某項目地下室結構設計與分析

根據工程實際案例，從地下室的基礎選型、抗浮設計、樓蓋結構選型及超長地下室無縫設計等方面出發，闡述了該項目地下室部分的結構設計內容。為了控制地下室層高和工程造價，通過不同地下室樓蓋結構的選型對比分析，最終選用受力合理，造價經濟的主梁大板樓蓋結構，為類似工程設計提供參考。

地基基礎； 抗浮設計； 樓蓋選型； 超長無縫設計

TU93A

建筑論壇與建筑設計建筑論壇與建筑設計

［定稿日期］2023-06-18

［作者簡介］鄧瑋玲（1994—），女，本科，工程師，研究方向為結構設計。

0" 引言

隨著國民經濟的發展，人們對于住房的要求越來越高，相應的住宅項目都應配套足夠的地下車庫建設。但對于住宅項目來說，地下空間的開發成本高、收益低、資金占用較多且資金回收周期長。對于土地價格相對便宜的三四線城市，地下空間的利用價值不高。在地下室規模及平面尺寸確定的前提下，地下室層高與埋深的確定對地下室的整體造價影響較大［1］。

地下室結構設計中，往往還存在基礎選型、抗浮設計及超長地下室的無縫設計等技術難點，這些技術問題如何解決，往往與地下室的建筑使用功能要求及項目的整體投資造價有直接關系。本文針對某小區地下室工程實際案例，從地下室的基礎結構選型、抗浮技術措施的選擇、樓蓋結構的選型及超長地下室無縫設計等方面進行具體分析，選擇了合理的結構方案，可供設計人員或相關從業人員參考。

1" 工程概況

湘潭芙蓉春曉住宅小區（圖1）是由浙江省交通投資集團有限公司投資開發建設，項目位于湘潭市九華經濟開發區，項目北側為湘潭理工學院，南側為滬昆高鐵線路，東側與湘潭保利時代住宅小區接壤。項目總建筑面積約為70.9萬m2，其中一期東區建筑面積為14.5萬m2，包括8棟26～33層的高層住宅樓及一層地下室，地下建筑面積約為2.19萬m2，平面尺寸約為176.0 m×135.0 m，地下室西側與該項目一期西區地下室整體銜接，南側采用連通口與后期地下室銜接，如圖2所示。

2" 設計條件及參數

本工程設計基準期及設計工作年限為50年，抗震設防類別為標準設防類，抗震設防烈度6度，峰值加速度0.05g，設計地震分組為第一組，工程場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35 s［2］；所在區域基本風壓w0=0.35 kN/m2，地面粗糙度類別為B類，基本雪壓s0=0.45 kN/m2。本工程高層住宅樓采用現澆鋼筋混凝土剪力墻結構體系，剪力墻抗震等級三級，純地下室部分采用現澆鋼筋混凝土框架結構體系，框架抗震等級四級，其中主樓周邊3跨且不小于20 m范圍內框架抗震等級為三級。地下室層高為3.6 m，頂板平均覆土厚度為1.2 m。本工程地下室所有構件混凝土強度等級為C35（其中基礎、底板、外墻及底板混凝土抗滲等級為P6），除梁縱筋為22 mm、25 mm的鋼筋采用HRB500級外，其余鋼筋均采用HRB400級。

3" 地基基礎及抗浮設計

3.1" 工程地質條件

根據地勘報告［3］，場地范圍內未見泥石流、山洪、滑坡、崩塌、塌陷、巖溶等影響場地穩定性的不良地質現象。場地內無飽和砂及粉土，可不考慮飽和砂（粉）土液化問題。場地內無軟土，可不考慮軟土震陷的影響。場地下伏基巖為泥質粉砂巖，經鉆探揭露，強風化、中等風化泥質粉砂巖的分界線不明顯，巖層中沒有發現明顯的構造活動跡象，場地大部分巖石較完整，僅見少量閉合性裂隙；局部裂隙較發育，巖石較破碎，局部泥質成分較高，層位穩定。擬建場地整體上是基本穩定的，作為擬建場地是適宜的。

