【摘要】高层建筑设置地下室，有利于地基土的承载力的提高以及降低地震作用对于建筑的上部结构的相应影响等许多优点。在进行高层建筑的地下室结构抗震设计时，设计人员需要进行相关的计算，进而根据地上建筑物与地下室之间的联系进行合适的建筑结构分析，从而选择合理的抗震设计，提高建筑物的质量。
【关键词】高层建筑；地下室；抗震设计
一、几种主要的地下结构抗震设计方法
1、静力法。把地震作用当作等效的静力荷载进行抗震计算。它通常应用于地下管线、洞道的横截面抗震设计，它把地震时的土压力和结构物以及结构物以上覆土层作为外力考虑。这种方法的缺陷在于没有考虑土层与结构各自的振动特性及其相互间的关系。
2、反应位移法。70年代，日本学者从地震观测入手，提出了地下线状结构抗震设计的反应位移法。其基本原理就是用弹性地基上的梁来模拟地下现状结构，把地震时地基的位移当作已知条件作用在弹性地基上，以求解在梁上产生的应力和变形，从而计算地下结构（隧洞、管道、竖井等）地震反应，公式可以简化为拟静力计算公式，K{U}=Ks{Ug}。式中的矩阵K包括地下结构的刚度Kt和地基抗力Ks。本方法的关键是确定地基变位{Ug}和抗力系数Ks，通常将Ks取为对角阵，则Ks相当于文科尔弹簧常数或地基土介质的弹簧常数。这种方法的理论基础是基于地震时支配地下结构地震反应的地基变形而不是结构物的惯性力。近年来，大多数地下结构，尤其是地下管线都把这种方法作为其抗震设计方法。但是，这种方法把不规则地震波的传播看作为同一周期和同一方向的地震波，从而与实际相去甚远；另外该法只适用于线形地下结构的抗震研究，用于大断面地下结构的抗震分析时需要进一步探讨、完善和修改。
3、动力反应分析法。主要适用于结构物形状和地质条件比较复杂时的地下结构抗震反应分析。它是采用有限元理论，将地震记录直接输入结构模型求得结构的动力反应。这种方法不仅可以求得结构受地震作用时反应的最大值，而且也可以观察到结构反应的全过程，同时也使结构的弹塑性反应分析成为可能。动力反应分析法又可细分为两种：一种是考虑土和结构的相互作用；另一种是不考虑土和结构的相互作用。前者将土与结构当作由一定的边界条件联系起来的整体系统来考虑，后者即不考虑结构的存在，把自由场的地震位移反应当作相应的结构地震位移反应。这种方法适用于任意的地下结构类型，同时考虑地基土的具体性质和结构的非线性，缺点是应用不便，难以得到规律性的结论，且其结果需要得到实验或理论解析的验证。
二、结构设计中的技术处理
1、嵌固位置。钢筋砼高层建筑在进行结构分析前，首先确定结构嵌固端位置，其直接关系到计算模型与实际受力状态是否符合。《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，在满足一定条件下，高层建筑地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。
1.1地下室的抗震等级。带地下室的高层建筑当视地下室顶板作为嵌固端时，地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼面，同时影响到地下一层。而地面以下的地震响应逐渐减小。故确定嵌固在地下室顶板结构的抗震等级时，地下一层相关范围（主楼周边外延1-2跨的地下室范围）的抗震等级应与地上结构相同。地下一层及以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。
1.2刚度要求。结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍。
1.3地下室顶板。地下室顶板采用现浇梁板结构，是具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力，且地下室顶板的构造要求：厚度不宜小于180mm，避免开设大洞口，砼强度等级不应低于C30，双层双向配筋，每层每向配筋率不宜小于0.25%，不宜采用无梁楼盖。
