淺談地下室結構設計中存在問題及解決措施

摘要：本文簡述了地下室設計中經常遇到的問題，提出了針對地下室抗浮設計、防水設計、地下室外墻模型、裂縫控制及不均勻沉降等常見問題的處理方法，拋磚引玉，供同行以參考。

關鍵詞：高層建筑 地下室 結構設計

隨著社會的發展，高層建筑形式被越來越多地應用到現代城市建中來，繼而出現了大量的地下室及地下車庫。將供應設備用房、地下消防水池和汽車停車場等功能場所設在高層建筑的地下室，在充分發揮了地下室使用功能的同時，又能滿足高層建筑基礎埋深較高的要求。因此，在高層建筑的整體設計中，地下室結構設計雖然不是最突出的，但其重要程度不容忽視。對此，本文從地下室在高層建筑中的地位著手，論述地下室結構設計中會經常遇到的一些問題，與同行共同探討。

1、地下室建設的必要性

1.1隨著我國經濟和社會事業的迅猛發展，建設用地日趨緊張，不僅大城市中心寸土寸金，中小城市的地價不斷高漲，地下空間的開發利用就成了必然的選擇。

1.2各地的建設規劃部門很多都規定了民用項目建設地下停車庫的要求，尤其是住宅小區大多規定了地下停車庫的最小建設規模，否則，規劃方案不予審批。建設規劃部門也對地下室的建設有著一定的優惠政策，如：地下室的建筑面積也不計入容積率等。

1.3我國人防部門根據戰備需要，強制要求民用建筑的投資業主建設一定比例的人防地下室，以供戰時人員隱蔽及戰備物資儲藏，人防地下室面積一般按高層的占地面積或多層總面積的百分比計算。

1.4高層建筑結構設計的埋深要求。為保證結構的穩定性，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2011）第12.1.8條規定，當采用天然基礎或復合地基時，埋深不小于建筑總高度的1/15，當采用樁基礎時，埋深不小于建筑總高度的1/18。我們以60m高（普通的20層左右的住宅）的高層建筑計算，采用天然基礎，基礎必須有4.00m的埋深，高層建筑整體中的埋深部分，正好是個地下室。

2、地下室的抗浮設計

如果地下室埋藏較深或者地下水位較高時，裙房或者純地下室部分可能會有抗浮不能滿足規范要求的情況發生，針對這樣的問題，設計人員一般需要進行抗浮設計。

2.1抗浮設防水位的選擇。巖土工程地質勘察報告應提供用于計算地下水浮力的設計水位，或向當地的水利、水文地質部調研相關資料，一般情況下，抗浮設防水位宜取建成后的室外地坪下500mm.對于情況復雜的重要工程，要進行專門研究。所謂重要工程是開挖較深的地下停車場、地下商場、帶多層地下室的高層建筑等，情況復雜是指①地下水位除了受氣候、水文地質等自然因素控制的同時，還有人為因素引起附近水文地質條件的改變，如：地下水開采、上下游水量調配、跨流域調水等，②在勘察期間預測建筑物使用期間的地下水位的變化和最高水位確定較為困難。

2.2底板設計方案。在設計允許的時候，盡可能提高基坑坑底的設計標高，這樣就間接地降低了抗浮設防水位。地下室底板目前較多采用平板式或者梁板式筏板基礎的設計，必要時，也可采用柱帽式筏型基礎。一般情況下，平板式筏板施工方便，鋼筋及混凝土用量略多一些，等厚平板適合荷載不太大，柱網均勻的結構，梁板式筏板分正梁和反梁，反梁基礎會給施工增加難度，但會減少浮力的計算高度，使抗浮容易滿足，梁板基礎適合柱網不均勻且荷載和尺寸都較大的結構。還有采用柱下或墻下采用獨立基礎或樁基礎，中間部位采用防水板的做法，這種做法一般來說，材料用量最省，但在計算模型的選取及構造措施上要準確可靠。

