章萬勝 陳凱寧

摘要：在建筑工程的整體結構中，地下室是其中一種較為重要的結構。由于其所處位置在建筑物的最底部，即建筑的地基基礎結構中，所以，地下室結構的設計將是影響建筑整體結構穩(wěn)定性以及安全性的重要基礎。本文主要對建筑工程地下室結構設計相關問題進行了簡要分析。

關鍵詞：建筑工程；地下室；結構設計；抗浮抗拔；裂縫控制；最小配筋率；抗震設計。

引言

建筑業(yè)作為支撐我國國民經濟的三大巨頭產業(yè)之一，它在近幾年的發(fā)展極為迅速。就目前而言，在現代城市建筑中，高層建筑，甚至是超高層建筑已經成為了城市建筑的主流，同時也躍升為城市的一種重要標志。然而，隨著建筑樓層的不斷增高，其建筑工程可能存在的安全隱患也隨之得到了增多，尤其是地基基礎結構在施工環(huán)節(jié)所埋下的安全隱患，更是造成高層建筑突然倒塌的罪魁禍首。因此，為了保證現代城市高層建筑的質量及其結構的穩(wěn)定，相關的建筑施工人員必須把好地基基礎結構的質量關，而對于某些需要修建地下室的高層建筑，還需要做好對其地下室工程的施工管理，合理、規(guī)范化其地下室結構的設計。

一、地下室結構設計的特點要求分析

地下室結構設計的主要內容包含幾個方向：一是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計；二是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統(tǒng)（防護設備）其中出人口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算，出人口通道（包括風井）的計算等幾個方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門的選用和擴散室（箱）的設計。三是地下室是否與上部結構一起計算對于計算結果影響較大，其底板經常同時作為結構的基礎，需要考慮地基的反作用力，頂板作為工程的重要部位，需要組合核爆炸力的等效靜荷載，外墻則需考慮側向的土、水的水平作用組合?？傊?，地下室的結構設計可按整體設計和構件的單獨設計分別進行。結構設計的可靠性可以降低，一般建筑結構（延性破壞）失效概率為6.8%，而地下室結構（延性破壞）失效概率為6.1%，需考慮結構的動力效應，結構構件可考慮進人塑性工作狀態(tài)，材料設計強度可以提高。在快速加載的情況下，材料力學性能發(fā)生比較明顯的變化。主要表現為強度提高，但變形性能包括塑性性能等基本不變，這對結構工作起到有利作用。例如鋼材強度可提高1.1～1.5倍，對砼強度可提高1.5倍，這是在設計中考慮材料強度綜合調整系數來完成的，重視構造要求。地下室設計的許多構造要求與一般的建筑設計不同，要求更為嚴格，故僅只考慮受力計算，不考慮構造措施是不合理的。

二、結構平面設計

地下室工程涉及的專業(yè)極為復雜，高層建筑的地下室結構設計，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設備用房及管道、坑道、排水、通風、采光等各專業(yè)的配合。例如地下室的長度超過設計規(guī)定的長度時，需要與結構專業(yè)配合，確定是否設置變形縫，通常應盡可能少設或不設變形縫，因為設置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復雜。

設計人員可以通過設置后澆帶和合理使用混凝土外加劑或地上設縫、地下不設縫等方式，達到不設縫的目的。若地下室過長，依靠設置后澆帶的方法難以解決，設計時可合理地調整平面，通過分割地下室，用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補救。在結構設計時應合理地設置采光通風井，若采光井位置設計不當，也會影響地下室的結構穩(wěn)定功能。

三、抗?jié)B抗浮設計與抗浮設計

如果是在地下水位淺，或者在雨水相對較多的地區(qū)進行施工，那么，對于地下室層數為一到二層的建筑來講，常規(guī)都要考慮到使用階段的抗浮問題。純地下室的部位，以及裙房部位有可能存有抗?jié)B抗浮不符合要求的情況出現。均對這種實際情況，應當采取下面的幾個措施來應對：

1、在設計條件允許的前提下，盡可能地提高基坑底設計標高，這樣可以起到降低抗浮設防水位的目的。高層建筑基礎底板應當應用梁板筏板基礎或者是平板閥板基礎。

2、倡導應用無梁樓蓋與寬扁梁。常規(guī)寬扁梁截面高在跨度的十六分之一和二十二分之一中間。寬扁梁可以有效降低地下部分高度，確保建筑功能所需空間。這樣，在降低抗浮水位上就占有一定的優(yōu)勢。

3、強化抗?jié)B抗浮設計的另一個有效辦

法是增大地下室自重。這個辦法大體有三種情況：其一是基板加載，其二是邊墻加載，其三是地下室的頂板加載。這種辦法的特點是設計與施工都相對簡單。但是不足之處在于當建筑物需要抵擋較大的浮力時，因為混凝土和相關的增重材料需求量太大，而使施工費用增加。

