建筑地下室結構設計要點分析

沈鈺婷

（蘭州市城市建設設計院，蘭州 730030）

1 引言

隨著建筑行業的發展，地下室已成為現代建筑中比較常見的組成部分。地下室結構設計較為復雜，需要綜合考慮建筑基礎結構設計、人防要求以及建筑使用功能要求等多種因素，客觀上了加大了設計難度。設計人員在設計地下室結構時，應按照相關設計規范的要求對各項設計參數進行科學取值和計算分析，準確把握各項結構設計要點，不斷總結設計經驗，優化設計方案，為提高建筑地下室結構的安全性、穩定性以及實現多元化使用功能奠定良好的基礎。

2 地下室結構設計基本特點概述

在建筑地下室結構設計工作中，不僅需要充分考慮建筑結構的安全性和穩定性要求，并且要同時滿足建筑地下室多元化使用功能的需要，還要全面考慮建筑地下室在結構強度、剛度、抗震、抗浮、防水、防滲以及人防等方面的要求，客觀上加大了設計難度，對設計人員的專業水平也提出了更高的要求。

3 地下室結構設計要點分析

3.1 頂板結構設計要點分析

地下室頂板主要是指地下室頂部板塊區域，連接地下室和建筑工程的上層結構，對建筑地下室結構的安全性和穩固性均有重要影響。在設計地下室頂板結構時，設計人員應充分考慮建筑地下室結構的承載能力、上層建筑載荷以及上下結構銜接等問題，同時，還應考慮相關管線設備的安裝要求等。在計算建筑地下室頂板結構承載力時，設計人員應按照相關設計規范的要求，結合建筑工程上層結構的具體高度、建筑的使用功能以及建筑工程所在區域水文地質條件、覆土厚度等條件合理確定各項設計參數。且在計算取值時，還應注意建筑地下室結構設計在人防、抗震等方面的要求，以確保設計參數客觀準確，設計方案科學合理。

以某建筑工程為例，上層建筑結構為32 層，地下部分為3 層，建筑面積約為42 000 m2，地下部分使用功能包括設備用房、停車場以及人防功能等。根據該建筑地下室工程的實際情況，在地下室1 層和2 層結構設計中選擇無梁樓蓋體系，將上部建筑結構預埋端作為地下室頂板。由于無梁樓蓋結構能夠用分布式工字結構形式取代傳統梁體集中受力形式，可有效提高建筑地下室頂板結構的抗振動、抗沖擊以及抗壓能力，因此，在建筑地下室頂板結構設計中得到了廣泛應用。在采用該樓蓋結構體系時，為確保端跨安全，應將端柱帽設置于邊支座位置，以改善邊跨外支撐板帶部分的抗彎性能。同時，通過設置柱帽可以使板帶負彎矩增加，由柱帽構成的剛性區域能夠有效承載負彎矩，使板帶跨度減小。此外，在采用無梁樓蓋結構體系時，端跨是結構設計中的關鍵環節。在設計實踐中，為了達到降低邊跨中部彎矩的目的，可以采用將角柱以及邊柱部分沖切承載力適當增加的方式，且應在計算時將鋼筋放大系數相應加大。

3.2 外墻結構設計要點分析

在進行地下室外墻結構設計時，設計人員應準確計算外墻配筋率以及靜止土壓力系數等，以確保地下室外墻墻體在垂直以及水平方向上的承載力達到設計標準。在確定地下室外墻面荷載時，對于水平方向的荷載設計應充分考慮人防負載以及地面負載的要求；在確定外墻豎向荷載時，應結合地下室外墻的承重要求以及自重等因素進行準確計算。在設計實踐中，應通過彎矩調幅法和負載分項系數進行負載計算，如有必要，也可以采用多跨連續計算方式確保計算結果準確無誤。計算負載時，應保持彎矩相同。在確定靜止土壓力系數時，應開展現場試驗，由于土質的特點不同，靜止土壓力系數也存在一定的差異，以沙土為例，靜止土壓力系數通常在0.34～0.45，而黏性土的靜止土壓力系數則大多在0.5～0.7[1]。在計算外墻配筋率時，應結合地下室外墻尺寸等數據，通過雙向板方式對外墻配筋率進行計算。而在計算地下室其他墻體配筋率時，則應采用單向板的方式，同時，地下室外墻配筋率應適當增加。此外，在地下室外墻結構設計中，應在墻體與土體之間設置混凝土保護層，保護層厚度應在40 mm 以上，選擇混凝土強度等級時，應同時考慮結構的強度要求以及工程項目的經濟性要求。

3.3 抗震結構設計要點分析

抗震設計也是建筑地下室結構設計工作中一個重要環節，特別是在地震高發區域，應確保地下室結構抗震性能符合抗震相關設計規范要求，以保證人員以及經濟財產安全。設計人員應全面收集建筑工程所在區域的歷史地震數據，科學確定抗震等級要求，優化結構設計方案。建筑地下室抗震結構設計應準確把握設計要點，提高設計方案的科學性和合理性。當建筑地下室空間面積較大時，通常應采用框支剪力墻結構形式，以提高結構的抗震能力。而在具體的抗震結構設計中，應合理控制剪切比剛度，控制轉換層上下兩部分剪切剛度比為1，同時，應適當提高轉換層下方各層剪力墻的剛度，以保證建筑地下室結構在強震發生時能維持較好的彈性，從而提高建筑結構安全性。在框支層應采取相應的加強措施，但要注意的是，加強后的薄弱層位于轉換層上方，因此，在設計轉換層結構時，應以剪力墻底部為基礎進行加強處理，并將加強層數控制在2 層以內[2]。在設計框支層結構時，為了提高剪力墻的延性，可以采取適當提高分布筋配筋率的方式，也可以采取將型鋼增設于角部的方式。設計框支柱結構時，可以采用鋼筋混凝土柱體以提高其變形性能及延性，還可以通過箱型結構的應用適當降低轉換層高度。在框支結構設計中，應嚴格遵守抗震設計要求，合理控制框支層數，并適當提高框支層強度、剛度，以確保承載能力和彈性能夠達到抗震要求，從而提高建筑地下室結構安全性。

