高层建筑地下室结构设计探析

1、高层建筑地下室结构设计探析摘要：本文从上部主体结构的嵌固端选取、地下室顶板的梁、板和 墙柱等儿个方面对高层建筑地下室的设计做了综合的考虑，日的是为了实 现高层建筑地下室结构设计的安全性和经济效益。关键词：高层建筑；地下室；结构设计；探析屮图分类号：tu984文献标识码：a文章编号：1上部结构嵌固部位的选取上部结构的嵌固部位的选取，影响到整个结构的计算模型。高层建 筑混凝土结构技术规程(jgj3-2010)(以下简称高规)中5.3.7条的 要求，只冇当地下一层与首层侧向刚度比不小于2时，地下室顶板才可作 为上部结构嵌固部位，而计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结 构以外外扩不超过三跨的地下

2、室范围。对于大底盘多塔楼结构，宜按整体 模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计。但有些建筑结构限于条件，很难满足地下一层与首层侧向刚度比要 求。根据高规对“多塔楼结构”术语的条文说明解释，一般情况下， 在地下室连为整体的多塔楼结构可不作为木规程第10.6节规定的复杂结 构，但地下室顶板设计宜符合本规程笫106节多塔楼结构设计的有关规 定。言下之意，地下室连为整体的多塔楼结构，地下一层与首层侧向刚度 比不满足不小于2的要求时，嵌固部位可选在底板，但顶板要满足高规 10. 6节的构造要求。2现浇梁板式地下室顶板设计须注意的问题地下室顶板的混凝土强度等级不宜低于c30,也不宜

3、高于c40o普通地下室顶板厚度不宜小于160mm,作为上部结构嵌固部位的地下 室顶板不应开大洞，厚度不宜小于180伽，应双层双向配筋，且每层每个 方向的配筋率不宜小于0. 25%o而根据地下工程防水技术规范(gb 50108-2001 )第4. 1.6-1条，防水混凝土结构厚度不应小于250mm,故建 议纯地卜室顶板(无上部结构的地下室范围)板厚取250mmo地下室顶板消防车道荷载的取值是高层建筑地下室设计中需要高度 重视的一个问题。在新荷载规范即建筑结构荷载规范(gb 50009-2012) 颁布前，各设计、施工图审查单位对消防车道的取值难以统一，给设计和 审查带来很多不便。新荷载规范对此给

4、出明确规定，下面以具体例子说明 消防车道荷载的取值问题：有一高层建筑地下室顶板结构，标准轴网8. inix8. im,现浇混凝土梁 板结构，次梁为井字梁均匀布置，板跨度为2. 7mx2. 7m,覆土厚度s=l. 5mo查荷载规范表5.1.1项次8 (1)得消防车标准值pk二35kn/m2；根据b. 0.2条，板顶折算覆土厚sl=l. 43stan 9 =1. 43x1. 5xtan450=2. 145m；查表b. 0. 2,楼板跨度按3x3列，荷载折算系数为k=0. 57+(0. 67-0. 57)x(2. 5-2. 145) / (2. 5-2. 0)二0. 641考虑覆土厚度的折减后，消防

5、车道荷载取值pk=35x0. 641=22. 435,可取 22. 5 kn/m2；计算地下室顶板消防车道范須的楼板配筋时，楼板的活荷载可直接取22.5 kn/m2。根据荷载规范5.1.2条,上述取值还需乘以折减系数0. 8,根据荷载规范5.1.3条,当设计消防车道范围的梁、墙、柱时,即 22. 5x0. 8=18 kn/m2 o当设计基础时可不考虑消防车道荷载,这是因为消防车荷载标准值很大，但出现概率小，作用时间短。在基础设 计时，根据经验和习惯，同时减少平时使用时产生的不均匀沉降，允许不 考虑消防车道的消防车活荷载。在此，笔者建议，考虑消防车道活荷载的存在，在设计地下室顶板楼 板时采用，计

