高层建筑地下室结构的设计关键点分析
摘要：随着现代建筑高度的不断增长，地下室的层数也随之增多。优良的地下室的结构设计可以提高地基土的承载力，对高层上面建筑结构有减震作用，所以，地下室设计是否合理将直接影响高层建筑的正常使用和造价。本文对高层建筑地下室结构设计的关键点进行了分析讨论，以供参考。 关键词：高层建筑 地下室 设计
现代高层建筑中地下工程在整个项目中所占的比例日益增大。然而地下工程一般建造周期较长、材料消耗和施工难度较大，地下结构的设计将影响到整个工程的施工工期以及建设费用。因此，做好地下工程结构关键节点的设计，对整个工程的建设意义重大。 一、设置有地下室的高层建筑的嵌固位置
钢筋混凝土高层建筑在进行结构分析之前，必须首先确定结构嵌固端所在位置，其直接关系到计算模型与实际受力状态的符合程度。目前实际工程中大多数单塔或多塔高层建筑都带有面积较大的地下室以及层数不多的裙房，而且裙房可能相连形成大底盘。《建筑抗震设计规范》规定高层建筑地下室在满足一定条件下，地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。在确定带地下室的高层建筑嵌固位置时需要特殊注意以下几点：
（1）地下一层结构侧向刚度应不小于地上结构侧向刚度的2倍。结构层侧向刚度可近似按等效剪切刚度计算，即：g0a0h1/g1a1h0≥2，[a0，a1]=aw+0.12acⅰ式中，g0、g1分别为地下一层及地上
一层的混凝土剪切模量；a0、a1分别为地下一层及地上一层竖向结构构件的总折算受剪面积；aw为沿计算方向地上一层或地下室范围地下一层的抗震墙全部有效截面面积；ac为地下一层或地上一层全部柱截面面积；h0、h1分别为地下一层及地上一层的层高。注意对“侧向刚度的2倍”的要求可以理解为有效数字满足2倍，即地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的1.5倍。还要注意的是“地下室结构的楼层侧向刚度”指结构自身刚度，不考虑土对地下室外墙的约束作用。
（2）“应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于c30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向配筋率不宜小于0.25%”。对楼盖结构形式、楼板厚度以及配筋提出详细要求。相对梁板结构而言，无梁楼盖结构平面外刚度较小，难以符合刚性楼板假定的基本要求，因此，作为上部结构嵌固部位的地下室顶板，主楼范围以及与之相连裙房地下室顶板的相关范围应采用现浇梁板结构，无地上结构的地下室顶板其它位置可采用无梁楼盖结构。对于地下室形成大底盘结构而言，其中的“相关范围”指距主楼两跨且不小于15m范围。其具体范围见图1。 图一、大底盘结构嵌固位置楼盖体系要求
（3）计算多塔大底盘地下室结构楼层剪切刚度比时，大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述(1)中刚度比的要求，而且每栋塔楼范围内(塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度)的地下室剪切刚度与相邻上部结构塔楼剪切刚度的剪
切刚度比不宜小于1.5。
（4）单层地下室建筑宜选择基础底板作为结构嵌固端。选择基础底板作为结构嵌固端，可以充分利用基础的“无限刚”的假定，也为首层楼面的灵活造型创造条件；即使是首层楼面有大开洞，或者选用无梁楼盖，都不影响计算的准确性，但是地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板与墙体通常具有作为结构嵌固端的刚度，此时可取其作为上部结构的嵌固端。
（5）当不能满足嵌固在地下室顶板的要求时，可按嵌固在基础顶部设计。b级高度高层建筑不宜嵌固在基础顶部。而且在设计地下室结构时不考虑地下室结构水平地震作用降低系数。 二、设置有地下室高层建筑抗震墙底部加强部位高度
需要注意的是《抗震规范》对于部分框支抗震墙结构、大底盘结构的抗震墙底部加强部位的高度提出不大于15m的要求，当底部大空间层数较多、大底盘高度较大时，往往与其它控制条件相矛盾，也与《高层建筑混凝土技术规程》不尽相符，故建议取消部分框支抗震墙结构、大底盘结构的抗震墙底部加强部位的高度不大于15m的要求。另外有关抗震墙高度《抗震规范》并未明确规定，而底部加强区高度又和抗震墙高度有很大关系，故工程中很难操作，又如在建筑中设置半截高度抗震墙时，抗震墙高度取值明显不合理。考虑到实际存在的回填土对地下室结构的约束作用等因素，建议采用房屋高度代替抗震墙高度确定底部加强部位高度，这样概念清晰，便于操作。抗震墙底部加强区高度具体见图2。
图2抗震墙结构底部加强区高度 三、高层建筑地下结构的抗震等级
（1）当地下室顶板作为上部结构嵌固端时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震等级可逐渐降低一级；对于标准设防类建筑，6、7度时不宜低于四级，8度时不宜低于三级，九度时不宜低于二级；对于重点设防类(乙类)建筑，6度时不宜低于四级，7度时不宜低于三级，8度时不宜低于二级，9度时应专门研究。地下室中无上部结构部分，可根据具体情况采用三级或四级。除九度外，上部结构以外范围较大的地下室结构可采用三~四级。 （2）当地下室不能作为上部结构的嵌固端而需嵌固在地下其它楼层时，实际嵌固部位所在楼层以及以上的地下室楼层(与地面以上结构相对应的部分)的抗震等级，可取为与地上结构相同。嵌固部位以下可按上述(1)采用。
（3）当地下室为大底盘其上有多个独立塔楼时，若嵌固部位在地下室顶板，地下一层高层部分以及受高层部分影响范围以内部分的抗震等级应与高层部分底部结构抗震等级相同。地下一层其余部分以及地下二层以下各层抗震等级可以按照上述ⅰ方法确定。 参考文献：
[1]陈振。关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[j]。建筑，2011，(18)。
[2]张洁。地下室顶板作为高层建筑上部结构的嵌固部位的影响分析[j]。建筑施工，2011，(7)。
高层建筑地下室结构的设计关键点分析
