普通地下室結構設計要點及經濟性分析

宣堯舜

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引言：

隨著社會經濟的發展，人們開始注重地下空間的利用和開發，當今大多數建筑物都配備有地下室，在地下室設計與建設過程中受到諸多因素的影響，需要設計師針對實際進行合理的設計，分析過程中的要點，多方面共同結合才能更好的設計出合理的地下室工程，并保證施工的質量。

一、地下室頂板設計要點

（一）地下室頂板載荷分析

一般情況下，對地下室頂板載荷進行分析時，首先要考慮來自于覆土的自重荷載、活荷載、消防荷載及施工荷載，其中，覆土自重荷載和活荷載較為容易確定。

消防荷載應考慮到受力形式和跨度，根據消防車道考慮消防車的荷載范圍，使消防荷載布置范圍最小化，從而節約建設成本。在施工過程中不可避免的會出現材料堆放現象，這也對頂板的荷載提出了要求，在設計過程中要考慮到頂板的施工載荷，每平方米不能少于5kN，在驗算構件承載力的過程中，施工荷載的分項系數取1.5。

（二）地下室頂板構造要點

地下室頂板在設計過程中，首先要確定嵌固端，理論上講，嵌固端是除了承受軸力、彎矩、剪力之外，其位移和轉角全都為零的部位。而從工程實際角度來看，不存在理論上的絕對嵌固端。嵌固端作為一個區域，其嵌固也是相對的。在設計中應從局部構件內力，鋼筋配置等方面考慮。作為上部結構的嵌固部位，在合理的范圍內要采取梁板結構，配筋也應當采用雙層雙向的結構，不作為上部結構嵌固部位時，要考慮到地下室頂板實際存在的嵌固作用。除此之外，地下室結構設計還應當考慮抗震設計，在高層建筑中地下室作為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應當按照上部結構采用。

二、地下室側墻設計要點

（一）地下室側墻載荷及內力分析

在分析地下室側墻受力情況的過程中，要從不同方向和不同形式進行考慮。一般分為豎直和水平方向的載荷，豎直方向主要承受上部結構和地下室頂板結構之間的側墻自重，水平方向的載荷則是主要是側向土壓力、地下水壓力、室外地面活動等載荷，通常水平方向載荷產生的彎矩對地下室側墻配筋起到了控制作用，地下室外墻可以根據支撐情況按照雙向板和單向板進行水平方向的載荷作用計算。

（二）地下室側墻構造要點

通常地下室的側墻較長，不僅要滿足承載力，也要能保證抗裂，因此混凝土的強度不應該過高；側墻豎直和水平方向的鋼筋應當雙層雙向布置，水平方向分布的鋼筋不宜采用大直徑鋼筋。此外還應滿足地下水技術規范要求，在結構厚度和裂縫寬度選取時考慮實際狀況，迎水面的鋼筋保護厚度應當控制在合理的范圍內。

三、地下室底板結構設計要點

（一）地下室底板結構載荷和內力分析

底板主要承受底板自重和裝修面層，底板面活動載荷，水浮力；當底板作為基礎部分考慮時還承受豎向向上基底反力，無論是何種形式的地下室底板，水浮力在底板計算中占有重要影響，通常底板配筋由水浮力和基底反力控制，迎水面的鋼筋由裂縫控制。

此外，在抗浮驗算時，需要確定上浮力，在設計過程中要結合長期的水位觀測資料，勘查最高水位，地下水補給和排泄條件等綜合因素確定浮力，在抗浮驗算過程中，考慮到地下室沒有上部建筑時，抗浮設計水位較高時，應當采取抗浮措施，按照工程的具體情況進行要點設計。通常地下室的設計不會設立永久性結構縫，這樣就會造成地下室整體結構超長，因此地下室設計中必須要考慮設置膨脹加強帶、后澆帶、加強配筋等防裂縫的措施，設計過程中應結合建筑物的實際情況選取采用。

（二）地下室底板構造要點

地下室底板除了要滿足基本的受力要求外，還應滿足地下室抗滲漏防水的要求，通常情況下，地下室的底板厚度和配筋要根據建筑物的實際情況進行設計，不能過小。而只作為防水板的底板，厚度一般不小于300毫米，除了滿足這些要求之外，為了防止產生裂縫，還可以適當提高配筋率。地下室底板混凝土墊層強度等級不應小于C15，厚度不應小于100毫米，而在軟質土層中不應小于150毫米。當采用獨立基礎加防水板的形式時，應在防水板下鋪設適當厚度和長度的壓縮性材料，這樣能夠避免因基礎沉降而改變防水板受力特點。

四、地下室結構設計經濟性分析

地下室結構設計經濟性主要取決于基礎、底板、頂板這三方面。通過大量的實際工程比較，可以大致分析如下:（1）在保證結構安全的情況下，優先選擇天然基礎，選擇樁基礎時，可采用開工前試驗樁來確定樁的設計承載力，為最優化最合理的布樁提供條件。（2）帶地下室大底盤多塔結構，控制主樓核心筒與周邊的沉降差，可有效減小底板的計算彎矩，從而控制底板厚度，這也是影響地下室結構經濟性的重要指標之一。（3）地下室頂板結構設計也是影響經濟性的重要一環。通常頂板可采用井字梁、十字梁和大板結構三種布局方式。綜合比較，當頂板荷載值≥700 mm覆土重量時，井字梁經濟性最高。考慮到當前施工組織和人力成本也是影響綜合造價的重要因素，當前常規項目多采用大板結構這種施工方便，受力合理的結構形式。

五、結語：

總體上來說，在地下室設計前期，設計師應當就工程整體情況進行考慮，首先確定嵌固端的位置，根據地下室和上部建筑實際用途確定抗震等級，在此基礎上進行局部構件內力和配筋調整。在地下室頂板、側墻、底板等關鍵結構進行設計時，根據各構件所承受的荷載和受力特點，選取相應的計算模型進行受力分析，選取合理的構造措施。此外還應重視地下室的抗浮驗算，當不滿足抗浮要求時，設計師應采取合理的措施進行抗浮設計，此外，地下室基礎、底板、頂板是地下室結構設計經濟性的重要影響因素，設計師應充分考慮，在保證結構安全的前提下控制造價。