關于建筑工程地下室結構設計的分析與探討

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司 四川 成都 610000）

關于建筑工程地下室結構設計的分析與探討

金 建

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司 四川 成都 610000）

地下室作為建筑物的一部分，其結構設計質量效果的好壞，直接影響著建筑物的整體性能。因此在對建筑物進行設計時，需要重視地下室結構的整體和細部設計，以達到安全、適用、耐久性的結構設計目的。本文分析了地下室結構設計中涉及到的幾個重要問題，并給出了一些個人建議，與讀者共同探討。

建筑工程；地下室；結構設計

1 引言

隨著城市地下空間需求量的不斷增長，人們對建筑物地下室的空間構成、功能分區、人流組織與疏散以及空間的量度、形狀和物理環境等方面提出了更高要求。在地下室內設置各類設備用房、消防水池、停車位和服務管理用房等設施已成為很多建筑設計師的不二選擇，從而增加了地下室結構設計的難度和成本比重。地下室結構設計作為建筑設計中一個重要的組成部分，需要結構設計師在進行結構設計時，盡量滿足建筑、人防、給排水、電氣、暖通、采光、交安等專業的設計要求，把握好設計的關鍵點，對關鍵問題進行多角度對比分析，處理好重要部位和細部節點的結構設計，確保地下室結構設計質量。為此，本文主要對地下室結構設計中經常遇到的幾個重難點設計內容進行分析，希冀對同行們起到一定的借鑒意義，共同提高設計水平和提升建筑物的質量。

2 地下室結構設計

2.1地下室平面結構設計

地下室的平面結構設計是在建設用地規劃設計、建筑使用功能設計、建筑設備環境設計以及地面景觀設計等基礎之上進行的。地下室的功能定位、規模大小、層數設置及空間平面布置等內容是平面結構設計的一個關鍵點。根據地形地質條件、防火分區和給排水等專業的要求，是否將結構底板和頂板做成斜板、平板抑或是局部變階處理等都需要在平面結構設計時綜合分析比較，使地下室的設計更加的合理、科學。譬如山地城市片區的地下室，因受建筑空間體系和特殊地形的影響，本著滿足依山就勢開拓生存空間需要的建筑設計原則和避免采用“夷高地為平臺”的建設模式，地下室結構板通常會做成整體大斜板或變階平板，這樣既可在建筑施工中節省土方用量縮短建設工期, 還可有效控制工程造價成本，有效降低地下室空間布局對山地原有地貌的破壞，體現出節能、減排、保護資源的設計理念。

2.2地下室抗震性能設計

隨著人們對建筑抗震性能關注度的提升，地下室抗震設計也變得尤為重要。準確定位地下室的抗震等級，是進行其抗震設計的首要工作。對獨立的純地下室而言，依據抗震規范可方便快捷地確定其抗震等級，而對復雜高層建筑的地下室，其抗震等級主要還要根據嵌固端的位置來評判。比如建筑的嵌固端處在地下室頂板位置，則地下室一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下抗震構造措施的抗震等級可逐層降低一級，但不應低于四級。在進行抗震設計時，除需驗算其整體抗震承載力是否滿足規范要求外，還應多角度采取抗震構造措施。如增加頂板的厚度、配筋率、避免頂板開設大洞口或在頂板室內外板面標高變化處采取加腋等措施來確保地下室頂板具有良好的整體性和剛度，能將地震力分布到整個地下室結構。此外，地下室的墻柱宜與上部結構的墻柱相對統一。再有，構件的連接設計應能夠保證構件相互之間具備良好的連續性、延性和整體性。當然，在地下室抗震結構體系設計時，還需對項目的技術性、經濟性因素、施工條件和環境影響等諸多方面進行綜合分析，以獲得最佳抗震結構體系。

2.3地下室的抗滲、抗浮性能設計

地下室抗滲、抗浮涉及到使用功能、造價、施工、結構體系設計、材料選擇等諸多方面內容。各環節稍有不慎就可能出現地下室滲水、結構整體上浮等質量問題和安全事故。設計環節是地下室工程防水的關鍵環節，必須嚴格控制裂縫的產生、限制裂縫的最大寬度和驗算結構整體抗浮穩定性，主要從以下幾個方面來考慮：

（1）根據巖土工程勘察報告提供的抗浮設計水位來進行結構整體抗浮穩定性驗算和結構構件設計。地下室抗浮穩定措施，通常采用“壓”和“拉”兩種方式。“壓”即采取增加結構自重來抵抗浮力，“拉”即是采用抗拔樁、抗浮錨桿等與土體的摩擦力或樁自身重量來滿足抗浮要求。

