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摘要：国家大力提倡节约土地资源，地下空间成为建筑业界争相追逐的热点。本文就高层建筑的地下室结构设计进行了归纳总结，阐述了高层建筑地下室结构设计的方法、步骤、重难点及注意事项。
关键字：高层建筑；地下室；结构设计
1.引言
随着国家城镇化建设的大力推进，国家城市土地资源越来越紧俏，建筑行业及城市交通行业不得不选择向空中和地下发展，因此，高层建筑和地下空间的应用越来越得到重视，就此，高层建筑因其功能和结构的需要，越来越多的设置了地下室。同时，高层建筑不仅地上结构的层数在显著增加，其地下室结构的层数也正在向多层发展，就此，关于地下室结构的结构设计、防水、保温施工工艺也日益成为建筑业界关注的热点问题。由于地下室结构的工程环境特殊、涉及工种繁杂、且施工相对隐蔽、复杂，如果控制不佳，极易出现质量问题，所以，对于该结构物的设计和施工应给与特殊的重视和要求。
2.地下室结构设计原则
2.1选用计算简图：计算简图是进行结构计算的基础，故进行计算简图的合理选择是保证结构物安全的先决条件。另外，计算简图应在工程容许误差范围内选择，再配合适当的构造措施保证计算简图的准确性。
2.2选择基础方案：应依据地质条件，结构形式及荷载分布选择合适的基础形式，综合分析影响建筑物的施工条件等复杂因素，选择经济合理，结构安全的基础形式。
2.3合理选择结构方案：选择合适、经济、保证结构安全的结构形式是完成一个结构物建设的前提，要确保结构传力体系明确、简洁，地震区结构物应力求平面和立面规则。
2.4正确分析计算结果：现在的结构设计普遍利用计算机设计软件进行，但是当前建筑结构软件繁多，往往不同的结构软件计算结构也不尽相同，这里要求设计师必须熟练把握计算软件的选择，了解其适用范围。在进行计算机辅助设计时，要保证输入准确，条件明确，在完成计算后要认真分析电算结果，做出合理判断。
2.5采取必要的构造措施：必须遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的原则，保证结构延性，保护薄弱部位，注意钢筋锚固，考虑温度变形及附加应力的影响。
3.地下室结构设计重难点分析
地下室工程涉及专业多且杂，在进行相关设计时，不仅要进行承载力的设计，同时要考虑防火、使用功能、人防、管道、通风等诸多专业。对于高层建筑结构而言，抗浮性和抗渗性都要得到妥善处理。总之，地下室结构设计是一项庞大的系统工程，涉及设计、施工、选择材料等很多细节问题。下文将就具体问题进行较为详尽的探讨。
4.高层建筑地下室结构设计
4.1结构的平面设计
在高层建筑地下室结构设计中，防火、人防、使用功能、设备用房以及坑道、通风、排水、管道、采光等各个因素都要得到妥善考虑，例如，当地下室的纵向尺寸超过规范要求时，需要确定如何设置变形缝，一般情况下，我们应该尽量避免设置变形缝，因为此工序将极大的影响地下防水设计。设计师应该考虑其他方法（如设置后浇带、使用外加剂）等方式回避设置变形缝。
4.2抗震设计
地下室抗震设计问题较多，比如，多层建筑中半地下室的埋设不达标，因为此建筑物往往层数和高度都会超过GB50011-2001 第7.1.2 条的规范规定，此时，地下室顶板是上部结构的嵌固端，按照GB50011-2001 第6.1.3 条规定，当地下室一层为三级抗震，上部结构是二级抗震时，地下室也应该调整抗震等级为二级进行结构设计。如果地下室结构抗震设计不适当，将大大影响整个建筑物的抗震性能，这里按照施工图审查规则，通常来说，当半地下室的埋深在大于地下室外地面以上高度时，才可以不计算其层数，要采取适宜的处理措施，否则不能作为上部结构的嵌固部位使用。查阅相关规范知，上层结构部位的地下室楼盖必须是梁板结构物。当地下室顶板为无梁楼盖时不能作为上部结构的部位使用。此时，结构计算应以地下室底板为起点进行，剪力墙的底部加强区的层数应从地面起算且包括地下层。
