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摘要：目前我国城市化进程的加快，建设规模越来越大，高层建筑也越来越多。为了增加有效使用面积，将停车库转入地下，所以这些建筑通常都带有地下室。这有利于地面道路的设置，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。本文分析地下室结构设计中的技术问题及其相互关系。
关键词：高层建筑地下室结构设计
中图分类号：TU208文献标识码： A
随着建筑物高度的不断增加，地下室的层数也随之增加。人们对地下空间需求的不断增长，致使裙房的底盘面积在增加。地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大，因此结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。
一、关于高层建筑地下室结构设计问题
1.地下室结构平面设计，地下室工程涉及的专业极为复杂，高层建筑的地下室结构设计，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。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， 为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。
2.地下室外墙结构设计
（1）荷载，地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括窒外地面活载、侧向土压力、地下水侧向压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。
（2)地下室外墙截面设计时，土压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力宜由试验确定。当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位稳定的水压力按永久荷载
考虑，分项系数可取1.2；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑，分项系数宜取1.3。有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时取1.2，有利时取1.0；抗爆等效静荷载分项系数取1.0。
(3)地下室外墙的配筋计算，实际设计时，配筋的计算，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。
（4)地下室底板标高的设计，地下室底板标高变化处仅设1根梁，梁宽甚至小于底板的厚度，梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置、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。
二、地下室防水设计及抗震设计
1.地下室防水设计是一项十分重要的工作，甚至是决定地下室设计成败的关键。在防水设计时，应根据工程的性质、使用要求和重要性等合理确定防水等级，根据防水等级确定防水层数。无论防水等级为几级，地下室混凝土都应采用结构自防水混凝土，防水混凝土的抗渗等级应根据水头高度与混凝土壁的厚度比确定，不得人为的自行降低。根据防水等级的要求，建筑的地下室仅设l道防水混凝土是不能满足要求的，一般应做卷材防水。在选用防水卷材时，应考虑到地下室环境恶劣、无法更换的特点，尽量选用耐久性好的卷材。防水卷材在地下室底侧应能闭合，尤其应重视节点设计如桩头、承台和积水坑等处，若构造设计不当势必会形成漏底之舟，失去卷材防水的意义。另外，为了防止少量渗水，便于地下室车道处积水的排放，地下室应设排水明沟和积水坑。
2.地下室抗震设计，若地下室设计不當，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的嵌固部位。相关规范明确规定，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，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构的嵌固部位。结构计算应向下计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计算，并应包括地下层。
三、关于案例分析
1.工程概况，本工程用地位于某市黄埔大道东与汇彩路交界处, 工程总建筑面积为61752m2, ( 其中: 地上46818m2, 地下14934m2。) , 建筑层数: 地上四层, 地下一层。一层地下室, 主要用于车库、设备用房。地下室底板面的标高为4.800 m , 二～三层为商铺和餐饮, 四层为办公室。某地区50年一遇的基本风压值为0.50 KN/ m2 , 地面粗糙度属B 类, 建筑体型系数为1.3 。本工程为丙类建筑。场地地震基本烈度为7 度, 设计基本地震加速度值为0.1g, 设计地震分组为第一组, 建筑设计特征周期为0.3 5 秒。由于岩土工程勘察报告未提供地下水情况( 地下水位高程及化学成分对混凝土的渗蚀作用) 。场地内未发现断裂构痕迹及其它不良工程地质现象, 场地地质构造稳定性良好。根据岩土工程勘察报告的力学数据, 经技术经济比较, 本工程基础型式为高强砼预应力管桩( 静压桩) 基础。高强砼预应力管桩端持力层为中风化砂岩, 桩径为500, 桩长( 从地下室底板面起) 约( 15～20)m,桩身混凝土强度等级均为C80 , 要求桩( 墩)端入岩深度不小于0.5m。由于所提供的地质勘察报告未能详尽反映场地的地质状况, 要求基础施工时对每个基础均作超前钻处理, 以进一步探明场地土( 岩) 层状况。本工程的设计基准期为50年, 建筑结构的安全等级为二级, γ0= 1.0 。地基基础设计等级为丙级, 建筑桩基安全等级为二级。地下室地板及外侧板的混凝土环境类别为二a类；屋面梁板的混凝土环境类别为三类；余部分的混凝土结构的环境类别均为一类。
