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摘要：高层建筑地下室结构设计是一项复杂性较高的工作，设计人员必须充分考虑各方面因素，要满足功能要求、安全可靠、经济合理。本文简要概述了高层建筑地下室结构设计常见问题，并探讨了具体解决措施，以供地下室结构设计参考。
关键词：建筑地下室；结构设计；常见问题；有效措施
前言
近年来，我国经济发展迅速与人民生活水平的提高，城市现代化建设水平不断提升，基础设施建设日趋完善，但是城市发展空间有限，合理规划地下空间成为城市未来发展重要方向。而高层建筑地下室，作为日常车库、商场等使用，必要时兼顾战时人防使用功能，对城市现代化发展具有重要的推动作用。因此，设计人员必须充分考虑地下室结构设计过程中存在的问题，并予以有效的解决措施，以提高地下室结构设计工作的科学性和合理性。
1.地下室结构设计内容
高层建筑地下室结构较为复杂，设计工作涵盖范围较广，主要包括顶板、底板及基础、外墙、出入口坡通、楼梯等。如果是人防地下室，还包括人防口部设计。地下室结构荷载包括上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重、消防车荷载、核爆炸动荷载（考虑人防）等。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，合理设计结构构件。
2.地下室结构设计常见问题及措施
2.1地下室结构平面布置问题
地下室工程涉及的专业极为复杂，在高层建筑的地下室结构设计时，需要综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用管道、坑道、排水、通风、采光等，涉及多个专业的配合。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，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理和设备管道通过变得复杂。
设计人员可以通过设置后浇带、膨胀加强带，或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长，依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面，将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足建筑使用及管道连接的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，例如在侧壁外作附加通长采光井，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。
2.2地下室顶板结构设计问题
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，一般取不小160mm，人防地下室顶板厚度还要满足人防设计要求。
将地下室顶板设为上部结构的嵌固部位，楼板厚度、混凝土强度等级、板
配筋率、楼层侧向刚度等都应满足相关要求。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）的相关规定：结构地上首层的侧向强度不超过地下-1层有关范围侧向强度的0.5倍。在大面积变动土压力与摩擦阻力的侧限下，地下室和地基土形成一个整体，一旦发生地震，可与地层移动同步进行。若地下室顶板不满足上部结构嵌固端条件时，嵌固端下移至基础顶，形成大底盘地下室多塔楼结构，需按规范要求验算上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离。计算时将结构嵌固部位按地下室顶板和基础顶面计算两次，取不利值设计，并对地下室顶板进行加强构造要求。另外，由于上部结构设在地下室大底板偏置时或坡地地下室，会有几个侧面与地下室外墙临近，由于地下室钢筋混凝土外墙侧向强度大，虽然地下室顶板符合上部结构嵌固部位的选取要求；但是上部结构四周的强度和质量中心会处在不平衡状态，极易引起扭转效应，影响到整个结构的稳定性。因此为减小扭转效应，需在上部结构和地下室内结合建筑隔墙布置，适当增加剪力墙。
2.3地下室外墙结构设计问题
外墙设计是地下室结构设计的关键部分，应按水、土压力验算外墙抗裂。设计人员必须结合地下室建设的具体情况，开展有效的设计工作，以此保证外墙设计的合理性。第一，准确计算外墙荷载。地下室外墙荷载主要来自水平荷载和竖向荷载，前者主要包括侧向土压力、地面活荷载、地下水侧向压力和人防等效静载等，后者包括上部自重和楼盖传来的荷载。在具体设计过程中必须综合考虑多种因素，按实际荷载作用组合，考虑最不利情况包络设计。第二，计算模型和配筋构造均应与实际相符。除了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，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。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，底板杭弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配。第三，地下室外墙应进行裂缝宽度验算。很多情况下，地下室外墙配筋由裂缝计算控制，而验算裂缝时应按实配钢筋进行验算。
2.4地下室底板及抗浮设计问题
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，底板厚度一般不小于250mm，配筋率一般取0.20%。地下室底板标高变化处应根据实际情况设置梁，梁宽宜大于底板厚度，还应计算板的支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。
对于多雨地区而言，地下室抗浮设计尤为重要，合理的抗浮设计能够有效保证地下室结构的安全性和稳定性。建筑物的地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际地下室抗浮设计中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，因而会造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。因此，确定一个科学合理的抗浮设防水位对于地下室的结构设计是很重要的。
在建筑允许的情况下，尽可能提高基坑坑底的设计标高，间接降低抗浮设防水位。具体抗浮措施有以下几种：（1）采用平板式筏板基础。一般而言，平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当，但后者的基础高度一般要比前者高。（2）楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/16~1/22，宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高，从而相对降低了抗浮设防水位。（3）增加地下室的重量。a.增加顶板厚度及顶板覆土厚度，二者应取以经济合理值。b.增加基础底板厚度，底板面填充重度大且价格低廉的材料。（4）设置抗拔桩或抗浮锚杆，造价较高且有局限性。
2.5地下室结构超长问题
通常情况下，地下室结构设计多存在超长情况，以超出45~55m较为常见，一旦出现这种情况，地下室整个结构会受到周围环境中的约束力和压缩力影响，使得地下室结构质量受到威胁，严重时会出现裂缝或塌陷问题，基于此在设计过程中必须充分考虑超长问题，并提出有效的解决措施。例如在具体设计过程中，在防止超长问题出现时可使用增设后浇带的方法，一般情况下，后浇带宽度多为80~100cm，如果出现超长情况，则必须对其宽度进行合理调整，具体调整标准依据操作空间和钢筋搭接尺寸而定。此外，还可设置混凝土膨胀加强带，以此提高混凝土的抗拉能力，进而有效抵抗超长情况带来的不良影响，提升地下室结构的质量。
结束语
综上所述，地下室结构设计是一项系统且复杂的工程，在具体设计过程中工作人员必须充分考虑多方因素，提升墙体设计、防水设计、抗浮设计和抗震设计的科学性，并有效处理超长情况，以此达到良好的设计效果。
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