本工程底板頂由南向北高程為55.85～56.35 m，場地原始地貌為湘江河流沖積階地，組成場地地層自上而下依次為人工或機械新近填積的雜填土、殘積而成的粉質黏土、下伏基巖強風化、中等風化泥質粉砂巖，主要地質參數如表1所示。

建筑論壇與建筑設計鄧瑋玲： 某項目地下室結構設計與分析

場地水位南高北低，考慮到場地較大，地下室抗浮設計水位自南向北按水力梯度58.50～57.00 m進行取值，抗浮水頭為2.0～3.5 m，地下室抗浮工程設計等級為甲級。

3.2" 地基基礎設計

本工程除局部位置填土較厚外，其余區域填土厚度較小，故純地下室部分采用柱下獨立基礎，主樓采用平板式筏形基礎。持力層跨越不同的地質單元，以強風化泥質粉砂巖或中等風化泥質粉砂巖作為持力層。

經沉降計算分析，主樓整體沉降變形約為10 mm，主樓鄰近地下室沉降變形約為7 mm，其余位置最大沉降約為1.5 mm，地下室與主樓沉降差為（7-1.5）/5000=0.0011＜0.002，滿足文獻［4］規定的沉降差要求，故本工程部分純地下室柱與主樓間之間未再設置沉降后澆帶。

3.3" 抗浮設計

根據地勘報告建議，結合周邊場地標高情況，本工程地下室抗浮設計水頭為2.0～3.5 m。地下室頂板覆土為1.2 m，考慮建筑防水構造層荷載，大部分地下室區域滿足整體抗浮要求。對局部區域，整體抗浮采用壓重法不能滿足要求時，設計采用預應力抗浮錨桿確保地下室結構的抗浮穩定性。錨桿直徑為180 mm，計算孔深為12 m，錨桿設計拉力為180 kN，錨桿鎖定荷載為250 kN。錨桿均勻布置于柱、墻底周邊，合理選取錨桿剛度，通過模型整體計算，確保地下室的整體抗浮穩定性要求。

施工期間地下室抗浮措施，設計要求地下工程施工期間地下水位應降至坑底（含各類電梯基坑、集水坑等）以下1.0 m，水位波動浮度不應大于0.5 m，并有足夠的排積水能力。待地下室頂板上的覆土和道路施工完成，場地排水系統已能正常排水，各主樓結構施工至三層樓面標高，方可完全停止降水。

4" 地下室樓蓋結構選型分析

樓蓋結構選型主要是確定梁板的布置方案，其占地下室結構整體成本的比重較大，直接影響工程造價。綜合考慮土方工程及地下室工程造價，結合設備管網的布置，本工程地下室層高確定為3.6 m。為了確保地下室的的合理使用凈高，并考慮工程造價的因素，本工程選用了幾種常見的地下室樓蓋結構進行了分析比較。

本工程地下室典型柱網為8.1 m×6.1 m的中柱網，地下室覆土為1.2 m，覆土容重按16～18 kN/m3考慮（抗浮計算取16 kN/m3，構件承載力計算取18 kN/m3）。地下室頂板考慮55 t重型消防車荷載，按30 t消防車荷載的1.17倍取值，即23.4 kN/m2（雙向板跨不小于6 m×6 m）和40.95 kN/m2（單向板跨不小于2 m或雙向板跨不小于3 m×3 m）。

對于中柱網地下室頂板結構樓蓋形式主要有：單向短次梁樓蓋、單向長次梁樓蓋、十字梁樓蓋、艸字梁樓蓋、密肋梁樓蓋、無梁樓蓋、主梁大板樓蓋等［1，5］。

結合本工程實際情況，采用YJK盈建科結構計算軟件，對單向長次梁樓蓋、十字梁樓蓋、密肋梁樓蓋、無梁樓蓋及主梁大板樓蓋等5種方案進行計算分析比較，各樓蓋模型建?？鐢禐?×5，荷載取值統一為：恒載為23 kN/m2（不含樓板自重），活載為5 kN/m2。各樓蓋計算材料用量如表2所示。

從表2可知，僅從結構經濟化指標出發，鋼筋用量無梁樓蓋較優，混凝土用量主梁大板樓蓋較優。本工程純地下室部分層高為3.6 m，建筑要求凈高為2.2 m，考慮設備管線所占空間，梁高不能超過900 mm，則單向雙次梁、十字梁方案不能滿足地下室凈高要求。密肋梁及主梁大板方案的主框架梁為明梁，樓蓋抗沖切能性能更好。

