对地下室结构设计若干问题的探讨

摘要： 地下室的结构设计应遵循安全适用、经济合理的原则，合理的设计是目标。本文对地下室结构设计过程中经常碰到的几个问题，如结构体系的选择、外墙配筋、地下室超长、地下室抗浮及地下室裂缝控制等问题做了简单地阐述，旨在倡导结构工程师们加强理论学习，不断地进行探索和创新，更加合理、更加有效地开发和利用地下空间。

关键词：地下室；结构设计问题；解决措施

1.背景资料

城市化进程的日益加快，城市空间越来越狭小，一个建设项目的土地利用关系着项目的成本及利润，因此建造地下室成为许多建设项目尤其高层建筑的必选。从结构设计方面考虑，高层建筑基础埋深很大，地下室深基坑的开挖对基础能起到很大的卸载和补偿作用；而且地下室与地基及周边土的共同作用又反过来对上部结构的整体刚度提供了一定的补偿性贡献。地下室工程涉及的专业比较复杂，在地下室结构设计时，结构工程师需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光、景观等各专业的要求，提供最佳的结构解决方案。

2.地下室结构设计中存在的几个问题

2.1地下车库楼盖结构体系的选择

现阶段地下车库是地下室建筑的主要使用功能，其主要结构特点为柱距较大（通常7.8m-8.4m）且柱网比较均匀，地下车库楼盖结构体系主要有普通的梁板结构（十字或井字梁结构）和无梁楼盖结构两种形式。经过近几年宁波地区几个实际工程的比较，笔者更倾向于采用无梁楼盖结构体系，其优点如下：1）有效地减小地下室层高（约500mm），相应减少了地下室土方开挖工程量；2）地下室底板标高提高减小了地下水浮力作用，相应减少了底板的配筋量及抗拔桩的数量；3）车库内顶棚平整美观，利于敷设风管、喷淋水管及电气管线；4）施工模板简单5）综合技术经济指标较好。同时应注意，1）地下车库无梁楼盖结构体系可用于非人防区和6级（6B级）人防区，5级人防区顶板等效静载过大，无梁楼盖结构体系已不适用。2）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.6.3条规定：作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。

2.2地下室外墙配筋计算

地下室外墙是结构设计的重点，除应按水、土压力计算配筋外，严格控制外墙裂缝也是结构设计的重点，另外在设计时应注意外墙计算模型。

地下室外墙配筋计算：有的工程外墙配筋计算时，凡外墙带扶壁柱的，不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理，造成外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议：除了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（如高层建筑外框架柱之间）外墙板块按双向板计算配筋外，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载（轴力）较小的外墙扶壁桩，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小，可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强。

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大小相近，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这方面问题在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。地下室底板标高变化处也经常发现类似问题：标高变化处仅设一梁，梁宽甚至小于底板厚度，梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置（如楼梯间）外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时，车道底板位于外墙中部，应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用。

2.3地下室结构超长问题

由于建筑布局的要求，有时地下室结构超长，多数情况下都超过了40-60M。地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小，但周边约束作用较强，结构超长问题的重要性仍然不容忽视。较成熟的做法有：1）设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40-60M时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为800-1000MM，钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构，应设置钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。2）不设置伸缩后浇带，采取其它相应措施。主要措施有：采用低强度等级混凝土；混凝土中添加微膨胀剂；采用粉煤灰混凝土技术；适当加大分布钢筋配筋量；施工缝处设置膨胀止水条；设置膨胀加强带。事实上，目前已建成的许多建筑结构，由于采取了上述措施，并进行了合理的施工，伸缩缝间距已超过了规范规定的数值。3）以上两种方法结合使用。

2.4地下室抗浮设计

地下水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。实际在地下室抗浮设计时仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程抗浮重视不足，造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。因此结构设计时应明确要求施工期间降水要求，保持降水面在最深基底以下0.5m，且必须在以下条件满足后，方可停止施工降水：①地下室底板和地下室顶板上的覆土和道路施工结束；②场地排水系统已能正常排水；③主体结构施工至相对安全的层数。另外，在同一整体大面积地下室的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下室的面积较大、形状又不规则，且地下室上方局部没有建筑，此类抗浮问题相对比较难以处理，须作细致分析后再进行处理。

3.地下室裂缝控制方法

1）地下室外墙混凝土易出现收缩，受到结构本身和基坑边壁等的约束，产生较大的拉应力，直至出现收缩裂缝，地下室外墙裂缝宽度宜控制在0.2mm之内，其配筋量往往由裂缝宽度验算控制。2）工程中许多设计将地下室防水结构构件的计算弯距调幅，有的下端按铰接、有的未考虑荷载分项系数、多层时未按多跨连续计算，地下室外墙在计算中漏掉抗裂性验算（违反GB50108-2008第4.1.6条），地下室外墙与底板连接构造不合理，建筑物超长未设缝或留置后浇带，后浇带的位置设置不当，外墙施工缝或后浇带详图未交代等，导致违反设计规范，产生渗漏现象。某工程地下室设计成一个大底盘，而该大底盘下的基础形式同时有天然地基、桩基、刚性桩复合地基（违反GB50011-2010第3.3.4条），此类基础即使设置后浇带也仅适合施工阶段。（3）地下室整体超长，应采取相应措施，防止裂缝开展，采取的主要措施：①补偿收缩混凝土，即在混凝土中渗入UEA、HEA等微膨胀剂。以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。②膨胀带，由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿，为了实现混凝土连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩混凝土带，根据一些工程实践，一般超过60m设置膨胀加强带。③后浇带，作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛任用。

4.结语

由于地下室设计及施工水平的参差不齐，地下室在施工及使用阶段更容易出现各种问题，就需要结构工程师在结构设计时着重从概念设计入手，尽早参与到前期方案设计中，同时根据地下室具体情况对地下室设计的结构原理及力学性质有深刻认识，针对后期容易出现的问题相应采取切实可行的解决措施，保证地下室结构的安全适用、经济合理。