建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與探討

尚勇兵

摘要：地下室的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括：荷載合計、抗震設(shè)計、外墻設(shè)計、頂板設(shè)計、抗浮抗?jié)B設(shè)計等，高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要在綜合分析高層建筑情況，靈活調(diào)整設(shè)計方案，提高地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，優(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)，為建筑行業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：建筑工程;地下室;結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著城市化進程的加快，出現(xiàn)了越來越多的高層建筑，并且土地使用面積越來越緊張，須建地下室以滿足人們的需求。但是因為地下工作比在地上工作困難得多，因此，地下室的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計相對更加嚴格，以確保地下室與地上部分之間的連接不會產(chǎn)生任何問題。

1 地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計難點分析

與其他建筑相比，地下室樓層的建設(shè)非常嚴格且極其復(fù)雜，在規(guī)劃地下室結(jié)構(gòu)時，必須綜合考慮許多因素，比如消防通風(fēng)、功能用途、民防要求、設(shè)備線路等。在規(guī)劃中應(yīng)充分考慮專業(yè)設(shè)計概念，如通道、排水和照明等。在具有底部結(jié)構(gòu)的地下室中，地上部分通常不會遇到問題，然而在純粹的地下室設(shè)計中，滲水問題經(jīng)常發(fā)生。同時，由于地下室設(shè)計的施工往往只考慮到正常的使用環(huán)境，而對施工過程和防洪、防潮等不夠重視，對建筑物經(jīng)常造成局部損壞，并在以后的使用過程中出現(xiàn)裂縫和其他問題。另外，基礎(chǔ)施工和材料選擇的設(shè)計和施工是相同的，這給基礎(chǔ)設(shè)計的施工帶來了一些困難。主要包括基本施工、地下室防浮結(jié)構(gòu)、下水道結(jié)構(gòu)、地下室施工和地下室外墻體結(jié)構(gòu)等。

2 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 荷載合計

高層建筑工程的地下室結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計主要包括：爆動荷載、土壓力荷載、地面建筑荷載、自重荷載及人防荷載我國建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)規(guī)范指出：設(shè)計人員在設(shè)計過程中要綜合地下室各個部門的綜合荷載，考慮各工程的結(jié)構(gòu)特點，嚴格依照相關(guān)規(guī)定開展荷載組合，并確定地下室結(jié)構(gòu)中參與荷載部分，主要為：頂板、側(cè)墻、外墻、內(nèi)承重墻、基礎(chǔ);設(shè)計人員要分別確定頂板核爆動荷載標準值及靜荷載標準值、側(cè)墻豎向核爆動荷載標準值、上方建筑物自重標準值、外墻橫向核爆動荷載標準值、內(nèi)墻重墻自重標準值、底板核爆動荷載標準值、地下室墻身自重標準值高層建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在進行地下室的防控荷載組合時，要重點解決核爆動荷載作用與靜荷載共同存在的問題。

2.2 水平結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于底層的地下室高層建筑設(shè)計，有必要在地下室考慮一些專業(yè)問題，如防火、通風(fēng)、公用設(shè)施、人防、機房、管道、通道、排水、照明等。如果長度超過預(yù)定長度，有必要使用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來確定是否應(yīng)在結(jié)構(gòu)中進行設(shè)置。但是，在正常情況下，最好盡可能地調(diào)整變形接頭。如果需要進行設(shè)置，設(shè)計師必須通過調(diào)整相關(guān)設(shè)置來解決問題。此外，設(shè)計師應(yīng)注意地下室的照明設(shè)計。對于地下室的照明設(shè)計并不容易，因此，在側(cè)墻上可以附加額外的光照，設(shè)置不需要燈座的外壁，它可以連接到整個地下室的屋頂，以確保地下室整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，有效地將風(fēng)效應(yīng)和地震等外部因素轉(zhuǎn)移到側(cè)墻或地板上，以滿足高層建筑的要求。

2.3 抗震設(shè)計

抗震設(shè)計是地下室設(shè)計中必不可少的組成部分，在建筑物中，抗震設(shè)計取決于建筑物的高度。如果地下室的抗地震水平不足，將直接影響建筑工程結(jié)構(gòu)的安全性能。一般來說，墻柱應(yīng)在混凝土中與底部的墻柱結(jié)構(gòu)相匹配，要改變地下室頂板上的內(nèi)外板的高度，如果高度變化高于梁的高度，就會形成誤差層，這時應(yīng)采取一些措施進行處理。在地下室施工設(shè)計中，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，精準地設(shè)計地下室的頂層結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用梁和頂部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，同時地下室屋頂不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的組成部分。如果是高架地板，則應(yīng)向下計算靜態(tài)應(yīng)力，以滿足地下室地面或建筑物的抗震要求。但是，剪力墻底部的層數(shù)應(yīng)從地面計算，并包括地下室部分。