6、算模型1 （消防车道荷载取22.5 kn/m2）,设计梁、墙、柱 时采用计算模型2 （消防车道荷载取18 kn/m2）,设计基础时采用计算模型3 （消防车道荷载按一般活荷载，或者取施工荷载即可）。地下室顶板需采用双层双向配筋。当顶板为上部结构嵌固部位时，各层各方向配筋率均不应小于0.25%的配筋率。在一些荷载较大（比如消防 车道范围、覆土较厚范围）或跨度较大的板，当贯通筋不足时板负筋需另 外附加，附加负筋的间距宜取贯通筋间距的倍数，比如贯通筋间距为150n）m 时，附加负筋间距宜取150伽和300mm,以此类推。高层建筑地下室不宜设置变形缝。当地下室长度超过伸缩缝最人间距时可每隔3040m设置

7、贯通顶板、底部及墙板的施工后浇带。后浇带可设 置在柱间距三等分的中间范围内，其方向宜与梁止交，沿竖向应在结构同 跨内。为避免主楼和纯地下室基础沉降不均匀，宜在主楼周边设置沉降后 浇带。后浇带混凝土强度等级宜提高一级。因纯地下室顶板有覆土厚、消防车道荷载大等特点，框架梁（wkl） 的设计过程屮，需要注意两个问题。一是框架梁端弯矩和剪力都比较大， 此时可考虑在梁端竖向加腋，特别是消防车道范围的梁，可收到受力合理 和经济效益的双重效果。二是次梁（井字梁或者十字梁）传给框架梁的集 中荷载较大（特别是消防车道范围），检查框架梁在次梁两侧的附加横向 钢筋（附加箍筋和吊筋）是否足够，在优先考虑附加箍筋的情况

8、下还不足 以承担时，增加吊筋的数量或直径。如果框架梁高度较大而影响建筑净高 时，可考虑做反梁。3地下室墙柱设计须注意的问题高层建筑地下室在整个建筑工程项目建设之中占据着重要的位置。如 果出现设计不够合理的情况就会给建筑工程带来严重的隐患。基于建筑工 程的地下室建设受到很多因素的影响，结构师需要做好高层建筑地下室方 面的结构设计，深入的探讨和详细的受力分析。高层建筑地下室顶板为上部结构的嵌固部位时，地下一层柱截面每侧 的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向 钢筋面积的11倍。h前的计算程序（比如pkpm）,在参数设置中指定地 下室顶板为上部结构的嵌固部位时，程序能自动将

9、地下一层柱纵向钢筋面 积放人为地上一层对应柱纵向钢筋面积的1.1倍。当嵌固部位设置在地下 室底板时，地下室柱和剪力墙的边缘构件纵向钢筋面积不小于地上一层即 可。带地下室的高层建筑，当地下室顶板为上部结构的嵌固部位时，地震 作用下结构的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下一层，地面 以下结构的地震影响逐渐较小。因此主楼及主楼周边外延12跨的地下 一层的抗震等级不能降低(按地上一层)，地下一层以下的抗震构造措施 的抗震等级可逐层降低，但不应低于四级；纯地下室部分抗震等级可根据 具体情况采用三级或四级。高层建筑地下室外墙厚不宜小于250mm,混凝土强度等级取c30为宜, 其竖向和水平分布钢筋应

10、双层双向布置，间距不宜大于150mm,配筋率不 宜小于0. 3%o4结束语伴随着对城市的地下空间使用的逐渐增多，地下室在整个建筑工程z 中起着重要的作用，尤其是在一些高层建筑地下室之中。对于地下室的建 设，需要投入的费用方面有更高的需求。高层建筑地下室工程建设比一般 的地上建筑更冇难度，因为地下的坏境具有不稳定性，有很多不确定性因 素，如地下室的抗浮、地基不均匀沉降、地下室顶板混凝土养护不好而开 裂等情况都会对地下工程构成影响。如果在设计和施tz中没有做好对这 些因素的考虑，就可能给地下室建设带來隐患。因此，对于地下室的设计 和施工，须对相关资料深入研究，严格按照现行国家设计规范设计，保证 地下室结构经济合理、安全可靠。参考文