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摘要：随着社会的不断进步，现代化城市进程的不断加快，现如今城市中涌入了大量的人口。为了满足人们的生活需求，各大中城市中高层建筑拔地而起。其中，地下室发挥着地下车库、人防战时应急、设备用房等用途，在高层建筑中地下室有着非常重要的意义。但地下室结构设计所处的环境及所涉及到的专业较多，建筑结构设计人员在进行地下室结构设计时需要考虑的因素及需要协调的专业也较多，因此不断加强学习，充分掌握地下室结构设计的要点是当前社会对地下室结构设计人员提出的要求。基于此，文中笔者从地下室的平面结构设计、外墙、顶板、底板及结构结构设计进行了简要的介绍，以期能够与广大同行间相互交流观点，最终实现共同进步。
关键词：高层建筑、地下室、结构设计
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
随着城市化进程的逐步加快，现如今，城市建筑用地也越来越少，建筑结构的发展正在朝向“高”层发展。在进行高层建筑结构设计时，地下室起到了地下车库、人防应急等用途有着非常重要的作用。但由于地下室结构设计所涉及到的专业较广、需要考虑的因素较多等都使得高层建筑地下室结构设计存在一定的难度。文中笔者结合多年的工作经历，就地下室的结构设计进行了简要的分析。
二、工程概况
临沂地区某住宅小区地上为 18 层的钢筋混凝土框架剪力墙结构，地下为 1 层结构，主要用途是停车库。建筑高度为 54m，建筑设计使用年限为 50a。该工程采用预应力管桩，以强风化岩或中风化岩为持力层，单桩承载力特征值1800kN，底板采用平板式筏，抗浮水头 5m。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三级，其中框支柱、框支梁为二级。裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，应为二级。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。
三、地下室顶板设计
本工程地下室顶板上设计了园林景观，需覆土0.5m，同时考虑到设备管线的高度及其保护土层厚度，最后确定覆土厚度为1.1m。
1、主楼室内部分地下室顶板设计
主楼室内部分的地下室顶板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5kN/m2。
2、园林景观顶板设计
园林景观部分除考虑覆土的重量外，尚需考虑景观、道路及附属设施的荷载；本工程景观部分荷载取值为 4kN/m2，消防车道部分荷载较大，按照规范的要求应为 35kN/m2，但考虑到本工程地下室顶板上有1.1m 的覆土，荷载经过扩散后实际传导到梁板上的荷载已大大减小，经计算扩散后消防荷载取值可按 20kN/m2考虑。
3、人防地下室的荷载取值
由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750kN/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行地下室顶板计算。
四、地下室侧壁设计
1、进行地下室侧壁设计时，侧壁主要考虑的荷载有：结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等，由于侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂，为了简化计算，在设计中可作如图 1 所示的合理的简化。本工程地面活荷载取为q=10kN/m2，则折算土的厚度应为h= 10/18=0.56m，等代土压力采用公式σ0=γ1h1ka计算。侧向土压力对于地下水位以上的土压力采用公式σs1=γh2ka，对于地下水位以下的土压力则采用公式σs2=γh3ka计算。