4、設抗拔樁

此辦法是抗?jié)B抗浮設計加很常用的方法之一。抗拔均一般情況都要嵌入到埋藏淺嵌入堅硬的基巖之內。因為受施工條件和造價因素的制約，抗拔樁入巖一般不深，這就需要施工過程中對樁端進行灌漿處理。若上覆土層厚度太大，抗拔樁進不到基巖處，那就需要在樁下部設擴大頭，提高抗拔樁的抗拔能力。

四、地下室外墻結構設計

地下室外墻的設計是整個建筑工程地下室結構設計的關鍵環(huán)節(jié)，對整個建筑工程地下室結構的合理性有著十分重要的影響。在設計時候，要綜合考慮到水，土壓力因素，并通過這些因素來驗算外墻的抗裂性能?？傮w而言，要在綜合考慮多種因素的基礎上，從以下幾個方面做出科學合理的設計。

1、荷載

地下室外墻在整體的荷載中占據著重要地位，其承受的荷載總體而言分別有水平荷載和來自建筑主體和地下室樓蓋的傳重和自重的豎向荷載。地下室外墻水平的荷載一般都包括側向的土壓力，地下水側向壓力等。在地下室外墻結構設計中，豎向荷載和地震等作用所產生的內力一般而言不會起到控制的作用，在此過程中，要充分重視水平荷載，當水平荷載垂直于墻面時候，會產生彎矩，這對墻體的配筋有著十分重要的意義。

2、地下室外墻截面設計

土壓力+水壓力引起的效應為永久荷載效應。地下室外墻承受的土壓力宜取靜止土壓力，靜止土壓力宜由試驗確定。當不具備試驗條件時，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位穩(wěn)定的水壓力按永久荷載考慮，分項系數可取1.2；水位急劇變化的水壓力按可變荷載考慮，分項系數宜取1.3。有人防要求的地下室外墻的永久荷載分項系數，當其效應對結構不利時取1.2，有利時取1.0；抗爆等效靜荷載分項系數取1.0。

3、地下室外墻的配筋計算

實際設計時，配筋的計算，對于帶扶壁柱的外墻，不是根據扶壁柱的尺寸大小進行計算，而是均按雙向板計算配筋；扶壁柱則按地下室結構的整體電算分析結果進行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。根據外墻與扶壁柱變形協調的原理，這種設計將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。外墻的配筋計算因根據地下室水位情況，必要時應以裂縫控制，保證地下結構的自防水性能。

3、地下室底板、頂板的配筋計算

地下室底板一般較厚，設計為整體等厚的混凝土筏板，設計荷載為側墻的和柱傳遞的垂直和水平荷載以及內墻和柱傳導的垂直和水平荷載，一般將地下室底板和樁承臺頂板合而為一，進行整體計算，考慮底板的抗彎、抗剪、抗沖切，各項指標均滿足規(guī)范規(guī)定的數據后，還要復核是否滿足規(guī)范規(guī)定的最小配筋率指標，只有這樣才能做到設計萬無一失。

地下室頂板的配筋計算相對簡單一點，在布置好的梁板結構前提下，可以通過現有的計算軟件，如建研院開發(fā)的PM/PK軟件，輸入相應的荷載，截面幾何參數后，很快得出需要的梁、板配筋以及其他結構計算需要關注的參數，如撓度、裂縫等。

五、地下室的抗震設計

地下室抗震設計應以《建筑抗震設計規(guī)范》和《高層建筑設計規(guī)范》以及《地基基礎規(guī)范》為依據，確定好地下室的結構尺寸及其埋深。如果地下室的設計存在缺陷，就會對對整個高層建筑的抗震性能產生很大的影響。多層建筑中地下室的埋深必須大于地下室上地面總的高度，這樣才能不計算層數，總的高度才能夠從室外地面開始算。上部分結構的墻柱應該和地下室的墻柱結構相一致。地下室的頂板板面標高有變化的，如果形成錯層，超過了梁高的范圍，則必須采取適當的措施處理，否則將影響地下室的設計。地下室的設計規(guī)范指出，上部結構的地下室的樓層的頂層，蓋應當用梁板的結構。結構計算應向下，直到地下室的樓層或者樓板。

結束語

隨著建筑層數的日益增高，地下結構已向多層發(fā)展，其結構設計、施工及防水等日益成為建筑工程界關注的熱點。只要把握設計要點，抓住設計重點，以合理的設計為前提，進行全面考慮，才能使建筑地下室結構設計工作發(fā)揮其最大的經濟作用和社會效益、戰(zhàn)略效益。

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