4.3地下室抗浮、抗渗设计
通常情况下，在此类设计中有以下诸多问题，违反GB50007-2002 第3.0.2 条，勘测报告为提供地下水位中计算浮力的起算点，或者设计师未按照勘察报告确定地下水位；违反GB50009-2001 第3.2.5 条，斜坡道没有按规定进行抗浮验算，未处理坡道与主体的分缝处，斜坡道未进行抗浮验算或验算结果不达标；地下水位是地下室结构抗浮设计的重要标准，实际设计中只考虑正常使用极限状态，未重视汛期和施工过程的影响，造成地下室在施工过程中由于抗浮不够的局部破坏。此外，对于大面积地下室，其上部结构不规则，同时并存高层建筑、多层建筑，还有无建筑区域，面积大、形状复杂，这类抗浮问题相当复杂，需要综合复习模拟其荷载形式再进行设计。抗渗性是地下室设计中除满足受力要求之外的另一个重点，由于常规混凝土结构物是带裂缝工作的，为了满足其抗渗要求，通常我们采取下列措施：
（1）采用补偿收缩混凝土：在混凝土中掺入外加剂（微膨胀剂），通过其膨胀值抵消砼的最终收缩值。保证其差值不小于混凝土的极限拉应力时，此法即可控制裂缝。
（2）设置膨胀带：混凝土由膨胀剂产生的膨胀变形不能完全抵消其早期收缩变形，而此法可以实现混凝土的连续浇筑，避免留施工缝。
（3）设置后浇带：这是保证混凝土早期约束力得到有效释放的施工工艺，此法针对长久性变形缝已经得到了广泛的应用。
（4）提高钢筋混凝土的抗拉能力：在混凝土中设置变形钢筋，水平温度筋，强化混凝土面层，抵抗温度变形，在墙体中设置水平暗梁抵抗由混凝土收缩不一致产生的约束力。
4.4外墙结构设计
地下室结构的外墙是其结构设计的重难点问题，要综合考虑其水压力、土压力进行验算，在设计应该考虑如下几个方面的问题：
（1）荷载：此处需要考虑水平荷载和竖向荷载，地面荷载、人防等效静力荷载和侧向土压力是水平荷载的主要来源，上部结构物自重是竖向荷载的主要来源。在实际设计中，竖向荷载、风荷载、及地震荷载往往不起控制作用，墙体的配筋主要由水平荷载控制，应按其弯矩值进行配筋，并且通常不考虑与竖向荷载的压弯组合，仅按照墙体弯曲计算配筋。
（2）静止土压力系数：最好由试验测定静止土压力，无法试验测定时，可以按照经验参数确定（砂土取0.4左右，黏土取0.6左右）
（3）地下室外墙的配筋：计算外墙配筋中，当外墙带扶壁柱时，不能按照扶壁柱尺寸进行配筋计算，应该按照双向板理论进行计算配筋，扶壁柱则按照结构整体电算结构分析进行计算配筋，不按照外墙双向板的荷载传递方式验算扶壁柱的配筋。由于外墙和扶壁柱要变形协调，这种设计会导致外墙竖向配筋不够，扶壁柱配筋偏小，水平分布筋却多余的情况。由此，地下室外墙的配筋，当垂直于外墙方向有钢混内墙连接时，亦或者外墙扶壁柱的截面尺寸较大时，例如高层建筑的外层框架柱间墙，要适当加强其外侧主筋。外墙的水平分布筋要依据其扶壁柱的截面尺寸确定，适当加强其外侧附加短水平钢筋，同时，外墙转角墙也应该适当加强。应该以底板作为外墙的嵌固端，按照固定支座简化，侧壁的底部弯矩和其相邻底板的弯矩相同配置，保证底板的抗弯性能大于侧壁的抗弯能力，应注意协调墙体厚度和配筋，满足配筋率的要求。
5.小结
高层建筑地下室设计是整个结构设计部分的重点，也是难点之一，作为设计师应该注意积累地下室设计经验，只要准确把握设计要点，结合规范，全面考虑影响地下室结构设计的诸多影响因素，以合理设计为前提，尽量降低建筑成本，最大限度保证高层建筑的安全性、适用性和耐久性是完全可能的。
参考文献
[1]地下工程防水技术规程（GB50108-2001）[S].
