关于建筑工程中地下室结构设计的阐述

摘要：在建筑工程建设中，地下室的建设是整个建筑的基础，因此，地下室的结构设计影响着建筑的稳定性和安全性。本文是笔者对地下室结构设计中存在的问题及建议作出了探析，以供参考。

关键词：建筑工程；地下室；结构设计

为了满足建筑功能及基础埋深的需要，一般均设有一层或多层地下室，平时做为车库、设备用房或商业用途，战时将其中部分或全部用做人防设施。由于地下室设计荷载较大，防水抗裂要求高，其造价占整个项目造价的比重也相当大。由于地下室所处的位置以及影响的设计因素较多，要考虑的技术问题较多，如不均匀沉降、地下室抗浮等，这些都造成地下室结构设计在建筑结构设计中起着重要作用，更是不容忽视。

一、地下室结构设计主要存在的问题

地下室工程牵涉到的专业领域非常广、专业知识相对复杂。在对建筑工程的地下室进行结构设计时，要综合考量到使用功能、防火功能、人防需要，还要顾及到管道、通风、摊水、采光等各个专业的相互联系配合。对于拥有大底盘的建筑群体来说，一般来讲，在塔楼部分的使用时期，基本不会发生抗浮问题。但是地下室以及裙房部位却会有抗浮不能满足实际要求的毛病。其设计上的主要问题表现在：

（1）结构平面的设计。

（2）抗震设计。

（3）地下室抗渗、抗浮设计。

（4）地下室的结构超长。

（5）外墙结构设计

二、建筑工程地下室结构设计应当注重的问题分析

1、结构平面设计

在高层建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过设计规定长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，例如在侧壁外作附加通长采光井，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。

2、抗震设计

合理的地下室设计对建筑的整体抗震性能是至关重要的。一般结构中的地下室，地下室层高的1/3应大于对应的高出室外地坪的顶板的高度。此时，即使该层地下室的楼层侧向刚度大于相邻上层刚度的2倍也不适合充当上部结构的嵌固部分；根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中明确提出的中上部嵌固结构的6.1.14地下室设计顶板，应该满足下面的条件：

（1）应避免在地下室顶板上开大口；在地上结构的相关范围，地下室的顶板应该应用更为坚固的现浇梁板结构，与之相关范围之外的地下室顶板也应该采用现浇梁板结构；其楼板的实际厚度不能小于180毫米，C30应作为最小混凝土强度等级，双层双向配筋应配合使用，且每个方向的每层配筋率至少为0.25%。

（2）对于结构地上一层而言，其侧向刚度应小于地下一层侧向刚度相关范围的0.5倍；与其顶板相连的地下室周边应有周密设计施工的抗震墙。

3、抗浮设计

如果是在地下水位浅，或者在雨水相对较多的地区进行施工，那么，对于地下室层数为一到二层的建筑来讲，常规都要考虑到使用阶段的抗浮问题。纯地下室的部位，以及裙房部位有可能存有抗渗抗浮不符合要求的情况出现。均对这种实际情况，应当采取下面的几个措施来应对：

（1）在设计条件允许的前提下，尽可能地提高基坑底设计标高，这样可以起到降低抗浮设防水位的目的。建筑基础底板应当应用梁板筏板基础或者是平板阀板基础。

（2）强化抗浮设计的另一个有效办法是增大地下室自重。这个办法大体有三种情况：其一是基板加载，其二是边墙加载，其三是地下室的顶板加载。这种办法的特点是设计与施工都相对简单。但是不足之处在于当建筑物需要抵挡较大的浮力时，因为混凝土和相关的增重材料需求量太大，而使施工费用增加。

（3）采用抗拔桩抗浮。抗拔桩的抗拔承载力宜通过现场静荷载试验确定，当没有进行桩的静荷载抗拔试验时，往往是根据土层物理力学特征计算确定，但要考虑抗拔桩的承载力系数。根据土层物理力学计算得出的桩的抗拔力进行设计的桩基，施工时同样需要进行桩的抗拔力检测，由于桩端承载力对抗拔力无帮助，所以设计中仅用于抗拔的桩其桩端一般无需打入硬土层。

抗拔桩可以使用预制桩、灌注桩或预应力管桩等。对于预制桩、灌注桩作为抗拔桩使用时，桩身裂缝以0.2mm 控制，并沿桩身全长配筋。对于用预应力管桩作为抗拔桩使用时，往往在验算桩身强度时，不考虑桩身砼受拉，仅考虑预应力钢筋承力。验算抗拔桩的桩身强度时，对于遇接桩的情况，还需要验算桩接头处的焊缝强度。

4、结构超长的处理办法

因建筑总体设计要求，地下室的结构时常会出现超长现象。很多情况都会超过40 ～ 60m。虽然在温度影响的角度来看，地下室受的影响相对来讲较小，但是周边环境对于地下室的约束力较大，所以应当采取有效的防止裂缝设计。当下较为成功的做法有下面数种。

（1）安设伸缩后浇带。普通伸缩后浇带一般宽度在八十至一百公分，钢筋不被切断。而对平面尺寸超长的结构，应当设置断开钢筋的后浇带。其宽度应按搭接钢筋需要的最低尺寸同操作空间的实际情况确定。

（2）除了伸缩后浇带以外的其它措施，包括：①把微膨胀剂掺到混凝土内。②超过六十米的地下室结构安设膨胀加强带。③采取相应办法提升钢筋混凝土抗拉力。目前，在实际工作中，已经建成的多个建筑，在应用上边所讲的办法，并进行合理施工的前提下。其应对结构超长的能力已经超过了设计规范上要求数值。

5、外墙结构设计

地下室的外墙是结构设计的重点，应按水、土压力验算，在设计时应注意以下要求：①荷载。地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括地面荷载、侧向土压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋；②静止土压力系数。静止土压力宜由试验确定，当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7；③地下室外墙的配筋计算。实际设计时，在外墙的配筋计算中，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。因此，在计算地下室外墙的配筋时，对于垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大的外墙板块，其余的宜按竖向单向板计算。对竖向荷载较小的外墙扶壁柱，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋应根据扶壁柱截面尺寸的大小，适当地配以外侧附加短水平负筋加强，外墙转角处也应适当加强。地下室外墙计算时底部为固定支座（即底板作为外墙的嵌固端），侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩相等，底板的抗弯能力应不小于侧壁的抗弯能力，其厚度应与配筋量相匹配。这种情况在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力应不小于侧壁底部的抗弯能力。

三、结语

作为建筑工程整体结构的有机组成部分，地下室建筑质量的高低对建筑整体的稳固性有很大影响。在一些高层的建筑中，地下工程造价甚或超过地上工程造价。因为位置特殊，其结构设计不能不引起我们的重视。设计上要考虑的问题很多，鉴于问题的复杂性，在这里，我们的设计人员就要把握住质量与经济的两个大原则，在技术层面去研究解决地下室结构施工与设计中存在的问题。