本地下室工程的侧壁采用以上所介绍的公式以及简化计算见图1 ，经计算地下室 1 层的侧壁板厚取为 350mm。
图 1：地下室侧壁设计计算简化图
2、侧壁的构造要求是，在与土壤接触的侧壁混凝土保护层取为40mm，地下室内部的混凝土则取为 15mm。把地下室侧壁的水平钢筋配置在外侧，而竖向钢筋配置在侧壁内侧。为了有效控制本地下室的侧壁混凝土开裂，混凝土强度等级并不宜取得高，以减小混凝土的收缩应力，工程混凝土强度等级取为 C30。同时，本工程还设置了多道后浇带，有效的减小了地下室混凝土开裂。
三、地下室结构外墙设计
不同高层建筑地下室结构外墙的设计厚度及设计配筋不尽相同，尤其是外墙的设计配筋相差较大。根据本人的工程实践经验，通常情况下地下室外墙设计厚度亦取值为30-50cm，钢筋宜选用直径14-18mm的热轧螺纹钢，钢筋间距亦取200mm。考虑临沂地区地下水位相对较高，宜适当增加地下室外墙的厚度与配筋量。结构设计中，考虑外墙受力，要求其竖向钢筋配置相对较多，水平钢筋则多以不低于最小配筋率为准。需要注意的是最小配筋率仅仅是控制的下限值，而不是合理的配筋率，因此在设计过程中应对水平向配筋量作适当的增加。个人经验认为水平向配筋率应不低于0.25%-0.3%，否则容易导致外墙产生收缩裂缝，降低外墙防水能力。此外，对于埋深较深的地下室结构，其常采用围护桩结合二道支撑的基坑支护方案。在浇筑地下室底板混凝土时，常选择在基坑底部二道支撑下部留置地下室外墙施工缝。施工缝以下部分这段外墙达到设计强度后，采用填料填实墙与围护桩间空隙，待基坑二道支撑拆除后，施工缝以下部分外墙及地下室底板即成为新的“二道支撑”，用以承担基坑周边土体的主动土压力。此时，考虑到地下室中间楼盖尚未浇筑，墙体处于悬挑状态，结构设计人员有必要对该段墙体的施工階段不利悬挑受力状态进行验算。
五、地下室抗浮、抗渗及控制措施
临沂地区地下水位相对较高，还应重视地下室抗浮设计工作。地下室抗浮设计应严格依据地下水位及其变幅进行，值得注意的是现阶段地下室抗浮设计多仅考虑正常使用极限状态，忽略了施工过程以及洪水期等特殊时期抗浮考虑，这也是施工过程中常出现抗浮承载力不足而出现局部破坏的重要原因。此外，实际工程中常出现多栋高低层建筑共用同一地下室的情况，这类地下室多具有面积大、形状不规则、各部分上部建筑分布不均匀等特点，抗浮设计难度相对较大，设计人员需要对具体问题具体分析，分类处理。
地下室结构在满足承载能力要求的同时，还必须满足正常使用的要求，抗渗正是其中的一个重点控制项目。由于混凝土结构本身即为带缝工作，因此需要采取相应的控制措施防止渗漏。主要抗渗控制措施如下：
（1）采用补偿收缩混凝土。在混凝土浇筑完成后，混凝土常会产生不同程度的收缩裂缝。对此，可采用掺加微膨胀剂的混凝土，借助混凝土的膨胀值来抵消其收缩，控制裂缝的产生。
（2）设置膨胀带。混凝土浇筑过程中设置膨胀带不仅可以与混凝土中膨胀剂一同发挥补偿收缩的效能，而且还方便混凝土连续浇筑，实现无缝施工。
（3）设置后浇带。与传统的变形缝相比，后浇带可以有助于混凝土释放早期约束力。
（4）增强钢筋混凝土结构构件的抗拉能力。可根据混凝土结构构件的实际情况适当增加抗变形钢筋。例如：可在地下室外墙设置水平向温度钢筋，而在侧墙中部设置一道水平暗梁，用以抵抗墙体各部位混凝土的胀缩差异。此外，还应重视混凝土的养护工作。
六、结语
综上所述，高层建筑地下室结构设计是一个较为系统化的过程，在进行地下室结构设计时，要求结构工程师所掌握的专业知识较多，同时，在水、电、暖等相关专业的协调工作也是导致地下室结构设计存在一定难度的原因之一。因此，地下室结构设计工程师有必要加强对专业知识的掌握程度，能够有效处理好一些相关专业的协调工作，在实际的设计施工过程中，要根据不同的场地和不同的施工条件制定不同的设计施工方案，并将地下室的建构发挥最大的社会经济效益。
参考文献：
[1] 陈玲瑜：《浅谈高层建筑地下室设计中常见问题》，《水利科技》，2006年02期
[2] 庞维钊 林武：《浅析高层建筑地下室设计中常见的问题》，《建材与装饰(中旬刊)》，2008年04期