[2]李享，谭素群.地下室结构设计中的若干问题[J].山西建筑，2007，33（11）
关键字：高层建筑；地下室；结构设计
1.引言
随着国家城镇化建设的大力推进，国家城市土地资源越来越紧俏，建筑行业及城市交通行业不得不选择向空中和地下发展，因此，高层建筑和地下空间的应用越来越得到重视，就此，高层建筑因其功能和结构的需要，越来越多的设置了地下室。同时，高层建筑不仅地上结构的层数在显著增加，其地下室结构的层数也正在向多层发展，就此，关于地下室结构的结构设计、防水、保温施工工艺也日益成为建筑业界关注的热点问题。由于地下室结构的工程环境特殊、涉及工种繁杂、且施工相对隐蔽、复杂，如果控制不佳，极易出现质量问题，所以，对于该结构物的设计和施工应给与特殊的重视和要求。
2.地下室结构设计原则
2.1选用计算简图：计算简图是进行结构计算的基础，故进行计算简图的合理选择是保证结构物安全的先决条件。另外，计算简图应在工程容许误差范围内选择，再配合适当的构造措施保证计算简图的准确性。
2.2选择基础方案：应依据地质条件，结构形式及荷载分布选择合适的基础形式，综合分析影响建筑物的施工条件等复杂因素，选择经济合理，结构安全的基础形式。
2.3合理选择结构方案：选择合适、经济、保证结构安全的结构形式是完成一个结构物建设的前提，要确保结构传力体系明确、简洁，地震区结构物应力求平面和立面规则。
2.4正确分析计算结果：现在的结构设计普遍利用计算机设计软件进行，但是当前建筑结构软件繁多，往往不同的结构软件计算结构也不尽相同，这里要求设计师必须熟练把握计算软件的选择，了解其适用范围。在进行计算机辅助设计时，要保证输入准确，条件明确，在完成计算后要认真分析电算结果，做出合理判断。
2.5采取必要的构造措施：必须遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的原则，保证结构延性，保护薄弱部位，注意钢筋锚固，考虑温度变形及附加应力的影响。
3.地下室结构设计重难点分析
地下室工程涉及专业多且杂，在进行相关设计时，不仅要进行承载力的设计，同时要考虑防火、使用功能、人防、管道、通风等诸多专业。对于高层建筑结构而言，抗浮性和抗渗性都要得到妥善处理。总之，地下室结构设计是一项庞大的系统工程，涉及设计、施工、选择材料等很多细节问题。下文将就具体问题进行较为详尽的探讨。
4.高层建筑地下室结构设计
4.1结构的平面设计
在高层建筑地下室结构设计中，防火、人防、使用功能、设备用房以及坑道、通风、排水、管道、采光等各个因素都要得到妥善考虑，例如，当地下室的纵向尺寸超过规范要求时，需要确定如何设置变形缝，一般情况下，我们应该尽量避免设置变形缝，因为此工序将极大的影响地下防水设计。设计师应该考虑其他方法（如设置后浇带、使用外加剂）等方式回避设置变形缝。
4.2抗震设计
地下室抗震设计问题较多，比如，多层建筑中半地下室的埋设不达标，因为此建筑物往往层数和高度都会超过GB50011-2001 第7.1.2 条的规范规定，此时，地下室顶板是上部结构的嵌固端，按照GB50011-2001 第6.1.3 条规定，当地下室一层为三级抗震，上部结构是二级抗震时，地下室也应该调整抗震等级为二级进行结构设计。如果地下室结构抗震设计不适当，将大大影响整个建筑物的抗震性能，这里按照施工图审查规则，通常来说，当半地下室的埋深在大于地下室外地面以上高度时，才可以不计算其层数，要采取适宜的处理措施，否则不能作为上部结构的嵌固部位使用。查阅相关规范知，上层结构部位的地下室楼盖必须是梁板结构物。当地下室顶板为无梁楼盖时不能作为上部结构的部位使用。此时，结构计算应以地下室底板为起点进行，剪力墙的底部加强区的层数应从地面起算且包括地下层。
