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【摘 要】 为了增加有效使用面积，建筑会扩大地下空间，比如将停车库转入地下，通常这类建筑通常都带有地下室。这不仅有利于地面道路的设置，同时也满足了平战结合的要求。对于这类工程，如何把握地下室的受力情况，进行合理的计算分析是摆在广大工程技术人员面前的重要问题。
【关键词】 高层建筑；地下室结构；设计；问题
前言：
为了满足建筑功能及基础埋深的需要，一般均设有一层或多层地下室，平时做为车库、设备用房或商业用途，战时将其中部分或全部用做人防设施。由于地下室设计荷载较大，防水抗裂要求高，其造价占整个项目造价的比重也相当大。由于地下室所处的位置以及影响的设计因素较多，要考虑的技术问题较多，如不均匀沉降、地下室抗浮等，这些都造成地下室结构设计在建筑结构设计中起着重要作用，更是不容忽视，稍有设计不当将会给整个建筑结构带来安全隐患。以下就就地下室工程的结构设计中的常见问题进行了探讨。
一、平面设计
由于地下室常为高层建筑的设备用房所在处，且地下室部分区域还需按照人防要求设计，因此需要综合考虑水、电、通风等各专业的要求。此外，考虑到地下室的防水抗渗要求，设计人员应当尽量减少地下室结构的设缝数量。例如地下室的长度超过设计规定的长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。
设计过程中，可借助混凝土外加剂、设置后浇带或上部结构设缝等方式减少地下室结构的设缝数量。对于设计长度超过规定值而需设置变形缝的结构，应优先采用设置后浇带的方式加以避免，若无法实现则可将地下室从平面上进行分割，让整个地下室变成几个由较窄通道连接而成的小地下室，这些通道不仅提供了变形缝的设置位置，而且满足了通行及管道连接的要求。此外，高层建筑地下室平面设计还应做好采光通风井的设置工作，如若设置不当可能会对结构的正常受力产生不利影响。例如在地下室外墙外侧设置井体，而井体不能与地下室顶板整体浇筑，因而整体性存在缺陷，从而导致地震作用或上部结构承受的风载无法有效地传递至外墙及地面。
1、荷载
地下室结构荷载包括核爆动荷载（考虑人防）、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合，结构设计时可依各工程的结构特点，根据规范要求进行荷载组合。地下室各部位参与组合的荷载分别为：
顶板：顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。
侧墙：竖向，顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位），外墙自重标准值；横向，核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。
内承重墙（柱）：顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重，内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和，由大的荷载起控制作用。
基础：底板核爆动荷载标准值，上部建筑物自重标准值，顶板传来静荷载标准值，地下室墙身自重标准值。防空地下室进行荷载组合时，主要解决核爆动荷载作用下如何确定同时存在的静载问题。
2、顶板
地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座，其刚度越大，对上部结构的约束作用越好。因此，地下室顶板厚度不能太薄，一般取≥160mm。人防地下室顶板厚度还要满足人防要求。根据《建筑抗震设计规范》（GB5001-2001），地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，对楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率、楼层侧向刚度等都有具体要求，且地下室层数不宜少于两层。规范还明确规定，作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。这意味着高层建筑地下室层数或总深层不仅仅由地基基础埋深决定，还必须考虑上述因素。结构计算时应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算，并应包括地下层。当出现以下情况时，地下室顶板不应作为上部结构的嵌固部位：
（1）顶板室内外板面标高变化超过梁高范围形成错层，且未采取措施；
（2）顶板为无梁楼盖。
二、外墙
地下室外墙计算时应进行弯矩调幅，底部为固定支座（即底板作为外墙的嵌固端）、考虑荷载分项系数、有多层地下室时应按多跨连续计算，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样。底板抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这类问题在地下车道中最为典型。车道侧壁为悬臂构件，底板抗弯能力不应小于侧壁底部。地面层开洞位置（如楼梯间）外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造均应与实际相符，车道紧靠地下室外墙时，车道底板位于外墙中部，应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用。以上两种情况中，由于外墙支承条件不同，计算与设计不能与一般外墙相同。当顶板不在同一标高时，应注意外墙上部支座水平力的传递问题。
除垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大（如高层建筑外框架柱）之间外墙板块按双向板计算配筋外（此时框架柱尚应考虑外墙传来的水平荷载作用验算），其余外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载（轴力）较小的外墙扶壁柱内外侧主筋也应予以适当加强，外墙水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强，考虑外墙水平钢筋受力时应注意满足最小配筋率要求。地下室外墙应进行裂缝宽度计算，裂缝宽度不得大于0.2mm且不得贯通。
三、底板
同外墙一样，底板除满足受力要求外，还要满足地下室抗渗、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取40～60cm，配筋率一般取0.25%。地下室底板标高变化处应根据实际情况设置梁，梁宽不宜小于底板厚度，还应计算板的支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。桩箱、桩筏基础的地下室底板也是桩承台，还要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。 四、抗浮、抗渗