1.4地下室墙体配筋。地下室至少一层与上部对应的墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积，不应小于地上一层对应的墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积。
2、地下室外墙，是结构设计的重点，应对水、土压力及地面荷载侧压有足够的承载能力，且宜与其顶板相连，在设计时应满足：
2.1荷载。一般地下室外墙所承受的侧向压力分为土压力和水压力。计算土压力时，当地下室施工采用大开挖方式，无护坡或连续墙支护时，地下室外墙承受的静止土压力，一般情况下对于正常固结土，可取0.5；当地下室施工采用护坡桩或是连续墙支护时，可以考虑基坑支护与地下室外墙的共同作用，静止土压力取值为0.33。配筋计算时，外墙侧向压力分项系数可取为1.3。在考虑可能停放消防车的室外地面，计算外墙时室外活载可取5kN/m?。地下水位以下的土重度取11 kN/m?。
2.2配筋。构造要求为竖向和水平分布钢筋应双层双向布置，间距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%。目前在设计地下室外墙的配筋计算时，对于带扶壁柱的外墙，均简化成板来计算配筋。而扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙传递荷载验算扶壁柱配筋。考虑到外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种简化方法在一定程度上会使简化成板的外墙主受力方向筋配筋富裕、次受力方向筋配筋不足及扶壁柱配筋偏少。
2.3地下室外墙与基础底板交界处不设置基础梁，因地下室外墙的刚度一般较大，基础梁与其刚度相比相差较多。且高层建筑主体结构地下室厚底板与扩大地下室薄底板交界处，为应力集中区，故截面厚度与配筋需加强。
2.4有抗震设防要求的建筑物，地下室外墙的防水护墙的做法，应由传统的100mm厚聚苯，考虑改为采用实心砖护墙或6mm左右的聚乙烯泡沫塑料片材，以防止因聚苯变形大从而减弱了土体对建筑物的约束。
3、抗浮与防腐。地下室应满足整体抗浮要求，可采取排水、加配重或设置抗拔锚桩（杆）等措施。当地下水具有腐蚀性时，地下室外墙及底板应采取相应的防腐措施。
4、后浇带。高层建筑地下室不宜设置永久变形缝。当基础长度超过40m时，应设置间隔为30～40m，宽度为800～1000mm且贯通底部、墙及顶板的施工后浇带，位置最好在柱距中部1/3范围内以及剪力墙附近，方向与梁正交为宜，沿竖向在结构同跨内。后浇带内钢筋贯通，后浇砼应在其两侧砼浇筑完毕后至少两个月再浇筑，其强度等级应提高一级，并采用无收缩混凝土。若设置的是沉降后浇带，浇筑时间根据施工情况及沉降观测数据确定。地下室底板及外墙的后浇带外侧还要设置附加防水层。
5、地下室窗井。当窗井较长时，应在窗井内部设置分隔墙以减少窗井外墙的无支长度。分隔墙最好与地下室内墙连续拉通为整体。计算时，如窗井底板与基础底板平齐，应把窗井底板简化成支承在地下室外墙与窗井外墙之间的单向板来考虑。而窗井分隔墙则简化为从地下室内墙伸出的悬挑深梁，验算悬挑墙界面使窗井墙根部的剪力V≤0.20fcbho（b-墙厚；ho-墙的有效高度）。
结束语
综上所述，现代高层建筑的地下工程越来越庞大，部分地下工程投资甚至已经超过了地上工程投资，所以不管从技术层面还是从经济层面讲，我们都需要对地下室结构设计进行更深层次的研究，不断提升设计水平，以达到技术与经济同步、安全与适用协调。地下建筑设计过程较为复杂，作为设计者，除了要确保经济合理安全可靠外，要多方面进行考虑，确保地下室正常使用。
参考文献
[1]胡庆昌.建筑结构抗震设计与研究[M].中国建筑工业出版社，2010.
[2]龚思礼.建筑抗震设计手册（第二板）[M].中国建筑工业出版社，2012.
[3]陈炯 浅析高层建筑地下室结构设计 [J] 《城市建设理论研究（电子版）》 -2013年9期