基于地下室結構設計問題的思考

【摘要】本文主要就地下室結構設計中的幾個問題進行了詳細的分析，地下室的結構設計在整個建筑結構設計中是比較重要的一個環節，因為地下室的位置較為特殊，如果設計不當，對整個工程性能會產生較大影響，本文就此展開探討。

【關鍵詞】 地下室； 結構設計； 荷載； 外墻壓力

一、前言

地下室的結構設計是關系到建筑物是否科學的重要標志之一?？茖W、合理的地下室結構設計方法，既能夠對建筑物的穩定起到強化作用，還可以對工程造價帶來實惠，所以十分有必要對地下室結構設計問題進行探究。

二、地下室設計難點概述

地下室涉及范圍很廣而且很復雜，其中建筑的地下室結構設計必須綜合考慮防火、使用功能、人防要求、坑道、排水、通風、采光等各專業的配合。例如地下室的長度超過設計規定的長度時，需要與結構專業配合，確定是否設置變形縫，通常應盡可能少設或不設變形縫，因為設置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復雜。對于具有大底盤地下室的高層建筑群體而言，塔樓部分一般在使用階段不會存在抗浮問題，但裙房及純地下室部分經常會有抗浮不滿足要求的問題。而且由于實際地下室抗浮設計中往往只考慮正常使用極限狀態，對施工過程和洪水期重視不足，因而也會造成施工過程中由于抗浮不夠而出現局部破壞； 頂板作為人防工程的重要部位，需要組合核爆炸力的等效靜荷載； 側墻則需考慮側向的土、水的水平作用組合。加上地下室防水工程是一項系統性工程，涉及設計、施工、材料選擇等諸多方面因素，因此造成了地下室結構設計難點繁多，一般來講概括起來為： 結構平面設計； 抗震設計； 地下室抗浮、抗滲設計； 外墻結構設計。

三、建筑工程地下室結構設計應當注重的問題分析

1、抗滲抗浮設計

如果是在地下水位淺，或者在雨水相對較多的地區進行施工，那么，對于地下室層數為一到二層的建筑來講，常規都要考慮到使用階段的抗浮問題。純地下室的部位，以及裙房部位有可能存有抗滲抗浮不符合要求的情況出現。均對這種實際情況，應當采取下面的幾個措施來應對：

（1）在設計條件允許的前提下 ，盡可能地提高基坑底設計標高，這樣可以起到降低抗浮設防水位的目的。高層建筑基礎底板應當應用梁板筏板基礎或者是平板閥板基礎。

（2）倡導應用無梁樓蓋與寬扁梁。常規寬扁梁截面高在跨度的十六分之一和二十二分之一中間。寬扁梁可以有效降低地下部分高度。這樣，在降低抗浮水位上就占有一定的優勢。

（3）強化抗滲抗浮設計的另一個有效辦法是增大地下室自重。這個辦法大體有三種情況：其一是基板加載，其二是邊墻加載，其三是地下室的頂板加載。這種辦法的特點是設計與施工都相對簡單。

（4）設抗拔樁。此辦法是抗滲抗浮設計加很常用的方法之一?？拱尉话闱闆r都要嵌入到埋藏淺嵌入堅硬的基巖之內。因為受施工條件和造價因素的制約，抗拔樁入巖一般不深，這就需要施工過程中對樁端進行灌漿處理。

2、抗震設計

地下室如果設計不當，對整體抗震性能會產生較大影響。一般結構中的地下室，其頂板高出室外地坪的高度不應大于本層地下室層高的1/3，否則，該層地下室只能作為半地下室或地上一層進行建模分析計算，此時，即使該層地下室的樓層側向剛度大于相鄰上層剛度的2倍也不宜作為上部結構的嵌固部位；

《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010中6.1.14 地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，應符合下列要求：

地下室頂板應避免開設大洞口；地下室在地上結構相關范圍的頂板應采用現澆梁板結構，相關范圍以外的地下室頂板宜采用現澆梁板結構；其樓板厚度不宜小于180mm，混凝土強度等級不宜小于C30，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。

