地下室結構設計要點簡介

張興仙

【摘要】本文結合云南省紅河州開遠市銀發大酒店配套項目地下車庫的結構設計，論述了地下室梁、板、柱及基礎的設計要點以及車庫底板的抗浮計算介紹。

【關鍵詞】地下室 梁 板 柱 基礎 抗浮設計

1 工程概況

本工程位于云南省開遠市，結構形式為框架結構，地下2層、地上13層，總建筑面積為：28651m2，其中：地上建筑面積：2067m2，地下建筑面積：7973m2。建筑結構安全等級二級，地基基礎設計等級為甲級，建筑抗震設防類別為丙類，框架抗震等級二級。基礎形式為長螺旋鉆孔灌注樁+承臺。人防為常6級乙類二等人員掩蔽部。

2 地下室主要構件的結構設計信息

2.1 板厚及配筋情況

本工程地下室頂板作為上部結構嵌固部位，地下室頂板厚180mm，負二層頂板厚度200mm（負二層為人防地下室），板混凝土等級C35，地下室頂板及負二層頂板配筋雙層雙向且每層每個方向的配筋率不小于0.25%。

2.2 柱尺寸及配筋情況

本工程純地下室柱截面為600x600，配筋根據計算，混凝土等級C40，塔樓柱截面與上部相同，配筋根據計算與塔樓柱配筋地下一層柱截面每側的縱向鋼筋面積不小于地上一層柱對應縱向鋼筋的1.1倍包絡。

2.3 梁尺寸及配筋情況

地下室最常見的功能一般都是地下車庫，有時也會用于大型超市等其它用途。一般純地下室的柱網都是在8.1m～8.4m左右，這樣的話可以滿足三輛車的停放，梁系的布置一般是根據板上的荷載來選擇做“十”字梁還是“井”字梁。一般情況下負三層、二層如果只是停車庫的話，頂板可以做成“十”字梁；地下室頂板的話就需要根據覆土荷載，是否過消防車、消防車荷載的大小以及是否有人防荷載來選擇。本工程地下室頂板覆土0.6米且有消防車荷載，所以采用“井”字梁。負二層雖是人防地下室，根據《人民防空地下室設計規范》規定，當人防位于負二層時，可不考慮常規武器地面爆炸產生的等效靜荷載，但構造要滿足《人民防空地下室設計規范》的要求，負二層頂板采用“十”字梁。

2.4 嵌固端上一層與下一層側向剛度比

當地下室頂板作為上部結構嵌固部位時，地下室一層相關范圍的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下抗震等級可逐級遞減，一般不低于四級。地下室中無上部結構的部分，抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。

結構地上一層的側向剛度（剪切剛度），不宜大于相關范圍地下一層的側向剛度（剪切剛度）的0.5倍。抗震等級和剛度比所說的地下室相關范圍一般指上部塔樓向四周延伸2～3跨（一般不超過20米）的范圍。

本工程經計算后的剛度比滿足規范要求。本工程剛度比如表1所示：

2.5地下室外墻

本工程地下室負一層外墻的厚度250mm，負二層外墻的厚度350mm，混凝土強度等級C40。地下室外墻應計算的主要荷載有：擋土墻上的側壓力（包括室外地坪荷載引起的側向壓力、土壓力、水壓力等）、擋土墻承受的豎向荷載（包括上部結構傳來的豎向荷載、擋土墻的重力荷載等）。承載力極限狀態計算：受彎承載力計算、受剪承載力計算。正常使用極限狀態驗算：平面外撓度驗算、關鍵部位裂縫寬度驗算。外墻配置的鋼筋均滿足計算和構造要求。

2.6 防水板

防水板的厚度一般不宜小于250mm，具體需要做多厚應根據地下室層數、層高以及水浮力的大小來確定。本工程經設計確定防水板厚度為500mm，混凝土等級C40。防水板的抗，分為整體抗浮和局部抗浮，整體抗浮是整個結構滿足地基規范抗浮穩定性要求，Gk/Nwk> 1.05，才能保證結構不發生整體上浮。一般有地上的多高層結構基本滿足，底層和純地下室的柱很可能不滿足，需要配重、抗浮樁等措施。局部抗浮主要是防水底板在水浮力作用下發生較大裂縫或變形，即向上撓度及裂縫過大，需要將防水底板做厚，鋼筋配足。

