建筑工程地下室結構設計要點研究

張洪濤

（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

在現代建筑中，地下室結構設計的合理性不僅會對建筑基礎安全性和穩固性產生重要影響，也直接關系著建筑的使用功能，因此必須高度重視地下室結構設計工作。在建筑地下室結構設計工作中，設計人員應嚴格遵守結構設計相關規范和標準，綜合考慮各種相關因素，準確確定設計參數，不斷優化設計方案，全面提高結構設計質量，以確保建筑地下室結構質量和安全。

1 地下室設計的具體要求

芙桂名邸東苑13#樓地下室設計內容主要包括主體結構、平面結構、保護層和墊層、剪力墻等設計部分，通過優化結構設計方案可以提高工程整體的可行性和有效性。在開展主體結構設計中重點進行墻體結構、柱體結構及頂板的設計。設計人員在進行地下室結構設計中還要對結構的抗震性、防水性等方面進行全面的考慮分析，優化完善設計結構。在地下室底板設計中對地基反作用力加強考慮分析，盡可能地提高地下結構的穩定性和安全性，保證建筑主體結構的安全[1]。

2 地下室結構設計要點

2.1 地下室平面結構設計

建筑設備環境、使用功能、用地設計是組成地下室平面結構設計的主要內容。功能定位、層數設計等都是地下室平面設計的重點。設計時根據工程要求完成防火區域、排水區域等空間的合理劃分，將平面結構設計方案充分落實，施工中按照平板或者斜板的方式轉化結構底板和頂板，同時對比分析平面結構設計結果，選擇最優方案。針對處于山地環境的建筑工程還要考慮地形等方面的影響因素。設計師在進行地下室結構設計中可以將高地作為平臺，采取大斜坡形式，通過這種方式節約材料和能源，同時節約施工時間。

2.2 保護層和墊層厚度設計

芙桂名邸東苑13#樓防水施工規范中要求地下室結構厚度在250 mm 以上，按照不超過0.2 mm 的寬度控制混凝土裂縫寬度，嚴禁存在貫通裂縫。在建設迎水面混凝土時，按照大于等于50 mm 的標準設計鋼筋保護層厚度[2]。

為保證地下室的防水效果達到工程規范要求，選擇C15 強度的混凝土澆筑結構底板，按照大于100 mm的標準控制墊層厚度。在處理部分軟土地基時可以按照大于150 mm 的標準控制墊層厚度，通過適當增加墊層厚度，可以優化地下室防水性和穩定性。

通過歸納分析以往的地下室滲漏水問題可知，在建設地下室結構中墊層的厚度、防水材料都是影響防水效果的主要因素，如果墊層施工不到位很容易出現滲漏水問題。為此，該工程選用防水混凝土作為墊層施工材料，有效提高了基礎的防水抗滲性能。

2.3 地下室結構超長與不均勻沉降預防

溫度基本不會對地下室結構的使用產生較大的影響，這和地下室所處的特殊位置有著很大的關系，但是同時地下特殊的環境會加強周邊的約束作用，如果設計超長的地下室結構那么會對結構的質量安全產生較大的影響，工作人員可以通過合理設計伸縮后澆帶，避免出現超長問題。不均勻沉降是地下室結構建設中常見的問題，設計人員在設計階段為了控制不均勻沉降問題選用了CFG 復合地基處理方式，這對于提高該工程的整體施工質量有著深遠的意義。在具體應用CFG 復合地基處理方法時要求合理拌和砂石、粉煤灰、水泥等材料，用專業的施工設備提高基礎處理水平。通過合理應用該技術能夠將地下室的承載能力提升，保證基礎將上部荷載傳遞到地基中，有效避免地下室不均勻沉降問題[3]。

2.4 剪力墻設計

該工程剪力墻厚度為200 mm，有的墻肢是墻厚度的8倍以上，按照1 650 mm設計，經過調整按照1/1 200設計層間位移角。通過改變角筋和縱筋直徑可以調節工程剪力墻部分邊緣構件縱筋直徑，達到配筋率降低的效果。剪力墻邊緣構件優化如圖1 所示。

圖1 剪力墻邊緣構件優化（單位：mm）

地下室外墻配筋計算中，設計人員需要考慮裂縫寬度限值等這些影響配筋計算結果的因素。該工程設計人員按照0.2 mm 左右裂縫寬度計算外墻配筋，按照50 mm 標準控制鋼筋保護層厚度，同時對水平鋼筋豎向筋外側進行計算分析，最終確定60 mm 的保護層厚度，通過優化配筋，可以有效減小外墻截面尺寸[4]。

為了提高建筑物通風采光水平，該工程2 戶拼接部位存在槽口。樓梯間、電梯間、管道井存在于入戶連廊樓板之間，這種結構形式會導致建筑物的樓板平面整體剛度降低，為了提高建筑結構的整體性和穩定性，該工程采取如下優化措施，以期加強結構的整體剛度。

首先，每隔一層樓層，在槽口敞開段設置拉梁，按照剪力墻連梁配筋構造設計該拉梁結構。其次，用雙層雙向配筋處理連廊位置樓板，進而提高連廊部位的剛度。該工程不同結構部位使用的混凝土強度存在一定的差異，比如原設計方案中用C35 商品砼澆筑基礎頂到9 層的梁板，用C30 商品砼澆筑10 層到屋面的梁板。通過優化設計，調整后的方案用C30 混凝土澆筑基礎頂到9 層的梁板，用C25 商品砼澆筑10 層到屋面范圍的梁板。該工程跨度不大，除了衛生間、廚房、陽臺，其他樓板選取的是120 mm 厚度的樓板，原方案按照最小配筋率控制大部分底板筋，經過優化后改換C33 的混凝土澆筑樓板，按照不低于0.20%的標準控制最小配筋率?；炷恋燃墳镃30 時，最小配筋率為0.18%，C30 砼樓板優化為C25 砼樓板；混凝土強度等級為C25 時，最小配筋率為0.16%，大部分樓板的板底配筋減少。通過降低原設計梁板混凝土強度等級，不但降低了板的工程造價，并且減少了混凝土收縮裂縫的產生，改善了工程結構的性能[5]。