2.4 外墻設(shè)計

地下外墻的設(shè)計是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，應(yīng)根據(jù)具體的水質(zhì)和土壤條件進行計算。地下室外墻上的負荷分為兩部分：水平荷載和垂直荷載。垂直荷載分為上部和下部、重量和自重;水平荷載包括地面荷載、剪切荷載和人防工程。在實際設(shè)計中，垂直承載能力一般沒有影響，因此，只考慮設(shè)計中的水平承載抗震能力。此外，必須通過有效驗證確定靜態(tài)土壓力。如果靜土壓力沒有顯示驗證條件，則砂應(yīng)在0.34～0.45 MPa之間，黏土應(yīng)在0.5～0.7 MPa之間。另外，在用支撐柱計算外壁的地下外墻的加固時，計算不是基于支撐的尺寸，而是使用雙向板的平均值來計算加固，基臺的計算要基于地下室的整體結(jié)構(gòu)。在設(shè)計中，不應(yīng)根據(jù)外壁的雙向板的傳遞載荷來測試支撐柱的加強。另外，根據(jù)外壁和支撐件之間的變形協(xié)調(diào)原理，該結(jié)構(gòu)對外壁的垂直壁的加強不充分，支撐件的加固較少，并且外壁的水平分布過大。因此，要精確計算外壁部分或外壁支撐部分的地下外壁的加強處，其中鋼筋混凝土和內(nèi)部分隔壁垂直于外壁方向連接。

2.5 頂板設(shè)計

高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中，頂板設(shè)計是一項十分重要的工作，地下室頂板就是高層建筑中地上結(jié)構(gòu)的水平約束支座，水平約束支座的剛度越大，其約束效果越強地下室結(jié)構(gòu)頂板需要具有一定厚度，頂板厚度指數(shù)要≧160mm設(shè)計人員在進行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中的頂板設(shè)計時，要確定其厚度指數(shù)符合建筑結(jié)構(gòu)標準，充分滿足地下室人防的需求，設(shè)計人員還要嚴格依照“抗震設(shè)計規(guī)范”進行上部結(jié)構(gòu)頂板嵌固，并嚴格設(shè)計頂板強度、板配筋率、側(cè)向剛度此外，設(shè)計人員要嚴格依照相關(guān)規(guī)范，采用梁板結(jié)構(gòu)進行上部結(jié)構(gòu)嵌固工作隊設(shè)計人員在進行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要向下算直到滿足嵌固端要求的地下室底板，并且在計算剪力墻底部加強區(qū)時要從地面向上計算，將地下層包括在內(nèi)。

2.6 地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計

通常而言，對高層建筑進行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中常遇到的問題大致可分為以下幾類：①沒有按照相關(guān)規(guī)定對地下水位進行勘察，并且編成準確的數(shù)據(jù)報告，或者是這類數(shù)據(jù)報告中沒有涉及到浮力計算及地下水位的變動幅度，沒有對地下室的斜坡道的抗浮能力進行計算，地下室主體和修建的斜坡道之間的連接縫沒有得到良好的處理;②沒有進行合理的抗浮驗算，依據(jù)準確的地下水位數(shù)據(jù)可以有效驗算出地下室的抗浮力能力。在具體的設(shè)計方案中只考慮到通常情況下地下室的最大限度載荷量，以此推算出其抗浮能力。而沒有考慮到建設(shè)過程中自然變化情況下地下室的抗浮力的影響，如汛期。這就會導(dǎo)致地下室在修建過程中由于設(shè)計的抗浮能力小于實際需求抗浮能力，而造成地下室部分位置出現(xiàn)損壞。除此之外，還會存在一個大面積地下室的上面同時修建多個建筑物的情況，這樣就會因為地面建筑分布不均，就會很難控制地下室的抗浮力，這就需要經(jīng)過嚴格詳細的分析之后才可以進行地下室建設(shè)和地上建筑物的修建。

3 結(jié)語

綜上所述，只有地下室的設(shè)計符合規(guī)定的要求，才能有效保證整個建筑的安全。因此，在實際工作中，應(yīng)科學(xué)合理地采取有效措施，提高建筑工程地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平，促進建筑工程整體質(zhì)量的提升，實現(xiàn)我國經(jīng)濟社會良好的發(fā)展。

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（作者單位：湖北華宇高科建筑設(shè)計咨詢有限公司）