2.3樓蓋設計方案。對于純地下室的樓蓋提倡使用無梁樓蓋，板柱結構，可以在一定程度上降低地下結構的層高，因此降低了抗浮設防水位。

3、地下室的外墻模型

3.1地下室外墻配筋時，在外墻配筋計算中，凡外墻帶扶壁柱的，有些設計師不管扶壁柱尺寸大小如何，都是按雙向板來計算配筋。而扶壁柱應該是按地下室結構整體電算分析的結果配筋，不能直接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，除了垂直外墻方向設置和鋼筋混凝土內隔墻相連的外墻板塊以及扶壁柱截面尺寸較大、外墻板塊以雙向板計算配筋之外，其余的外墻即可按豎向單向板計算配筋

3.2地下室外墻底部為固定支座，即底板用來作為外墻的嵌固端，那么側壁底部彎矩和相鄰的底板彎矩是相等，底板的抗彎能力就不應小于側壁，其厚度和配筋量應與側壁相匹配，這個問題在地下車道中最典型。車道的側壁為懸臂構件，底板抗彎能力應大于側壁下部抗彎能力。在地下室底板標高發生變化的地方，有時設計師只設置一道梁，甚至梁寬小于底板厚度，這就會導致梁僅靠兩側箍筋傳遞板的支座彎矩時，不能滿足要求。

4、墻體裂縫及控制

地下室混凝土由于收縮產生收縮應力時，如果再受到結構本身和基坑邊壁的約束，就會產生較大的拉應力，導致裂縫出現。按規范要求，地下室裂縫寬度要控制在0.2mm之內，其配筋量往往由裂縫寬度進行驗算控制。造成裂縫過大的失誤多集中為：計算時沒有考慮荷載的分項系數，沒有將地下室防水結構構件的計算彎距進行調幅，計算中漏掉抗裂性驗算，外墻與底板連接構造不合理，建筑物超長未設縫或留置后澆帶，外墻施工縫或后澆帶詳圖未交代，后澆帶的位置設置不當，主體結構與地下室出入口連接處沒設沉降縫等。

地下室整體超長時，為防止裂縫開展，一般采取的主要措施為：采用補償收縮混凝土，在混凝土中滲入微膨脹劑，以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫；設計膨脹加強帶，將混凝土的早期收縮變形進行補償，為實現基礎混凝土連續澆注無縫施工而設置的補償收縮混凝土帶；設計后澆帶，作為早期混凝土在短時間內釋放內力的一種技術措施，目前被廣泛使用；提高鋼筋混凝土的抗拉能力，增加抗變形鋼筋，在側壁可以增加水平暗梁或溫度筋，強化混凝土面層，降低及避免大裂縫出現。

5、不均勻沉降

解決不均勻沉降的問題，設計上大致有以下幾種方法：

5.1在高層建筑與附體裙房之間設計沉降縫，讓各部分自主沉降，互不牽連，避免不均勻沉降產生的結構內力。此法的缺陷是會給建筑的立面處理、地下室的防滲漏、基礎的埋置深度和整體穩定性等帶來困難。

5.2主體與裙樓之間設置沉降后澆帶，然后進行主體的施工，待主樓封頂完成大部分沉降后，再施工裙房，等兩部分樓體沉降相對穩定后再對后澆帶進行澆鑄。這樣，利用時間差的辦法解決了沉降差，同時又避免了設置沉降縫帶來的麻煩。此方法缺陷是增加了施工難度。

6、結束語

目前大量的地下室及地下車庫在城市建設中得以應用，由于涉及到工期和投入的建設費用，與地下室相關的結構設計問題也逐漸變得突出。作為高層建筑地下結構設計，是一個復雜的過程，尤其是高層建筑的上部荷載大，基礎埋深較深，地下室結構的設計是否合理將直接影響高層建筑的正常使用。因此，設計時在滿足功能要求、安全可靠的時候，就要研究和解決上述地下室設計中的問題，以保證高層建筑地下室的正常使用。