結構地上一層的側向剛度，不宜大于相關范圍地下一層側向剛度的0.5倍；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。

地下室頂板對應于地上框架柱的梁柱節點除應滿足抗震計算要求外，尚應符合下列規定之一：

地下一層柱截面每側縱向鋼筋不應小于地上一層柱對應縱向鋼筋的1.1倍，且地下一層柱上端和節點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。

地下一層梁剛度較大時，柱截面每側的縱向鋼筋面積應大于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍；同時梁端頂面和底面的縱向鋼筋面積均應比計算增大10%以上。

3、外墻設計

對于地下室外墻的結構設計，我們應當把重點放在土、水壓力的計算上。在設計施工時應池注意下面的幾點要求。

承載能力。地下室的外墻所要承受的壓力來自水平和垂直兩個方向。水平承載力包括地面荷載和側面的土壓力荷載。而垂直承載包括地下室以及上部樓蓋傳重和本身自重。實際上的工程設計當中，風荷載與垂直承載一般起不到控制作用。

四、結合具體案例進行分析

1、工程概況

某工程地上為二十一層的鋼筋混凝土框架剪力墻結構，地下為二層結構，主要用途是停車庫。建筑高度為71.8米，建筑設計使用年限為50年。該工程采用平板式筏板基礎形式，樁型為預應力高強混凝土樁，樁端持力層為全風化巖。建筑抗震設計類別為丙類，工程所處地區的抗震設防烈度為 7度，設計基本地震加速度值為0.10g?？蚣芎图袅Φ目拐鸬燃壘鶠槎墸渲锌蛑е?、框支梁為一級。裙樓結構部分的抗震等級與主體結構相同，仍為二級。地下室在平時主要作為停車庫，戰時則作為人防工程，人防等級設計為六級。

2、地下室設計

（1）地下室頂板設計

人防地下室的荷載取值。工程的地下室一層為人防地下室，所以對于本工程中的露天頂板要考慮到爆動荷載影響，但鑒于人防地下室頂板的爆動等效荷載要比消防車作用的板面等效荷載較大，因此人防地下室頂板的荷載按照六級人防頂板的等效荷載考慮，取為 60kN/㎡但在設計中不同時考慮這兩種荷載的組合，僅需按人防爆動等效荷載進行地下室頂板計算。

（2）地下室側壁設計

進行地下室側壁設計時，側壁主要考慮的荷載有：結構自重、地面堆載及活載、防核爆等效靜荷載、側向土壓力、地下水壓力等，由于側壁受有多種荷載共同作用，受力較為復雜，為了簡化計算，在設計中可作合理的簡化。

本地下室工程的側壁簡化計算后，地下室一層的側壁板厚取為 300mm，地下室二層的側壁板厚取為400mm。

（3）地下室地板設計

地下室底板的結構布置應做到傳力明確而且經濟合理，一般適宜采用梁板式結構，這樣有助于把地下室底板設計為雙向板，有利于荷載均勻傳遞到周圍的基礎梁上。為了滿足底板的抗滲要求，底板厚度取值不少于300mm。地下室底板的鋼筋布置要合理。筆者認為，地下室底板同一方向的梁板面筋應布置在相同標高上，沒必要把兩個方向的板面筋布置在梁面筋以下。這是由于基礎梁兩個方向的面筋本身就存在高差，而若把底板雙向的面筋都布置在基礎面筋下，則會造成底板面筋的面筋保護層過大，造成窩頂情況出現。

五、結束語

盡管地下室結構設計問題是一項十分難以把握的課題，但只要掌握對了地下室結構設計的注意事項，掌握住了其中的設計要點，綜合多方面統籌考慮，能夠得到最為優化的地下室結構設計結果。

參考文獻：

[1]徐建，等.建筑結構設計常見及疑難問題解析[M].北京： 中國建筑工業出版社，2013.

[2]建筑結構荷載規范（GB5009-2012）

[3]混凝土結構設計規范（GB50010-2010）

[4]閻紅偉 柴萬先 高層建筑地下室結構設計中的若干問題 [期刊論文] 《工業建筑》2013年10期