3.4 防滲抗浮結構設計要點分析

在地下室結構設計中，還要充分考慮防滲抗浮方面的要求，特別是當建筑工程位于地下室水位較高及降水量較大的區域時。在設計實踐中，結構設計人員應嚴格遵守相關設計規范要求，結合建筑工程實際情況采取科學設計方法，提高地下室結構的防滲抗浮性能。例如，可以適當抬高基坑底部標高，以改善防滲抗浮性能。還可以采用寬扁梁或無梁樓蓋等結構形式，降低地下室凈高，通過控制地下水水位的方式達到提高地下室結構防滲抗浮性能的目的。結構設計人員也可以結合建筑地下室具體情況采取加載頂板、邊墻或基板的方式來提高防滲抗浮性能[3]。在設計過程中，還應不斷優化設計方案，提高設計方案的可行性，為后續施工創造有利條件。在建筑地下室防滲抗浮設計中，可以采用設置抗拔樁的方式。其主要是向較為堅硬的巖體中嵌入抗拔樁，并結合灌漿處理等技術方法提高地下室基礎結構的抗滲和抗浮性能。此外，在建筑地下室結構設計中，應采用摻有膨脹劑的混凝土，這樣，可以利用混凝土具有的膨脹性將收縮值部分抵消，通過控制拉伸極限的方式達到減少結構裂縫、提高地下室結構防滲性能目的。目前，在建筑地下室結構防滲抗浮設計實踐中還廣泛采用了設置后澆帶或膨脹帶的方式避免混凝土結構出現裂縫問題。其中，后澆帶技術可以有效控制混凝土結構出現變形縫，成為建筑地下室結構防滲設計的常用手段。而通過設置補償收縮膨脹帶，可以進一步提高混凝土的膨脹性，對于高度在60 m以上的建筑，地下室應采用膨脹加強帶的設計方式，以降低混凝土結構出現裂縫問題概率，從而提高建筑地下室結構的防滲抗浮性能。為了使建筑地下室鋼筋混凝土結構防滲性能得到進一步改善，在結構設計中可以選用抗變形性能較好的鋼筋，以達到強化鋼筋混凝土結構的效果，使其具有更強的抗拉能力。例如，可以通過加設水平溫度筋的方式強化混凝土面層結構。為了解決建筑地下室頂底板約束力不同而造成的混凝土構件脹縮差異問題，結構設計人員可以在墻體中部設置水平暗梁，以起到抵抗拉力的作用，降低地下室結構出現裂縫的概率。

3.5 防水結構設計要點分析

在建筑地下室結構設計中，防水設計是關鍵環節之一，其設計質量和設計水平對建筑工程整體結構的安全性及使用功能的正常發揮有重要影響。因此，設計人員在進行防水結構設計時，應詳細勘察建筑工程現場，全面收集工程項目所在區域的水文地質數據和氣象數據，充分了解當地降水量以及地下水水位變化特點等信息，以合理選擇建筑地下室防水結構形式及防水材料。目前，在建筑地下室防水結構設計中，大多采用防水混凝土、防水卷材等材料，設計人員應嚴格遵守防水設計規范要求，合理確定防水層厚度等各項技術參數，以提高建筑地下室的防水性能。此外，在建筑地下室結構設計實踐中，由于目前很多建筑的地下室都具有停車場功能，因此，在設計中還要合理設置防水節點及疏水通道，以確保使用功能正常發揮。

3.6 墊層及保護層結構設計要點分析

在建筑地下室結構設計工作中，設計人員應按照相關技術標準的要求合理確定墊層以及保護層厚度、混凝土強度等級等設計參數，以提高建筑地下室結構強度及防水性能。其中，混凝土強度一般應在C15 以上，厚度應達到100 mm 以上，而防水混凝土結構層厚度則應在50 mm 以上。同時，設計人員應結合建筑地下室的工程具體情況及防水要求等對設計參數進行優化，以確保設計參數取值科學合理，全面提高建筑地下室結構的設計質量和水平。

3.7 建筑地下室超長結構設計要點分析

隨著建筑工程規模不斷擴大，近年來出現了一些超長地下室結構，加大了結構的設計難度。在對超長地下室結構進行設計時，防止整體結構出現裂縫或變形是設計工作重點。對于長度在40～60 m 的建筑地下室，設計人員可采用設置伸縮后澆帶的方式消除結構內部應力。與普通后澆帶相比，在超長地下室結構后澆帶設計中，應將鋼筋斷開，并結合地下室具體空間面積以及鋼筋尺寸規格等合理確定后澆帶設計寬度。在設計實踐中，也可以根據實際情況采用膨脹筋帶或將配筋率適當提高等多種方式，以滿足不同建筑工程地下室結構設計要求。

4 結語

地下室結構會對建筑工程整體結構質量和安全產生重要影響，因此，設計人員應充分認識到地下室結構設計工作的重要性。在地下室結構設計中，設計人員要嚴格遵守建筑地下室結構設計規范的各項要求，并結合建筑工程的實際情況準確把握地下室結構設計中各個環節的設計要點，優化設計參數，確保地下室結構設計方案科學合理，從而全面提高建筑結構的安全性和穩定性，為建筑地下室多元化功能的實現創造有利條件。