關于地下室結構設計中的若干問題

王悅恒

摘 要：本文結合結構設計理論、國家標準規范等，介紹地下室結構設計中需要注意的關鍵性問題，同時談談自己的心得和體會。

關鍵詞：地下室結構設計 結構布置 地基基礎

引言

地下室在民用建筑及辦公建筑中應用越來越廣泛，特別是高層建筑，由于埋深的要求普遍設置了地下室。地下室一般用于商業、地下停車庫、人防等。地下室大部分采用框架結構，頂板可以采用梁板形式、無梁樓板形式，基礎多為筏板基礎。本文結合自己的設計經歷談談地下室結構設計中一些問題的處理方法和關鍵性問題的控制思路。

1.關于設計過程的溝通

設計不只是人與電腦的溝通，更是人與人溝通。當然這種溝通有對內的專業間溝通，有對外的和甲方、相關單位溝通，最終的目的是設計出合格的產品。所以設計過程的溝通是設計成功的關鍵，有的設計師只做自己的設計，這樣是不對的。一個好的設計不是一個專業的設計，而是眾多專業一起努力的結果。例如：結構梁布置直接影響設備管線的布置，所以如梁布置變化需跟設備專業及時溝通處理，避免后期返工增加沒必要的工作量。同時如果設備專業管線標高、穿墻套管、穿梁套管等有調整也要及時通知結構專業修改。所以設計過程中參與設計人員要及時溝通配合。

2.地上主體建筑與地下車庫的關系

地上建筑與地下室的連接主要跟二者基礎埋深、相對位置等因素有關。大體上有兩種即連成整體和設連通道脫開。前者主樓和地庫間設置后澆帶，車庫作為主體的附建的一部分。優點是：流線比較直觀、使用方便，可以直達地上，業主舒適度較高。從結構上又能節約側墻長度，降低建設成本。缺點是主樓和車庫間的后澆帶對設計和施工質量要求較高，抗滲漏要求較高。第二種連接為通道連接，車庫和主樓間設置連通道連接，交通便捷。車庫往往在主樓間穿插設置，可能造成地庫輪廓線多變，無形增加了外墻面積且轉角多車位布置較，浪費面積較多。連通道處防水做法對施工亦有較高要求，抗滲漏較難。

3.地質勘察報告

地質勘察報告是地基基礎設計的依據，設計人員應充分了解場地的土層分布、受力及變形情況。地質報告應對有無影響建筑場地穩定性的不良地質條件及其危害程度；建筑物范圍內的地層結構及其均勻性，以及各巖土層的物理力學性質；地下水埋藏情況、水位變化幅度及規律，以及對建筑材料的腐蝕性；在抗震設防區應劃分場地土類型和場地類別，并對飽和砂土及粉土進行液化判別；對可供采用的地基基礎設計方案進行論證分析，提出經濟合理的設計方案建議；提供與設計要求相對應的地基承載力及變形計算參數，并對設計與施工應注意的問題提出建議；設計人員根據地質報告選擇合理的持力層，控制結構的變形和沉降。

4.凈高和凈寬的控制

凈高直接影響結構層高，進而影響地庫埋深，恰恰埋置深度是影響造價的關鍵因素，所以在盡可能的情況下，盡量降低層高。確定層高要充分考慮梁高、設備管線高度、使用功能要求等確定。汽車坡道、非機動車坡道出入口處凈高必須認真復核，必要時梁需要上翻。凈寬控制主要是單雙車道凈寬控制、車道轉彎處凈寬控制。

5.關于地下室設計的荷載

地下車庫設計的荷載有使用荷載、水浮力、消防車荷載、人防荷載、景觀荷載、施工活荷載等，消防車荷載不與消防車荷載、人防荷載、景觀荷載、施工活荷載同時組合。同時根據結構梁布置情況、覆土深度等對消防車荷載進行折減。設計過程中需要跟景觀密切配合，確定景觀荷載大小和具體位置，不要景觀荷載和消防車荷載滿鋪設計，這樣會給設計帶來較大的浪費，而且是沒有必要的。