2.5 裙房柱設計

該工程按照8.1 m×8.1 m 的標準設置裙房柱間距，采用十字梁形式的樓蓋，按照4.05 m 設置板跨度。梁板有著較大的跨度，所以選擇的是120 mm 厚度的板材?，F將樓蓋改為單向雙次梁形式，次梁間距為2.7 m，板跨較小，板厚取100 mm，通過優化設計方案，該工程造價節省約10%；裙房原基礎采用600 mm 的筏板基礎，現改為柱下獨立基礎+防水板（250 mm 厚）形式，通過這種方式實現對混凝土和鋼筋材料使用量的控制，有助于工程項目經濟效益的提升[6]。

2.6 地下室抗浮和防水設計

在設計地下室抗浮能力時，重點對地下水位的變化加強考慮分析。設計人員通過分析總結以往地下室結構的設計圖紙，對地下室的極限使用狀態進行反復分析計算，同時對洪水倒灌險情進行考慮分析，優化設計圖紙，避免洪水威脅地下室質量及安全。在設計地下室抗浮能力時，設計人員精準地計算地下室的地下水位情況，驗算地下室斜坡抗浮情況，從而提高地下室結構的整體安全水平，保證建筑物基礎的穩定性[7]。

通過科學地測量地下室相關數據，設計人員可以更加準確地確定抗浮設防水位。在實際開展調查分析時，勘測工作應當由專業的勘察單位完成，盡可能地提高數據的準確性和真實性。之后，設計人員根據當地歷史最高水位合理地確定設計參數。在具體開展設計工作時，設計師還要對基礎配種方式進行合理的選擇，通過基礎配種優化可以提高地下室抗浮能力。然而在實際施工中，很多工程都會受到抗浮問題的影響而導致整體施工效率有所降低。利用泄水降壓抗浮裝置是一種地下室抗浮方法，主要是利用連通原理降低結構周邊的水位，確保地下水位在設防水位范圍內，從而避免地下室上浮威脅結構穩定性，達到穩定建筑物的效果。地下室抗浮泄水裝置如圖2 所示。

圖2 地下室抗浮泄水裝置

在建設地下室結構中，還要充分重視其防水性能，積極選用防水混凝土材料澆筑地下室主體結構，從而將地下室的防水性能提高。設計師在設計地下室結構中，不但要做好防水混凝土防水性能的確認，還可以使用一些優良的防水卷材，通過優化防水結構提升地下室防水效果。在設計地下室排水系統時，工作人員應以地下室的整體安全為前提，重點解決積水問題。該工程地下室外墻防水層采用的是剛性混凝土和柔性施工結合的方式，其中柔性防水采用的是4 mm+3 mm厚的聚酯胎SBS 改性瀝青卷材。用60 mm 厚的聚苯板作為側墻防水保護層，用0.4 mm 厚的聚氯乙烯薄膜作為隔離層。用C35 強度等級的防水混凝土進行地下車庫外墻防水層澆筑，用C40 強度等級的混凝土處理樓座部位，按照P6 等級標準進行外墻防水施工[8]。

2.7 地下室抗震設計

為完善優化地下室的抗震結構，工作人員可以合理控制地下室的埋深，確保地下室建筑物比地下室外面高度偏高，提高其抗震能力。在計算建筑物高度時，基準點選擇室外地面，通過這種方式提升設計方案的可行性。

在設計地下室頂板結構時，建筑上層結構嵌固點為地下室的頂板，確保每層地下室符合抗震等級要求。在界定地下室抗震等級時，可以根據項目設計要求及抗震要求確定地下室的抗震等級。

2.8 地下室外墻結構設計

通常選擇單向板和四邊支撐方法計算地下室外墻結構。單向板計算方法常常應用于單純的大底板地下室外墻計算當中，通過底板厚度、頂板厚度等參數分析，初步確認地下室結構的鉸接或者固結計算模型。該工程主樓內地下室空間較大，外部支撐結構為剪力墻。選用四邊支撐計算模型計算地下室外墻時，豎直方向和水平方向均會對地下室外墻產生荷載。其中墻體自重、墻體上部荷載、地下室頂板自重、頂板傳遞的豎向荷載均為豎向荷載來源，地下室外側水土壓力荷載、地下室上部地面活荷載是主要水平荷載[9]。

此外，人防荷載設計應當以人防等級確定。在具體設計過程中，地下室外墻配筋計算中應充分考慮地質條件、基礎實際支撐條件等。計算帶扶壁柱外墻的配筋時，以地下室結構整體電氣算量為基礎，深入研究帶扶壁柱的配筋。同時，設計師還要高度關注頂板、底板標高等參數是否發生變化。設計人員根據對應的頂板、底板標高、板的厚度等條件對車道處外墻條件變化進行詳細的分析，做好具體研究和設計方案的確認，提高墻體設計和使用效果，保證工程建設質量，充分發揮外墻結構的支撐作用。

3 結束語

建筑物地下結構作為建筑物的基礎，其質量直接和上部結構穩定性相關。在規劃設計地下室結構時，工作人員應盡可能地提高結構的承載能力和可靠性，通過優化平面結構、墊層設計、剪力墻設計、抗浮設計、抗震設計等多方面內容，提高地下室結構的穩定性，進而保證建筑整體結構的安全，為居民提供優質的住宅建筑。