（2）控制裂縫的產生，加強結構自防水設計。結構自防水是結構抗滲的根本防線。在設計時需明確結構混凝土抗滲等級，科學合理地選用防水抗裂膨脹劑和抗裂纖維等外加劑及防水抗裂材料。同時明確消防水池、地下室外墻等處施工縫、后澆帶的具體防水做法。

（3）注重附加防水層的設計。僅采用結構自防水是不足以完全消除地下室滲漏隱患的。混凝土堿-骨料的反應、氯離子的侵蝕、凍融破壞、施工不可控內外力的不利影響及混凝土凝固收縮等因素都可能導致結構產生裂縫而出現滲漏，因此在地下室結構的迎水面上設置附加防水層是必要的。

（4）考慮施工環境和施工技術等因素，按最不利荷載分布進行抗滲、抗浮設計，出具相應的防范措施。譬如地下室未施工完畢或局部施工完畢便停止降水，就可能會因為抗浮荷載還沒有完全施加而造成地下室難以抵抗地下水的浮力。

（5）在結構自重可以抵抗地下水的浮力情況下，地下室底板也需進行抗浮設計。根據板底土層特性和底板局部受力模式，有針對性地進行底板設計。如遇膨脹土或濕陷性黃土等土體時，底板可能會因為施工時基底殘留的局部積水而出現開裂、起拱和滲漏等。

2.4地下室結構超長和不均勻沉降問題處理

（1）地下結構雖然受外界氣溫變化的影響較地上結構小，但因水泥水化產生的熱量較高和周邊的約束作用較強，仍需慎重考慮結構超長可能產生裂縫的問題。目前比較常用的做法是設置伸縮后澆帶或膨脹加強帶，也可采用低收縮混凝土材料、采取跳倉澆筑、控制縫等施工方法。因后澆帶一般需待主體混凝土澆筑完成2個月才能封閉施工，留置時間較長影響后續工作的開展。所以取消伸縮后澆帶采用膨脹加強帶與底板混凝土同時澆筑的施工工藝已得到廣泛運用。采用加強帶施工，整體性好、防水效果好，施工工藝簡單、縮短工期。為達到控制裂縫的效果，推薦使用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥和粒徑控制在5-25mm范圍內粗骨料，并加強養護和保溫。

（2）由于荷載和地質條件的差異，地下結構可能存在不均勻沉降，特別對于大底盤高層建筑群而言是一個必須面對的問題。由于高層主樓和低層裙房、地下室荷載差異較大，不可避免存在不均勻沉降，在進行結構設計時，應根據工程的具體情況、環境條件、土體力學性質、施工工藝等綜合分析比較，制定避免不均勻沉降的合理方案和處理措施。除通常采用沉降后澆帶來解決不均勻沉降外，還可采取不同的基礎形式來控制兩者的沉降差。例如高層采用整體筏基，低層裙房和地下室采用獨立基礎或加防水板或交叉地基梁來減小沉降差。

2.5地下室的基礎設計

地下室的基礎設計時，結合地質勘察報告綜合考慮結構類型、施工技術和經濟條件等因素，使建筑物不致發生過量沉降或傾斜，滿足建筑物正常使用要求；還應了解鄰近地下構筑物及各項地下設施的位置和標高等，減少與相鄰建筑的相互影響。現在多數建筑的地下室，用作汽車庫、機電設備用房等大空間，采用整體性好和剛度大的筏形基礎是比較方便的；在沒有特殊要求時，沒有必要采用箱形基礎。當地質條件好、荷載小、且能滿足地基承載力和變形要求時，采用交叉梁基礎、獨立柱基加抗水板也是可以的。

3 結束語

隨著我國建筑行業的飛速發展，人們對于建筑物的使用功能和舒適度要求也越來越高。我們在繼續遵循安全、適用和耐久性設計理念的同時，對地下室結構設計進行不斷地探索創新，以期許滿足人們對高品質建筑的追求，也使建筑地下室結構設計工作發揮其最大的經濟和社會效益。

[1]孫衛東.建筑工程地下室結構設計分析與探討[J].綠色環保建材，2016-09-25

[2]屈明.建筑工程人防地下室的結構設計探討[J].黑龍江科技信息，2016-08-15

TU7

B

1007-6344（2017）04-0097-01

金建（1981-）男，漢族，大學本科，工程師，主要從事建筑結構設計工作。