2.地下室结构体系设计
（1)本工程为混凝土框架结构, 地下室挡墙不设缝,地下室侧板设置膨胀后浇带。后浇加强带间距约30 m, 带宽2000mm。采用提高且宜采用早强补偿收缩的微膨胀混凝土浇灌封闭时间一般为30 ～60 天。该后浇带在其上一层楼板浇筑前封闭。本工程由于为超长结构, 故设置伸缩缝两面道, 结构可分为三块, 块内建筑平面长度超过60m时, 亦设膨胀加强带, 后浇带间距约35～49 m, 带宽2000mm, 以减小收缩应力对结构的影响。
(2)当梁柱砼强度等级相差10MPa以内时,梁柱节点区的砼强度等级可与水平构件相同, 当梁柱砼强度等级超过10MPa 时,梁柱节点区的混凝土强度等级同竖向构件,节点外的梁端用钢丝网设置隔离带, 施工时采取措施确保不出现冷缝及漏振现象。地下室外壁及底板混凝土抗渗等级为0.8Mpa,地下水池混凝土抗渗等级为0.8 Mpa 。
(3)地下室基坑支护设计,要求基坑支护设计与建筑物地下室设计同时进行, 基坑支护必须做好防水帷幕,为地下室和人工挖孔桩提供安全和干燥作业的施工环境。另外, 建议人工挖孔桩工程在基坑开挖后进行, 施工现场对相邻的建筑物、构筑物和特殊作业环境可能造成损害的, 建筑施工单位应当采取安全防护措施。
3.人防地下室的结构设计,由于人防的要求, 高层建筑的地下室常兼作人防地下室。普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。人防地下室和非人防地下室相比, 由于增加了核爆动荷载以及对辐射等方面的要求,二者在结构设计上有较大区别, 主要体现在荷载及荷载组合、材料强度、内力计算和构造规定等方面。人防底板的荷载控制问题。人防地下室位于主体结构部分时,人防底板一般是平时荷载起控制作用；人防地下室位于纯地下室部分时, 当仅有一层地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是战时荷载起控制作用, 当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是平时荷载起控制作用。
高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物, 是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高, 对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论, 加强计算机的应用, 加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用, 使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。
参考文献：
[1]曾斌．结构概念设计在框架一剪力墙结构体系中的应用[D],北京工业大学，2002。
[2]昊昊．非周边约束地下室对上部结构的嵌固作用研究[D],重庆大学，2009。．
[3]黄振．地下室结构设计与施工浅析，《中小企业管理与科技》，2008。
关键词：高层建筑地下室结构设计
中图分类号：TU208文献标识码： A
随着建筑物高度的不断增加，地下室的层数也随之增加。人们对地下空间需求的不断增长，致使裙房的底盘面积在增加。地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大，因此结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。
一、关于高层建筑地下室结构设计问题
1.地下室结构平面设计，地下室工程涉及的专业极为复杂，高层建筑的地下室结构设计，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。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， 为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。
2.地下室外墙结构设计
（1）荷载，地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括窒外地面活载、侧向土压力、地下水侧向压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。
（2)地下室外墙截面设计时，土压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力宜由试验确定。当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位稳定的水压力按永久荷载
考虑，分项系数可取1.2；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑，分项系数宜取1.3。有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时取1.2，有利时取1.0；抗爆等效静荷载分项系数取1.0。
(3)地下室外墙的配筋计算，实际设计时，配筋的计算，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。
（4)地下室底板标高的设计，地下室底板标高变化处仅设1根梁，梁宽甚至小于底板的厚度，梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置、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。
二、地下室防水设计及抗震设计