[3] 樊永盛：《浅谈地下室设计中的常见问题及对策措施》，《山西建筑》，2008年27期
[4] 郭诚胜：《地下室设计中常见问题及对策措施》，《山西建筑》，2007年05期
[5] 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》，《黑龙江科技信息》，2008年29期
关键词：高层建筑、地下室、结构设计
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
随着城市化进程的逐步加快，现如今，城市建筑用地也越来越少，建筑结构的发展正在朝向“高”层发展。在进行高层建筑结构设计时，地下室起到了地下车库、人防应急等用途有着非常重要的作用。但由于地下室结构设计所涉及到的专业较广、需要考虑的因素较多等都使得高层建筑地下室结构设计存在一定的难度。文中笔者结合多年的工作经历，就地下室的结构设计进行了简要的分析。
二、工程概况
临沂地区某住宅小区地上为 18 层的钢筋混凝土框架剪力墙结构，地下为 1 层结构，主要用途是停车库。建筑高度为 54m，建筑设计使用年限为 50a。该工程采用预应力管桩，以强风化岩或中风化岩为持力层，单桩承载力特征值1800kN，底板采用平板式筏，抗浮水头 5m。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三级，其中框支柱、框支梁为二级。裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，应为二级。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。
三、地下室顶板设计
本工程地下室顶板上设计了园林景观，需覆土0.5m，同时考虑到设备管线的高度及其保护土层厚度，最后确定覆土厚度为1.1m。
1、主楼室内部分地下室顶板设计
主楼室内部分的地下室顶板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5kN/m2。
2、园林景观顶板设计
园林景观部分除考虑覆土的重量外，尚需考虑景观、道路及附属设施的荷载；本工程景观部分荷载取值为 4kN/m2，消防车道部分荷载较大，按照规范的要求应为 35kN/m2，但考虑到本工程地下室顶板上有1.1m 的覆土，荷载经过扩散后实际传导到梁板上的荷载已大大减小，经计算扩散后消防荷载取值可按 20kN/m2考虑。
3、人防地下室的荷载取值
由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750kN/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行地下室顶板计算。
四、地下室侧壁设计
1、进行地下室侧壁设计时，侧壁主要考虑的荷载有：结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等，由于侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂，为了简化计算，在设计中可作如图 1 所示的合理的简化。本工程地面活荷载取为q=10kN/m2，则折算土的厚度应为h= 10/18=0.56m，等代土压力采用公式σ0=γ1h1ka计算。侧向土压力对于地下水位以上的土压力采用公式σs1=γh2ka，对于地下水位以下的土压力则采用公式σs2=γh3ka计算。
本地下室工程的侧壁采用以上所介绍的公式以及简化计算见图1 ，经计算地下室 1 层的侧壁板厚取为 350mm。
图 1：地下室侧壁设计计算简化图
2、侧壁的构造要求是，在与土壤接触的侧壁混凝土保护层取为40mm，地下室内部的混凝土则取为 15mm。把地下室侧壁的水平钢筋配置在外侧，而竖向钢筋配置在侧壁内侧。为了有效控制本地下室的侧壁混凝土开裂，混凝土强度等级并不宜取得高，以减小混凝土的收缩应力，工程混凝土强度等级取为 C30。同时，本工程还设置了多道后浇带，有效的减小了地下室混凝土开裂。
