建筑工程中地下室結構設計探討

【摘 要】 隨著社會的發展與進步，重視建筑工程中地下室結構設計對于現實生活中具有重要的意義。本文主要介紹地下停車庫結構設計的有關內容。

【關鍵詞】 建筑；工程；地下室；結構；設計；

引言

隨著人口增長和經濟的發展，地下結構在能源、交通、通訊、城市建設和國防工程等方面得到廣泛的應用。幾十年來，我國除了修建城市中的地鐵以外，還在全國近200座城市中修建了面積達1000多萬m2的人防和其它地下工程，并加以開發和利用。為人們提供了在地面上難以容納的各種服務，如停車場、過街人行地道、各種地下貯庫、地下商場等。這些地下工程對提高城市綜合抗災能力和緩解城市諸多矛盾方面起到積極作用。

一、工程概況

某工程為地下停車庫，該工程采用平板式筏板基礎形式，樁型為預應力高強混凝土樁，樁端持力層為全風化巖。建筑抗震設計類別為丙類，工程所處地區的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g。框架和剪力墻的抗震等級均為二級，其中框支柱、框支梁為一級。裙樓結構部分的抗震等級與主體結構相同，仍為二級。地下室在平時主要作為停車庫，戰時則作為人防工程，人防等級設計為六級。

二、結構方案

地下車庫從使用功能上可以分為與人防結合和不與人防結合的類型。

2.1 地下車庫頂板結構的三種設計方案：

2.1.1 井字梁結構：此類結構要求柱網的兩個方向的比值不大于2，由于井字梁可以協同工作，所以此方案較為經濟。

2.1.2 主次梁結構：此類結構對柱距有限制，當柱距過大時，主次梁結構梁高則會過大，占用較多地下車庫的凈高，并不合理。

2.1.3 現澆空心樓蓋結構：此類結構技術在我所接觸的設計中實例很少，對此技術不是特別了解和熟悉。

現有地下車庫柱距一般都在6米至10米范圍內，大多數地下車庫頂板均采用井字梁結構。

2.2 地下車庫結構的外圍墻體一般情況下采用鋼筋混凝土擋土墻，下部為條形基礎結構。

2.3 當地下車庫范圍內的基礎持力層地質情況較為良好且無地下水時地下車庫柱基礎采用獨立基礎+防水底板的結構形式，當有地下水或者基礎持力層地質情況不穩定時則需采用筏板基礎、箱型基礎或樁基礎。

三、地下室結構設計

3.1 地下室頂板設計

3.1.1 主樓室內部分地下室頂板設計。工程由于主樓室內部分的地下室頂板作為上部結構的嵌固端，根據施工單位要求適宜考慮施工階段的承載力驗算，因此考慮施工荷載后樓板荷載取為10kN/m2；對于地下室頂板的活荷載，筆者認為根據極限狀態下的基本組合，活荷載取值為5kN/m2已滿足要求。

3.1.2 露天頂板設計。對于出現純地下室車庫或者高層建筑地下室上部局部無建筑物時，則地下室頂板應按露天頂板進行設計，而本工程由于出現部分純地下室車庫，因此地下室頂板按照露天頂板設計，取露天荷載為10kN/m2。

3.1.3 人防地下室的荷載取值。工程的地下室一層為人防地下室，所以對于本工程中的露天頂板要考慮到爆動荷載影響，但鑒于人防地下室頂板的爆動等效荷載要比消防車作用的板面等效荷載較大，因此人防地下室頂板的荷載按照六級人防頂板的等效荷載考慮，取為60kN/m2，但在設計中不同時考慮這兩種荷載的組合，僅需按人防爆動等效荷載進行地下室頂板計算。

3.2 地下室側壁設計

3.2.1 進行地下室側壁設計時，側壁主要考慮的荷載有：結構自重、地面堆載及活載、防核爆等效靜荷載、側向土壓力、地下水壓力等，由于側壁受有多種荷載共同作用，受力較為復雜。

本工程地面活荷載取為q=10kN/m2，則折算土的厚度應為h=10/18=0.56m，等代土壓力采用公式σ0=γ1h1ka計算。側向土壓力對于地下水位以上的土壓力采用公式σs1=γh2ka，對于地下水位以下的土壓力則采用公式σs2=γh3ka計算。