6.關于地下室結構構件的布置

地下室結構構件的布置需要根據荷載情況、使用功能合理設置水平和豎向構件。柱網的布置有大柱網、小柱網、大小柱網間隔布置等，大柱網視覺遮擋少，行車通暢，但經濟性較差。小柱網可以降低層高、承載力高，經濟效益明顯。每種布置方法各有利弊，柱布置根據實際情況和甲方要求選用合理的柱布置方式。梁板布置形式主要有十字交叉梁、井字梁、單向雙次梁、主梁+厚板、無梁樓板形式（空心樓板等）等形式，不同的布置形式有各自的優點，布置應根據荷載大小、功能要求、使用要求、變形控制條件等選擇合理截面及相應的布置方式。合理的截面尺寸，既要考慮規范的構造要求又要考慮合理的配筋率。比如關于防水混凝土的最小厚度要求等，同時要考慮是否滿足計算假定的要求，如地下室外墻一般按上部簡支下端固定進行設計，那么外墻基礎厚度是否滿足計算假定，彎矩是否能有效的傳遞。

7.關于覆土厚度的確定

確定覆土厚度應考慮的因素，項目地點的凍土深度、場地周邊的綜合管網與車庫關系、景觀種植要求的土厚、水浮力和挖深的經濟性比較、人防要求等，一般覆土厚度為0.8～1.5m。

8.關于地下室抗浮和防水設計

地下室抗浮和防水是設計的關鍵，對后期的正常使用至關重要。抗浮設計的關鍵是確定合理的抗浮設計水位，用于結構整體穩定計算及結構構件的設計計算。一般情況取歷史最高水位或者室外場地以下0.5m，根據荷載和地質情況采取合理的抗浮設計。既要滿足整體抗浮，也要復核局部抗浮問題。地下室防水包含底板、側墻、頂板等，有樁時樁頭的防水設計容易被忽略。施工單位的施工質量是防水的重要環節，而監理是這個環節中控制質量的關鍵。

9.關于地下室基礎的設計

我國幅員遼闊，地質千差萬別，不同地區地質條件各不相同。地基基礎設計又是工程設計的重要組成部分，地基基礎在工程造價中也占主要部分。地基基礎設計應注重工程經驗的積累，不能照搬照抄。所以設計的過程也是經驗的積累過程，只有在設計中不斷的提高和創新，才能設計出合理、經濟的地基基礎。關于地基基礎主要控制如下幾點：

9.1持力層的選擇

需要考慮持力層和基礎埋深的要求，在滿足地基穩定和變形的前提下，基礎盡量淺埋。而基礎埋深又和以下因素有關：建筑物的用途，有無地下室、設備基礎和地下設施，基礎的形式和構造；作用在地基上的荷載大小和性質；工程地質和水文地質條件；相鄰建筑物的基礎埋深；地基土凍脹和融陷的影響。

9.2地基基礎設計等級

根據地基復雜程度，建筑物規模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑物破壞或影響正常使作的程度，將地基基礎設計分為甲級、乙級、丙級三個設計等級，設計地基基礎前應確定地基基礎設計等級。不同地基基礎設計等級，對地基基礎的設計有不同的變形控制要求。

9.3基礎形式的選擇

地基基礎的形式有擴展基礎、柱下條形基礎、天然筏板基礎、樁基礎等，每種基礎均有自己的有點和適應范圍。實際中需要根據場地圖層分布、荷載情況等選擇合理、合適的基礎形式。地下室的基礎采用無梁樓板即厚板+柱帽的形式比較普遍，其優點是結構體系簡單、整體性好、節省層高、自重大有利于抗浮、鋼筋板扎方便、節省磚模板、施工進度快等。

結論

地下室設計是一個復雜的設計過程，需要各個專業的大力合作配合。合理的結構布置既是安全的保障也是經濟性的關鍵。如何把結構設計得安全適用、經濟合理是每個結構設計師的最終目標。以上是本人對地下室結構設計的一些心得和體會，可能還有許多不足之處，希望同行專家指正。

參考文獻

[1]《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011.

[2]《建筑結構設計問答及分析》朱丙寅編著2010年4月版.

[3]《全國民用建筑工程設計技術措施2009》結構2010年12月版.