地下室结构设计中应特别注意只有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算，采用桩基时应计算桩的抗拔承载力。板、覆土的自重对结构有利，根据《荷载规范》计算强度时，荷载分项系数应取1.0。计算抗浮时，荷载分项系数应取0.9。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际设计时往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。实际中，同一整体大面积地下室上往往建有多栋高层和低层建筑，局部上方可能没有建筑，而地下室面积大，形状又不规则，抗浮问题相对比较难处理，须作细致分析。另外，斜坡道也应进行抗浮验算，其与主体连接处应作处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：
1、补偿收缩混凝土。在混凝土中掺入UEA、HEA等微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值，当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝。
2、膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝土连续浇注无缝施工。根据工程实践，一般超过60m设置膨胀加强带。
3、后浇带。后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并得到广泛应用。
4、提高钢筋混凝土的抗拉能力。混凝土应考虑增加抗变形钢筋，如侧壁增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用；侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。
五、保护层和垫层厚度
按《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）的要求，地下工程防水混凝土底板混凝土垫层不应小于C15，厚度不应小于100mm，软弱土层中厚度不应小于150mm。防水混凝土结构厚度不应小于250mm。地下工程防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。
六、结束语
总之，地下室的结构设计是一个综合性很强问题，涉及到的内容繁多而复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：地基与基础的相互作用问题、上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高地下室结构设计的水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。
参考文献：
[1]王仙蔚，李晓雷.高层建筑地下室结构的设计要点[J].低温建筑技术.2010（07）
[2]龚昌基.抗震设计中若干概念问题的思考[J].福建建筑.2010（04）
[3]孟丹彬.住宅工程抗震设计原理的探讨[J].住宅产业.2008（10）
[4]廖亚一，肖伟，赵风莉.谈高层建筑地下室防水工程设计与施工[J].施工企业管理.2004（06）
[5]梁志伟.高层建筑地下室防水工程施工技术浅析[J].经营管理者.2010（22）
[6]莫佐明.浅谈高层建筑地下室防水工程施工技术[J].现代营销（学苑版）.2011（07）
【关键词】 高层建筑；地下室结构；设计；问题
前言：
为了满足建筑功能及基础埋深的需要，一般均设有一层或多层地下室，平时做为车库、设备用房或商业用途，战时将其中部分或全部用做人防设施。由于地下室设计荷载较大，防水抗裂要求高，其造价占整个项目造价的比重也相当大。由于地下室所处的位置以及影响的设计因素较多，要考虑的技术问题较多，如不均匀沉降、地下室抗浮等，这些都造成地下室结构设计在建筑结构设计中起着重要作用，更是不容忽视，稍有设计不当将会给整个建筑结构带来安全隐患。以下就就地下室工程的结构设计中的常见问题进行了探讨。
一、平面设计
由于地下室常为高层建筑的设备用房所在处，且地下室部分区域还需按照人防要求设计，因此需要综合考虑水、电、通风等各专业的要求。此外，考虑到地下室的防水抗渗要求，设计人员应当尽量减少地下室结构的设缝数量。例如地下室的长度超过设计规定的长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。
设计过程中，可借助混凝土外加剂、设置后浇带或上部结构设缝等方式减少地下室结构的设缝数量。对于设计长度超过规定值而需设置变形缝的结构，应优先采用设置后浇带的方式加以避免，若无法实现则可将地下室从平面上进行分割，让整个地下室变成几个由较窄通道连接而成的小地下室，这些通道不仅提供了变形缝的设置位置，而且满足了通行及管道连接的要求。此外，高层建筑地下室平面设计还应做好采光通风井的设置工作，如若设置不当可能会对结构的正常受力产生不利影响。例如在地下室外墙外侧设置井体，而井体不能与地下室顶板整体浇筑，因而整体性存在缺陷，从而导致地震作用或上部结构承受的风载无法有效地传递至外墙及地面。
1、荷载
地下室结构荷载包括核爆动荷载（考虑人防）、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合，结构设计时可依各工程的结构特点，根据规范要求进行荷载组合。地下室各部位参与组合的荷载分别为：
顶板：顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。
侧墙：竖向，顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位），外墙自重标准值；横向，核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。
内承重墙（柱）：顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重，内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和，由大的荷载起控制作用。
基础：底板核爆动荷载标准值，上部建筑物自重标准值，顶板传来静荷载标准值，地下室墙身自重标准值。防空地下室进行荷载组合时，主要解决核爆动荷载作用下如何确定同时存在的静载问题。
2、顶板