本地下室工程的側壁采用以上所介紹的公式以及簡化計算，經計算地下室一層的側壁板厚取為300mm，地下室二層的側壁板厚取為400mm。

3.2.2 本地下室側壁的構造要求是，在與土壤的接觸的側壁混凝土保護層取為20mm，地下室內部的混凝土則取為15mm。把地下室側壁的水平鋼筋配置在外側，而豎向鋼筋配置在側壁內側。為了有效控制本地下室的側壁混凝土開裂，混凝土強度等級并不宜取得高，以減小混凝土的收縮應力，本工程混凝土強度等級取為C30，同時在混凝土中摻入抗裂膨脹劑。對于超長地下室來說，應設置后澆帶來防止混凝土開裂。

3.3 地下室底板設計

3.3.1 地下室底板的結構布置應做到傳力明確而且經濟合理，一般適宜采用梁板式結構，這樣有助于把地下室底板設計為雙向板，有利于荷載均勻傳遞到周圍的基礎梁上。為了滿足底板的抗滲要求，底板厚度取值不少于300mm。

3.3.2 地下室抗浮驗算與設計。地下室應驗算地下水壓是否超出地下室部分的恒載，驗算時應取恒載分項系數為0.9，水的分項系數為1.0。若驗算發現恒載不能滿足地下室的抗浮要求，則應通過設置抗撥樁來抵抗地下水的浮力。這時可在基礎梁跨中設置抗拔樁，按水浮力配置鋼筋時，抗拔樁可作為來支座考慮。

四、內力計算及內力計算中需要注意的問題

4.1 PKPM結構設計軟件參數的選取。

用PKPM結構設計軟件進行地下車庫結構設計時，在PKPM參數設計中需要注意的幾個問題有：

（1）非人防地下車庫的抗震等級一般為二級；（2）地下車庫計算不考慮風荷載作用力；（3）中梁的剛度放大系數一般在1.5至2.0之間；（4）一般計算時只考慮雙向地震作用而不考慮偶然偏心；（5）在計算結構位移時需將所有樓板假定為剛性樓板，其余計算均不考慮為剛性樓板。

4.2 擋土墻的計算

地下車庫的外墻應按擋土墻進行設計。擋土墻的內力與側向土壓力、水壓力、垂直荷載以及邊界條件有關。當垂直荷載較大時，垂直荷載作用引起的擋土墻內力將占很大比重，垂直荷載不可忽略，不能只考慮水平荷載，這時如要取得較精確的內力，應取封閉剛架結構模型來分析。當垂直荷載較小時，可以根據邊界條件作簡化計算，支承條件應按相對剛度比而定。擋土墻與頂板連接處，可根據頂板與擋土墻的相對剛度確定支承形式，一般情況下頂板剛度較小，可視為鉸接，底板基礎剛度較大，可視為固定端。豎向荷載（軸力）很小的外墻扶壁柱，其內外側主筋也應予以適當加強。外墻的水平分布筋要根據扶壁柱截面尺寸大小，可適當另配外側附加短水平負筋予以加強，外墻轉角處也同此予以適當加強。

4.3 裂縫及控制設計

設計者必須認真對待由于超長給結構帶來的不利影響，當增大結構伸縮縫間距或者是不設置伸縮縫時，必須采取切實可行的措施，防止結構開裂。對于純地下車庫，上有回填土，結構受大氣溫差變化的影響較小，當前的設計趨勢是盡量不設縫，以利于解決地下室在變形縫位置的滲漏問題。

此時，需設置后澆帶。后澆帶應設置在結構受力較小處，一般在梁、板跨度內的三分之一處，結構彎矩和剪力均較小，后澆帶間距一般為30米到40米。但是必須指出的是，后澆帶只能解決施工期間的混凝土自收縮，它不能解決由于溫度變化引起的結構應力集中，更不能替代伸縮縫。有一些結構設計者將后澆帶和伸縮縫等同起來的看法是錯誤的，因為兩者的作用并不相同。

結束語

由于地下室的特殊位置，其結構設計是較復雜的設計問題，還有許多細節有待研究和完善，這是結構設計人員不能忽視的重要環節。設計時既要滿足功能要求、安全可靠、經濟合理，又要滿足地下室結構抗滲這一特殊要求，以保證其正常使用。因此無論是從技術還是從經濟的角度講都需要我們更深入地研究地下室結構設計的技術問題，提高設計水平，才能獲得經濟、合理、安全的設計成果。

參考文獻

[1] 《建筑結構荷載規范》 （GB50009-2012）

[2] 《混凝土結構設計規范》 （GB50010-2011）

[3]《地下工程防水技術規范》（GB50108-2001）

[4]《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）

[5]王鐵夢.《工程結構裂縫控制》中國建筑工業出版社，2010