綜上所述，考慮經濟性和合理性要求，本工程地下室頂板采用主梁大板樓蓋方案。

地下室頂板按彈性板6考慮其實際的面內外剛度。在計算中與彈性板相連的梁的中間節點考慮變形協調，由于板的面外彎矩平衡作用，梁實際承擔彎矩相對就會減小［6］。故考慮梁與彈性板的協調變形，豎向荷載作用下梁剛度放大系數取為1.0。結合梁、板協調變形應力圖（圖3），頂板配筋不采用盈建科軟件傳統的板施工圖模塊中配筋計算結果，而采用有限元計算結果配筋，其中板頂筋配筋計算結果采用單元中心值，板底筋配筋計算結果采用單元最大值。

5" 超長地下室分析及設計措施

本工程地下室底板和頂板平面尺寸為176.0 m×135.0 m，已超過文獻［7］規定的要求，屬于超長混凝土結構。為保證結構的安全性和耐久性，設計采用技術措施［8］：

（1）地下室考慮溫度應力分析，考慮當地氣溫條件，綜合考慮補償收縮混凝土的作用，溫度應力分析時對地下室整體按溫度荷載T＝T1*＝±12 ℃考慮。地下室頂板考慮溫度應力分析結果進行配筋，局部區域溫度應力較大時，采用設置附加鋼筋的形式。

（2）采用摻加纖維抗裂膨脹劑的補償收縮混凝土，其中一般位置 8%，膨強加強帶及后澆帶內12%。同時采用抗滲等級為P6的防水混凝土。

（3）地下室全樓設置800 mm 寬溫度后澆帶和2 m寬膨

脹加強帶來解決施工期間的溫度影響，要求加強帶設置間距不大于45 m，后澆帶在主體結構完工后60天后封閉，合攏溫度應控制在20 ℃±5 ℃。

（4）保證梁頂至少兩根通長鋼筋，腰筋采用14 mm，且按抗扭鋼筋在支座位置進行錨固。

（5）控制混凝土內部溫度與表面溫度的差值應不大于25 ℃，要求混凝土澆筑后加強養護。

（6）混凝土采用低熱水泥，并要求嚴格控制混凝土的水膠比和坍落度。

6" 結束語

（1）地下水位較高時，一般地下室靠自重及覆土壓重能夠滿足整體抗浮穩定性要求。但要注意局部位置抗浮穩定性的問題，可采用設置抗浮樁或抗浮錨桿來解決。

（2）地下室樓蓋結構選型，應結合建筑使用功能及設備管線鋪設，滿足地下室使用凈高的要求。先初步選擇可行的方案，通過軟件對典型柱距進行計算分析，對各個方案進行經濟性及結構優劣勢分析，最終確定地下室樓蓋結構方案。

（3）超長無縫地下室，要注意控制地下室因溫度應力產生的裂縫。采用溫度后澆帶和膨脹加強帶分隔地下室施工，并嚴格控制合攏時間和溫度。采用補償收縮混凝土，嚴格控制混凝土的水膠比和坍落度，混凝土澆筑后加強養護。

參考文獻

［1］" 李文平. 地下建筑結構設計優化及案例分析［M］. 北京： 中國建筑工業出版社， 2019.

［2］" 建筑抗震設計規范（2016年版）： GB50011-2010［S］.北京：中國建筑工業出版社，2016.

［3］" 湘潭芙蓉春曉一期東區建設項目4#～11#樓、商業及地下室巖土工程詳細勘察報告［R］.湘潭市勘察設計院，2021.

［4］" 建筑地基基礎設計規范： GB 50007-2011［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［5］" 中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施：結構（結構體系）［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［6］" 王樹理. 地下建筑結構設計［M］. 北京： 清華大學出版社， 2007.

［7］" 混凝土結構設計規范（2015年版）： GB50010-2010［S］北京：中國建筑工業出版社，2015.

［8］" 陳輝，夏生生.湖南某超大超長地下室結構設計與分析［J］.中外建筑，2017（7）：198-200.