三、地下室结构外墙设计
不同高层建筑地下室结构外墙的设计厚度及设计配筋不尽相同，尤其是外墙的设计配筋相差较大。根据本人的工程实践经验，通常情况下地下室外墙设计厚度亦取值为30-50cm，钢筋宜选用直径14-18mm的热轧螺纹钢，钢筋间距亦取200mm。考虑临沂地区地下水位相对较高，宜适当增加地下室外墙的厚度与配筋量。结构设计中，考虑外墙受力，要求其竖向钢筋配置相对较多，水平钢筋则多以不低于最小配筋率为准。需要注意的是最小配筋率仅仅是控制的下限值，而不是合理的配筋率，因此在设计过程中应对水平向配筋量作适当的增加。个人经验认为水平向配筋率应不低于0.25%-0.3%，否则容易导致外墙产生收缩裂缝，降低外墙防水能力。此外，对于埋深较深的地下室结构，其常采用围护桩结合二道支撑的基坑支护方案。在浇筑地下室底板混凝土时，常选择在基坑底部二道支撑下部留置地下室外墙施工缝。施工缝以下部分这段外墙达到设计强度后，采用填料填实墙与围护桩间空隙，待基坑二道支撑拆除后，施工缝以下部分外墙及地下室底板即成为新的“二道支撑”，用以承担基坑周边土体的主动土压力。此时，考虑到地下室中间楼盖尚未浇筑，墙体处于悬挑状态，结构设计人员有必要对该段墙体的施工階段不利悬挑受力状态进行验算。
五、地下室抗浮、抗渗及控制措施
临沂地区地下水位相对较高，还应重视地下室抗浮设计工作。地下室抗浮设计应严格依据地下水位及其变幅进行，值得注意的是现阶段地下室抗浮设计多仅考虑正常使用极限状态，忽略了施工过程以及洪水期等特殊时期抗浮考虑，这也是施工过程中常出现抗浮承载力不足而出现局部破坏的重要原因。此外，实际工程中常出现多栋高低层建筑共用同一地下室的情况，这类地下室多具有面积大、形状不规则、各部分上部建筑分布不均匀等特点，抗浮设计难度相对较大，设计人员需要对具体问题具体分析，分类处理。
地下室结构在满足承载能力要求的同时，还必须满足正常使用的要求，抗渗正是其中的一个重点控制项目。由于混凝土结构本身即为带缝工作，因此需要采取相应的控制措施防止渗漏。主要抗渗控制措施如下：
（1）采用补偿收缩混凝土。在混凝土浇筑完成后，混凝土常会产生不同程度的收缩裂缝。对此，可采用掺加微膨胀剂的混凝土，借助混凝土的膨胀值来抵消其收缩，控制裂缝的产生。
（2）设置膨胀带。混凝土浇筑过程中设置膨胀带不仅可以与混凝土中膨胀剂一同发挥补偿收缩的效能，而且还方便混凝土连续浇筑，实现无缝施工。
（3）设置后浇带。与传统的变形缝相比，后浇带可以有助于混凝土释放早期约束力。
（4）增强钢筋混凝土结构构件的抗拉能力。可根据混凝土结构构件的实际情况适当增加抗变形钢筋。例如：可在地下室外墙设置水平向温度钢筋，而在侧墙中部设置一道水平暗梁，用以抵抗墙体各部位混凝土的胀缩差异。此外，还应重视混凝土的养护工作。
六、结语
综上所述，高层建筑地下室结构设计是一个较为系统化的过程，在进行地下室结构设计时，要求结构工程师所掌握的专业知识较多，同时，在水、电、暖等相关专业的协调工作也是导致地下室结构设计存在一定难度的原因之一。因此，地下室结构设计工程师有必要加强对专业知识的掌握程度，能够有效处理好一些相关专业的协调工作，在实际的设计施工过程中，要根据不同的场地和不同的施工条件制定不同的设计施工方案，并将地下室的建构发挥最大的社会经济效益。
参考文献：
[1] 陈玲瑜：《浅谈高层建筑地下室设计中常见问题》，《水利科技》，2006年02期
[2] 庞维钊 林武：《浅析高层建筑地下室设计中常见的问题》，《建材与装饰(中旬刊)》，2008年04期
[3] 樊永盛：《浅谈地下室设计中的常见问题及对策措施》，《山西建筑》，2008年27期
[4] 郭诚胜：《地下室设计中常见问题及对策措施》，《山西建筑》，2007年05期
[5] 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》，《黑龙江科技信息》，2008年29期