1.地下室防水设计是一项十分重要的工作，甚至是决定地下室设计成败的关键。在防水设计时，应根据工程的性质、使用要求和重要性等合理确定防水等级，根据防水等级确定防水层数。无论防水等级为几级，地下室混凝土都应采用结构自防水混凝土，防水混凝土的抗渗等级应根据水头高度与混凝土壁的厚度比确定，不得人为的自行降低。根据防水等级的要求，建筑的地下室仅设l道防水混凝土是不能满足要求的，一般应做卷材防水。在选用防水卷材时，应考虑到地下室环境恶劣、无法更换的特点，尽量选用耐久性好的卷材。防水卷材在地下室底侧应能闭合，尤其应重视节点设计如桩头、承台和积水坑等处，若构造设计不当势必会形成漏底之舟，失去卷材防水的意义。另外，为了防止少量渗水，便于地下室车道处积水的排放，地下室应设排水明沟和积水坑。
2.地下室抗震设计，若地下室设计不當，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的嵌固部位。相关规范明确规定，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，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构的嵌固部位。结构计算应向下计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计算，并应包括地下层。
三、关于案例分析
1.工程概况，本工程用地位于某市黄埔大道东与汇彩路交界处, 工程总建筑面积为61752m2, ( 其中: 地上46818m2, 地下14934m2。) , 建筑层数: 地上四层, 地下一层。一层地下室, 主要用于车库、设备用房。地下室底板面的标高为4.800 m , 二～三层为商铺和餐饮, 四层为办公室。某地区50年一遇的基本风压值为0.50 KN/ m2 , 地面粗糙度属B 类, 建筑体型系数为1.3 。本工程为丙类建筑。场地地震基本烈度为7 度, 设计基本地震加速度值为0.1g, 设计地震分组为第一组, 建筑设计特征周期为0.3 5 秒。由于岩土工程勘察报告未提供地下水情况( 地下水位高程及化学成分对混凝土的渗蚀作用) 。场地内未发现断裂构痕迹及其它不良工程地质现象, 场地地质构造稳定性良好。根据岩土工程勘察报告的力学数据, 经技术经济比较, 本工程基础型式为高强砼预应力管桩( 静压桩) 基础。高强砼预应力管桩端持力层为中风化砂岩, 桩径为500, 桩长( 从地下室底板面起) 约( 15～20)m,桩身混凝土强度等级均为C80 , 要求桩( 墩)端入岩深度不小于0.5m。由于所提供的地质勘察报告未能详尽反映场地的地质状况, 要求基础施工时对每个基础均作超前钻处理, 以进一步探明场地土( 岩) 层状况。本工程的设计基准期为50年, 建筑结构的安全等级为二级, γ0= 1.0 。地基基础设计等级为丙级, 建筑桩基安全等级为二级。地下室地板及外侧板的混凝土环境类别为二a类；屋面梁板的混凝土环境类别为三类；余部分的混凝土结构的环境类别均为一类。
2.地下室结构体系设计
（1)本工程为混凝土框架结构, 地下室挡墙不设缝,地下室侧板设置膨胀后浇带。后浇加强带间距约30 m, 带宽2000mm。采用提高且宜采用早强补偿收缩的微膨胀混凝土浇灌封闭时间一般为30 ～60 天。该后浇带在其上一层楼板浇筑前封闭。本工程由于为超长结构, 故设置伸缩缝两面道, 结构可分为三块, 块内建筑平面长度超过60m时, 亦设膨胀加强带, 后浇带间距约35～49 m, 带宽2000mm, 以减小收缩应力对结构的影响。
(2)当梁柱砼强度等级相差10MPa以内时,梁柱节点区的砼强度等级可与水平构件相同, 当梁柱砼强度等级超过10MPa 时,梁柱节点区的混凝土强度等级同竖向构件,节点外的梁端用钢丝网设置隔离带, 施工时采取措施确保不出现冷缝及漏振现象。地下室外壁及底板混凝土抗渗等级为0.8Mpa,地下水池混凝土抗渗等级为0.8 Mpa 。
(3)地下室基坑支护设计,要求基坑支护设计与建筑物地下室设计同时进行, 基坑支护必须做好防水帷幕,为地下室和人工挖孔桩提供安全和干燥作业的施工环境。另外, 建议人工挖孔桩工程在基坑开挖后进行, 施工现场对相邻的建筑物、构筑物和特殊作业环境可能造成损害的, 建筑施工单位应当采取安全防护措施。
3.人防地下室的结构设计,由于人防的要求, 高层建筑的地下室常兼作人防地下室。普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。人防地下室和非人防地下室相比, 由于增加了核爆动荷载以及对辐射等方面的要求,二者在结构设计上有较大区别, 主要体现在荷载及荷载组合、材料强度、内力计算和构造规定等方面。人防底板的荷载控制问题。人防地下室位于主体结构部分时,人防底板一般是平时荷载起控制作用；人防地下室位于纯地下室部分时, 当仅有一层地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是战时荷载起控制作用, 当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是平时荷载起控制作用。
高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物, 是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高, 对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论, 加强计算机的应用, 加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用, 使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。
参考文献：
[1]曾斌．结构概念设计在框架一剪力墙结构体系中的应用[D],北京工业大学，2002。
[2]昊昊．非周边约束地下室对上部结构的嵌固作用研究[D],重庆大学，2009。．
[3]黄振．地下室结构设计与施工浅析，《中小企业管理与科技》，2008。