建筑工程中地下室結構設計探析

楊明錄

【摘要】隨著高層建筑的飛速發展，其建筑設備用房、地下消防水池和汽車停車位多功能都應用在地下室，因此在高層建筑設計中，地下室結構設計難點繁多、意義重大。文章分析了地下室結構設計中的難點問題，并針對性提出了優化設計的方案。

【關鍵詞】建筑工程 地下室結構設計 結構平面設計 抗震設

目前城市土地資源日益緊缺，建筑及城市交通有逐漸向地下發展的趨勢。然而，建筑由于其功能和結構本身的需要，大多設置了地下室。隨著建筑層數的日益增高，地下結構已向多層發展，其結構設計、施工及防水等日益成為建筑工程界關註的熱點。由于地下室工程的施工環境特殊、隱蔽性大、涉及的工種多、施工復雜，也容易出現質量問題，因而對設計和施工有一定的特殊要求。

一、地下室結構設計難點概述

地下室工程涉及的專業極為復雜，在建筑的地下室結構設計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設備用房及管道、坑道、排水、通風、采光等各專業的配合。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，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：（1）結構平面設計；（2）抗震設計；（3）地下室抗浮、抗滲設計；（4）外墻結構設計。

二、建筑工程地下室結構優化設計

（一）結構平面設計

在高層建筑的地下室結構設計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設備用房及管道、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。設計人員可以通過設置后澆帶和合理使用混凝外加劑或地上設縫、地下不設縫等方式，達到不設縫的目的。若地下室過長依靠設置后澆帶的方法難以解決，設計人員應合理地調整平面將地下室分割成幾個小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補救。在結構設計時應合理地設置采光通風井，若高層建筑采光通風井位置設計不當，例如在側壁外作附加通長采光井，而采光井外壁又不能與地下室頂板整體連接，會造成地下室保證結構穩定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風力作用傳至側壁及地面，不能滿足高層建筑的埋深要求。

（二）抗震設計

一般來講地下室抗震設計中較為常見的問題為：多層建筑中半地下室埋深不夠，房屋層數包括半地下室層已達8層，層數和總高度超過要求，違反GB50011-2001第7.1.2條。地下室頂板為上部結構嵌固端，地下室一層抗震等級定為三級，而上部結構為二級，按GB50011-2001第6.1.3條地下室也應為二級。

若地下室設計不當，對其整體的抗震性能會產生較大的影響。根據施工圖審查要點，一般來講，對于半地下室的埋深要求應大于地下室外地面以上的高度，才能不計算其層數，總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結構的墻柱應協調統一。對地下室頂板室內外板面標高變化處，當標高變化超過梁高范圍時則形成錯層，應采取一定的措施進行處理，否則不應作為上部結構的部位。相關規范明確規定，作為上部結構部位的地下室樓層的頂樓，蓋應采用梁板結構，地下室頂板為無梁樓蓋時不應作為上部結構的部位。結構計算應向下計算至滿足要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強區層數應從地面往上計算，并應包括地下層。

（三）地下室抗浮、抗滲設計

地下水位及其變幅是地下室抗浮設計的重要依據。實際在地下室抗浮設計時僅考慮正常使用的極限狀態，而對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成地下室施工過程中因抗浮不夠而出現局部破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建筑，由于地下室的面積較大、形狀又不規則，且地下室上方的局部沒有建筑，此類抗浮問題相對難以處理，須作細致分析后再進行處理。地下室結構設計除應滿足受力要求外，抗滲也是其中一個重點。

由于鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，要達到抗滲目的，一般可采取以下措施：（1）補償收縮混凝土。在混凝土中摻微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時，即可控制裂縫；（2）膨脹帶?；炷林信蛎泟┑呐蛎涀冃尾粫耆a償混凝土的早期收縮變形，而設置補償收縮混凝土帶可以實現混凝士連續澆註無縫施工；（3）后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛應用；（4）提高鋼筋混凝土的抗拉能力?；炷翍紤]增加抗變形鋼筋，如側壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強化作用；側壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設置一道水平暗梁抵抗拉力。當然，在采取以上措施時，同時要註意混凝土的養護。

（四）外墻結構設計

地下室的外墻是結構設計的重點，應按水、土壓力驗算，在設計時應注意以下要求：（1）荷載。地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結構的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、側向土壓力和人防等效靜荷載。（2）靜止土壓力系數。靜止土壓力宜由試驗確定，當不具備試驗條件時，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7；（3）地下室外墻的配筋計算。實際設計時，在外墻的配筋計算中，對于帶扶壁柱的外墻，不是根據扶壁柱的尺寸大小進行計算，而是均按雙向板計算配筋；扶壁柱則按地下室結構的整體電算分析結果進行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。根據外墻與扶壁柱變形協調的原理，這種設計將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。

三、結語

高層建筑地下室結構設計顯然是一個復雜的過程，但是，只要把握設計要點，抓住設計重點，以合理的設計為前提，進行全面考慮，使建筑地下室結構設計工作發揮其最大的經濟作用和社會效益、戰略效益。