4.3地下室抗浮、抗渗设计
通常情况下，在此类设计中有以下诸多问题，违反GB50007-2002 第3.0.2 条，勘测报告为提供地下水位中计算浮力的起算点，或者设计师未按照勘察报告确定地下水位；违反GB50009-2001 第3.2.5 条，斜坡道没有按规定进行抗浮验算，未处理坡道与主体的分缝处，斜坡道未进行抗浮验算或验算结果不达标；地下水位是地下室结构抗浮设计的重要标准，实际设计中只考虑正常使用极限状态，未重视汛期和施工过程的影响，造成地下室在施工过程中由于抗浮不够的局部破坏。此外，对于大面积地下室，其上部结构不规则，同时并存高层建筑、多层建筑，还有无建筑区域，面积大、形状复杂，这类抗浮问题相当复杂，需要综合复习模拟其荷载形式再进行设计。抗渗性是地下室设计中除满足受力要求之外的另一个重点，由于常规混凝土结构物是带裂缝工作的，为了满足其抗渗要求，通常我们采取下列措施：
（1）采用补偿收缩混凝土：在混凝土中掺入外加剂（微膨胀剂），通过其膨胀值抵消砼的最终收缩值。保证其差值不小于混凝土的极限拉应力时，此法即可控制裂缝。
（2）设置膨胀带：混凝土由膨胀剂产生的膨胀变形不能完全抵消其早期收缩变形，而此法可以实现混凝土的连续浇筑，避免留施工缝。
（3）设置后浇带：这是保证混凝土早期约束力得到有效释放的施工工艺，此法针对长久性变形缝已经得到了广泛的应用。
（4）提高钢筋混凝土的抗拉能力：在混凝土中设置变形钢筋，水平温度筋，强化混凝土面层，抵抗温度变形，在墙体中设置水平暗梁抵抗由混凝土收缩不一致产生的约束力。
4.4外墙结构设计
地下室结构的外墙是其结构设计的重难点问题，要综合考虑其水压力、土压力进行验算，在设计应该考虑如下几个方面的问题：
（1）荷载：此处需要考虑水平荷载和竖向荷载，地面荷载、人防等效静力荷载和侧向土压力是水平荷载的主要来源，上部结构物自重是竖向荷载的主要来源。在实际设计中，竖向荷载、风荷载、及地震荷载往往不起控制作用，墙体的配筋主要由水平荷载控制，应按其弯矩值进行配筋，并且通常不考虑与竖向荷载的压弯组合，仅按照墙体弯曲计算配筋。
（2）静止土压力系数：最好由试验测定静止土压力，无法试验测定时，可以按照经验参数确定（砂土取0.4左右，黏土取0.6左右）
（3）地下室外墙的配筋：计算外墙配筋中，当外墙带扶壁柱时，不能按照扶壁柱尺寸进行配筋计算，应该按照双向板理论进行计算配筋，扶壁柱则按照结构整体电算结构分析进行计算配筋，不按照外墙双向板的荷载传递方式验算扶壁柱的配筋。由于外墙和扶壁柱要变形协调，这种设计会导致外墙竖向配筋不够，扶壁柱配筋偏小，水平分布筋却多余的情况。由此，地下室外墙的配筋，当垂直于外墙方向有钢混内墙连接时，亦或者外墙扶壁柱的截面尺寸较大时，例如高层建筑的外层框架柱间墙，要适当加强其外侧主筋。外墙的水平分布筋要依据其扶壁柱的截面尺寸确定，适当加强其外侧附加短水平钢筋，同时，外墙转角墙也应该适当加强。应该以底板作为外墙的嵌固端，按照固定支座简化，侧壁的底部弯矩和其相邻底板的弯矩相同配置，保证底板的抗弯性能大于侧壁的抗弯能力，应注意协调墙体厚度和配筋，满足配筋率的要求。
5.小结
高层建筑地下室设计是整个结构设计部分的重点，也是难点之一，作为设计师应该注意积累地下室设计经验，只要准确把握设计要点，结合规范，全面考虑影响地下室结构设计的诸多影响因素，以合理设计为前提，尽量降低建筑成本，最大限度保证高层建筑的安全性、适用性和耐久性是完全可能的。
参考文献
[1]地下工程防水技术规程（GB50108-2001）[S].
[2]李享，谭素群.地下室结构设计中的若干问题[J].山西建筑，2007，33（11）