普通地下室的設計簡析

摘要：為了滿足人們日益增長的停車需要，各地建造了大量的地下停車場，在設計中與地下室相關的不少問題也逐漸變得突出起來。本文就普通地下室就設計時出現的常見問題進行簡單分析，以供工程設計參考。

關鍵詞：普通地下室 結構設計

1、抗震等級的選取

眾所周知，對于任何一個建筑工程，抗震設計是必不可少的一項內容。抗震等級的選取對整個建筑物的抗震性能和經濟上的投資都有至關重要的影響。地下室的設計也不例外。

《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第6.1.3.3條與《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.9.5條指出了地下室設計抗震等級的選取。

當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時：地下一層相關抗震等級按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可逐層降低一級，但不應低于四級；純地下室部分，其抗震等級可視具體情況采用三級或四級。當地下室頂板不作為上部結構的嵌固部位時，地下室的抗震等級根據主體上部結構確定，筆者建議地下二層的以下的抗震等級可適當提高一級。

2、基礎和底板的設計

地下室的基礎形式有多種多樣，常用的比如獨立樁承臺基礎、筏形基礎等。獨立樁承臺這種情況底板不參與承擔上部建筑荷載，上部荷載通過柱直接傳遞給樁基礎。底板僅需作正截面受彎承載力和抗浮驗算。筏形基礎是底板即為基礎的一種形式。它從結構上可分為梁板式和平板式兩種類型；從基礎形式上又可分為筏形天然基礎和筏形樁基礎。筏形基礎的選形應根據工程地質、上部結構體系、柱距、荷載大小及施工等因素確定。筏形基礎的平面尺寸應根據地基土的承載力、上部結構的布置及其荷載的分布的因素確定。

地下室的基礎和底板設計筆者認為關鍵在于對地下水抗浮穩定的計算。抗浮有施工時的臨時抗浮與永久抗浮，實際上在建有多棟高層或多層建筑的大面積同一整體的地下室， 抗浮一般是滿足要求的，往往是那些沒有上部主體建筑的純地下室分抗浮計算不夠。地下水位及其變幅是地下室抗浮設計重要依據，實際地下室抗浮設計中往往只考慮正常使用極限狀態，對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成施工過程中由于抗浮不夠出現局部破壞。常見設計問題如：地下水位未按勘察報告確定，或勘察報告未提供計算浮力的地下水位及其變幅，斜坡道未進行抗浮驗算，斜坡道與主體分縫處未作處理；抗浮驗算不滿足要求。

地下室底板的強度計算時（水位較高，總豎向荷載往上）（樁基時不同），板、覆土的自重的荷載分項系數取1.2，這是不對的，根據《建筑結構荷載規范》GB50009—2012第3.2.5條荷載分項系數應取為1.0。抗漂浮計算時，板、覆土的自重的荷載分項系數應取為0.9。

3、外墻的設計

地下室外墻設計中，首先要考慮的是荷載。土壓力引起的效應為永久荷載效應。當可變荷載效應控制時，土壓力的荷載分項系數取1.2；當永久荷載效應控制時，其荷載分項系數取1.35。對于地面活荷載，同樣應乘側壓系數。地下室外墻的土壓力應為靜止土壓力，根據土性不同分別采用不同的計算方法：粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分離。

地下室外墻配筋計算：有的工程外墻配筋計算中，凡外墻帶扶壁柱的，不區別扶壁柱尺寸大小，一律按雙向板計算配筋，而扶壁柱按地下室結構整體電算分析結果配筋，又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協調的原理，其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。建議：除了垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大（如高層建筑外框架柱之間） 外墻板塊按雙向板計算配筋外，其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。豎向荷載（軸力）較小的外墻扶壁柱，其內外側主筋也應予以適當加強。

地下室外墻計算時底部為固定支座（即底板作為外墻的嵌固端），側壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣，底板的抗彎能力不應小于側壁，其厚度和配筋量應匹配，這方面問題在地下車道中最為典型，車道側壁為懸臂構件，底板的抗彎能力不應小于側壁底部。地下室底板標高變化處也經常發現類似問題：標高變化處僅設一梁，梁寬甚至小于底板厚度，梁內僅靠兩側箍筋傳遞板的支座彎矩難以滿足要求。地面層開洞位置（如樓梯間）外墻頂部無樓板支撐，計算模型和配筋構造均應與實際相符。

4、頂板的設計

地下室頂板的設計，需要考慮各種工況的組合。首先在正常使用狀態下，應進行恒載、活載共同作用下的強度、裂縫和撓度的驗算。除此之外，設計人員還應考慮施工過程中引起的施工荷載以及正常使用狀態下可能會出現的消防車、載重車荷載。對于以上兩種情況，不作同時考慮處理，而且只需對強度進行驗算，不需要做正常使用狀態下的裂縫、撓度驗算。

其它需要注意的是在計算配筋時地下室頂板板厚的選取要求（作為上部結構嵌固部位的要求，人防上的要求），混凝土強度等級的要求，配筋方式的要求（采用雙層雙向配筋），最小配筋率的要求，等等。

5、汽車坡道的設計

汽車坡道設計，是地下室設計中必不可少的一項內容。坡道的設計相當靈活，而且形式多樣，例如：坡道可與主體完全分離，設置沉降縫進行處理；坡道可利用三角形斜撐，與主體連成一個整體；坡道也可看作是變標高的地下室底板，車道側壁可視為地下室外墻，而將車道與主體視為一個整體；等等。需要注意的是，車道側壁為懸臂構件，底板的抗彎能力不應小于側壁底部，計算模型和配筋構造均應與實際相符。

6、地下室的裂縫及控制

根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）地下室等與土體直接接觸的混凝土構件最大裂縫寬度允許值為0.2mm。我們設計人員在施工圖設計時各構件的配筋量往往由裂縫寬度驗算控制，即便如此，在實際工程中仍有許多地下室會碰到產生裂縫的問題。地下室的裂縫大多屬于因溫差、收縮徐變、不均勻沉降等因素引起的。

在實際工程設計中可采取以下幾點措施來防止裂縫的產生：（1）在混凝土中滲入UEA、HEA等微膨脹劑，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。（2）膨脹帶，由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會與混凝土的早期收縮變形完全補償，為了實現混凝土連續澆注無縫施工而設置補償收縮混凝土帶，一般超過60m設置膨脹加強帶。膨脹帶一般設置在板和側墻長度方向的中間位置，保留時間一般為15天。（3）后澆帶，是混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，一般設置在梁墻內力較小位置，間距為30～40m，保留時間為60天左右。（4）提高鋼筋混凝土的抗拉能力，混凝土應考慮增加抗變形鋼筋，對于側壁，增加水平溫度筋，在混凝土面層起強化作用。

7、結束語

地下室的結構設計是一個綜合性很強的問題，以上筆者所談到的一些內容只是地下室設計中的比較常規的部分。現代高層建筑由于地下工程龐大，建設工程在地下的投資已經接近甚至超過了地上，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，真正做到技術與經濟同步、安全與適用協調。

參考文獻

1.《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）

2.《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）

3.《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）

4.《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2012）

5.《地下工程防水技術規范》（GB 50108-2008）