地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座，其刚度越大，对上部结构的约束作用越好。因此，地下室顶板厚度不能太薄，一般取≥160mm。人防地下室顶板厚度还要满足人防要求。根据《建筑抗震设计规范》（GB5001-2001），地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，对楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率、楼层侧向刚度等都有具体要求，且地下室层数不宜少于两层。规范还明确规定，作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。这意味着高层建筑地下室层数或总深层不仅仅由地基基础埋深决定，还必须考虑上述因素。结构计算时应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算，并应包括地下层。当出现以下情况时，地下室顶板不应作为上部结构的嵌固部位：
（1）顶板室内外板面标高变化超过梁高范围形成错层，且未采取措施；
（2）顶板为无梁楼盖。
二、外墙
地下室外墙计算时应进行弯矩调幅，底部为固定支座（即底板作为外墙的嵌固端）、考虑荷载分项系数、有多层地下室时应按多跨连续计算，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样。底板抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这类问题在地下车道中最为典型。车道侧壁为悬臂构件，底板抗弯能力不应小于侧壁底部。地面层开洞位置（如楼梯间）外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造均应与实际相符，车道紧靠地下室外墙时，车道底板位于外墙中部，应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用。以上两种情况中，由于外墙支承条件不同，计算与设计不能与一般外墙相同。当顶板不在同一标高时，应注意外墙上部支座水平力的传递问题。
除垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大（如高层建筑外框架柱）之间外墙板块按双向板计算配筋外（此时框架柱尚应考虑外墙传来的水平荷载作用验算），其余外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载（轴力）较小的外墙扶壁柱内外侧主筋也应予以适当加强，外墙水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强，考虑外墙水平钢筋受力时应注意满足最小配筋率要求。地下室外墙应进行裂缝宽度计算，裂缝宽度不得大于0.2mm且不得贯通。
三、底板
同外墙一样，底板除满足受力要求外，还要满足地下室抗渗、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取40～60cm，配筋率一般取0.25%。地下室底板标高变化处应根据实际情况设置梁，梁宽不宜小于底板厚度，还应计算板的支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。桩箱、桩筏基础的地下室底板也是桩承台，还要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。 四、抗浮、抗渗
地下室结构设计中应特别注意只有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算，采用桩基时应计算桩的抗拔承载力。板、覆土的自重对结构有利，根据《荷载规范》计算强度时，荷载分项系数应取1.0。计算抗浮时，荷载分项系数应取0.9。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际设计时往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。实际中，同一整体大面积地下室上往往建有多栋高层和低层建筑，局部上方可能没有建筑，而地下室面积大，形状又不规则，抗浮问题相对比较难处理，须作细致分析。另外，斜坡道也应进行抗浮验算，其与主体连接处应作处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：
1、补偿收缩混凝土。在混凝土中掺入UEA、HEA等微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值，当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝。
2、膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝土连续浇注无缝施工。根据工程实践，一般超过60m设置膨胀加强带。
3、后浇带。后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并得到广泛应用。
4、提高钢筋混凝土的抗拉能力。混凝土应考虑增加抗变形钢筋，如侧壁增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用；侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。
五、保护层和垫层厚度
按《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）的要求，地下工程防水混凝土底板混凝土垫层不应小于C15，厚度不应小于100mm，软弱土层中厚度不应小于150mm。防水混凝土结构厚度不应小于250mm。地下工程防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。
六、结束语
总之，地下室的结构设计是一个综合性很强问题，涉及到的内容繁多而复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：地基与基础的相互作用问题、上部结构刚度对地基基础的影响等等。现代高层建筑由于地下工程庞大，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高地下室结构设计的水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。
参考文献：
[1]王仙蔚，李晓雷.高层建筑地下室结构的设计要点[J].低温建筑技术.2010（07）
[2]龚昌基.抗震设计中若干概念问题的思考[J].福建建筑.2010（04）
[3]孟丹彬.住宅工程抗震设计原理的探讨[J].住宅产业.2008（10）
[4]廖亚一，肖伟，赵风莉.谈高层建筑地下室防水工程设计与施工[J].施工企业管理.2004（06）
[5]梁志伟.高层建筑地下室防水工程施工技术浅析[J].经营管理者.2010（22）
[6]莫佐明.浅谈高层建筑地下室防水工程施工技术[J].现代营销（学苑版）.2011（07）