對于整體抗浮，一般我們可以先采取一種簡單的判斷方法，先手算，看Gk（每一層板自重+每一層的裝修層自重）是否大于等于1.05Nwk，如果大于等于則不需要通過建立模型來驗算；如果小于那就需要建立一個整體抗浮模型來驗算，就是把地梁層模型和上部整體模型組裝在一起，把水浮力按反向的恒荷載輸入模型，因為我們在考慮整體抗浮是按最不利的情況不考慮活荷載的貢獻，其次這只是荷載正反向的疊加，不存在內力的計算，所以水浮力按恒荷載輸入模型，通過PM的豎向導荷1.0恒+0活看柱子是否存在拔力，如果不存在拔力，則不需要采取措施，如果存在拔力，在實際工程中一般可采取以下幾種抗浮措施：

1、增加結構自重、在基礎底板上加壓重材料或增加基礎底板挑邊，利用挑板上的土提供有效地壓重；

2、設置抗拔樁、抗拔錨桿等抗拔構件提供有效的抗浮力；

3、采取有效、可靠的降低水位的措施。

防水底板以及地梁作為局部構件，需要建模計算，板厚、梁高需要根據計算看多少合適，配筋需要根據水浮力和正向荷載兩個模型包絡配筋。本工程水浮力計算如下：根據地勘報告，地下室抗浮設計水位標高為：1094.850m，建成地面標高為：1097.00m恤0.000）地下室底板標高為1089.20m，底板厚度為500mm，水浮力F=（1094.850-1089.200+0.5）×10=61.5Kpa。計算底板反向時，水浮力按61.5Kpa考慮。

以下是分析是否需要整體抗浮（整體抗拔）：

1、水浮力F=61.5×1.05=64.575Kpa，計算取值64.5Kpa

2、結構自重G=（0.5+0.2+0.18）×26+1.5+1.5 +1.5 =27.38Kpa <64.5Kpa

故本工程需要驗算整體抗浮。通過模型計算部分純地下室柱存在拔力，則在該柱下設置了抗拔樁。

2.7 基礎

基礎作為整個建筑中最重要的一個環節，在設計時必須小心謹慎，仔細認真的設計。基礎設計時宜采用當地成熟可靠的技術；宜考慮基礎與上部結構相互作用的影響。基礎應有一定的埋置深度，在確定埋置深度時，應綜合考慮建筑物的高度、體型、地質情況、抗震設防烈度等因素。基礎的埋置深度是從室外地面算至基礎底面，一般天然地基可取房屋高度的1/15，樁基礎不計樁長可取房屋高度的1/18。

地下室基礎設計首先要看上部塔樓的情況，高層的話一般采用樁基礎+承臺或樁基礎+筏板，也有當持力層較好的時候采用獨立基礎或純筏板基礎。多層和純地下室的話一般采用獨立基礎等淺基礎，當然這個是在整體抗浮驗算后沒有拔力存在的情況下；如果地質情況不太好，基礎持力層比較差或存在拔力的情況下，則可采用樁基礎+承臺。

本工程基礎采用長螺旋鉆孔灌注樁+承臺，樁混凝土等級C35。由于本工程上部荷載差異比較大，采用了兩種樁長的形式，高層部分采用了樁長更長、剛度更大、承載力更高的25米樁，純地下室采用了樁長更短、剛度更小、承載力更低的15米樁，其中部分樁兼做抗拔樁。

3 結論

隨著國家的發展日新月異，城市建設用地的日趨緊張和城市停車位的緊缺，帶地下室的建筑工程將會越來越多，本文針對已設計工程進行了幾點總結，希望在以后類似工程設計中能做的更好，發揮地下室更大的用途。

參考文獻：

[1]建筑地基基礎設計規范（GB 50007-2016）

[2]建筑抗震設計規范幅（GB 50011-2010）

[3]高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2010）

[4]建筑結構荷載規范（GB50009-2012）

[5]人民防空地下室設計規范（GB50038-2005）

[6]全國民用建筑工程設計技術措施.