筑的基础上部整体连接着层数很多的框架、剪力墙或筒体结构，地下室四周很厚的挡土墙又紧贴着有效侧限的密实回填土，下部又连接着沿深度变化的地基。无论在竖几荷载还是水平荷载的作用下，它们都会有机地共同作用，相互协调变形。尽管在这方面的设计计算理论仍不够完善，但如果仅仅把基础从上部结构和下部地基的客观边界条件中完全隔离出来进行计算，是根本无法达到真正设计要求的目的的。
（2）高层建筑基础的分析与设计经历了不考虑上、下共同相互作用的阶段、仅考虑基础和地基共同作用的阶段，到现今开始全面考虑上部结构和地基基面相互作用的新阶段。我国目前也有了专门的高层建筑与地基基础共同作用理论的相关计算程序，如果设计人员所用的计算机结构分析软件仍是沿袭着不客观充分考虑相互作用的常规计算方法，设计的计算结果往往和工程实测的结果相差甚远，达不到经济合理性的要求。
出现这种基础底板内力远远小于常规计算方法的因素很多，如在基础底板施工是时，只有底板的自重，且无任何上部结构的边界约束，而混凝土的硬化收缩力大，在底板的收缩应变的过程中，使混凝土中的纵向钢筋产生了预压应力。另外，基础底面和地基土之间巨大的摩擦力起着一定程度的反弯曲作用。摩擦力是整栋建筑的客观边界条件，不能视而不见。特别是对于天然地基的箱形和筏形基础来讲，地基土都比较坚实，变形模量和基床系数都比较大，则基础底板的内力和相应的绕曲率势必会相应减少。
结束语
由于地下室的特殊位置，其结构设计是较复杂的设计问题，要考虑以及涉及的内容繁多，甚至对于一些关于地下室结构的设计问题目前还没得到思想一致，如基础与地基的相互作用、上部结构刚度对地基基础的影响程度等。鉴于地下室的复杂设计因素，这要求我们设计人员在进行地下室结构设计是应把握安全可靠、经济合理的协调原则，从技术以及经济方面去深入研究地下室结构的设计技术问题。
参考文献
[1]杨照夫，金马同 大厦地下室结构设计分析[j]科技创新导报，2009.18（24）；28-29
[2]文华，论述地下室结构设计存在的问题[j]，建材与装饰，2008.（06）；10-12
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。