建筑地下室結構設計分析

文/ 高放 大連市建筑設計研究院有限公司 遼寧大連 116023

隨著經濟發展的日新月異，城市化進程也隨之加快。高層建筑節約了城市居住用地，對于環境保護和節能減排都有深遠的意義。當前，高層建筑的地下空間開發力度很大，設計人員對于高層建筑地下室結構的設計水準直接影響著地下空間的利用效率，也影響著居民的生活質量。

1、地下室結構設計難點概述

在建筑工程中，地下室結構承擔著建筑物基礎的功能，因此涉及的范圍十分廣，這就要求相關設計人員要重點掌握好地下室的結構設計，并且還要對消防、通風、采光、排水等方面進行全面考慮，以保證地下室結構設計的質量。而現階段我國城市化進程的加快，高層建筑如雨后春筍般不斷涌現，因此地下室的底盤較大，所以塔樓部分的抗浮問題出現得較少，相對而言，抗浮問題較為普遍地出現于裙房和地下室部分，其表現為抗浮不滿足要求。另外，一些設計師在進行地下室結構設計時，對抗浮設計的相關問題考慮得較為片面，缺乏對洪水期和施工過程的重視，從而出現由于抗浮不夠引起施工中的局部破壞性問題，由上可知地下室結構設計的難點以及需要考慮的問題眾多，因此，需要引起相關設計人員的重視

2、建筑地下室結構的設計內容要點

2.1 基礎設計

在進行地下室基礎結構設計之前，要仔細地對地下結構工程就行勘察，避免地下水位或者地質對地下室基礎結構產生不利的影響，為地下室結構的后續施工提供一定的基礎保障。同時，還可以運用管樁基礎的設計方式對地下室結構進行設計來降低沉降，此外，為了保證地下室基礎結構的質量，在設計過程中還應對各個環節的材料進行嚴格把控。

2.2 外墻設計

地下室外墻的主要作用是:擋土、防水抗滲以及將地下室圍護成封閉的空間，其設計至關重要。外墻是地下室的主要組成部分，承擔著上部結構的豎向力、水平向的土壓力、地下水壓力、人防荷載以及地面的堆載等，起主導作用的是水平方向的力。計算地下室外墻的內力時，應綜合考慮各個方向的荷載值，一般需要根據支承的邊界條件和高寬比合理地選擇計算模型，常按四邊支承單、雙向板或是豎向懸壁板計算。設計時需要根據受力情況和裂縫寬度要求合理選擇混凝土的強度等級和鋼筋配筋率。

2.3 頂板結構

建筑物的地下室結構當中的頂板設計要求是整個建筑物地下室施工的重要要點之一，這個要點需要我們加以十分的重視。因為地下室的頂板直接決定著地下室的頂部穩固程度。地下室本身就是需要一個各種作用力共同支持起來形成的一個密閉空間，所以頂部設計十分重要，我們要保證頂部面板的厚度以及作用力，還有能支撐住力的最大程度。在地下室的設計方案中，我們要進行多種材料的計算，比如說，混凝土的使用量，鋼筋的使用量，以及頂部面板的厚度和作用力情況，準確的測量并加以計算。

2.4 側壁設計

結構本身的重量、側向土的壓力以及地下水的壓力等因素都會對地下室的側壁設計產生影響。在進行地下室側壁設計的過程中，相較于其他結構設計而言較為特殊，其會受到來自多方向荷載力的共同作用力，受力情況較為復雜，因此應采取有科學設計方法對其進行簡化。其具體設計要點如下：側壁的混凝土保護層因會與土壤直接接觸，所以其厚度應達到40mm；另外，由于受到側壁設計成本控制因素的影響，混凝土強度設置即使滿足了側壁荷載的要求也應設置在合理的范圍內，不宜過高，以此降低混凝土的收縮應力

2.5 底板設計

2.5.1 對于地下室的底板而言，其結構設計應該最大發揮其傳力的特點，且要充分考慮經濟因素，通常情況下，為了能夠使地下室底板設計成雙向板，一般會選擇梁板式結構，這樣一來充分發揮了底板傳力的功能，，將荷載均勻地傳到旁邊的基礎梁上。另外，在地下室底板中，抗滲也是必須要考慮的，因此為了保證抗滲的條件，底板的厚度應不低于300毫米。

2.5.2 在地下室底板設計后，還要注重對其進行抗浮驗算和設計，具體而言，應當對地下水壓有無超出地下室部分的恒載進行驗算，驗算時恒載的分項系數應取0.9，水的分項系數應當取1.0，如果在驗算的過程中出現恒載達不到抗浮要求，那么為了抵抗地下水的浮力，則應該設置抗撥樁。

2.6 抗震設計

我們除了要考慮測量等基礎方面的影響，也要考慮到地下室結構的抗震能力，因為地下室在建造過程中就已經屬于了一種建筑物的不穩定因素存在，所以我們一定要考慮到地下室結構的抗震能力，在根據這個抗震能力進行推算，選取一些承載抗震力較強的材料來構建地下室，嚴格設計，嚴格把關，不能形成一點誤差，把過渡層對地下室抗震能力的影響調控到最低，調整好過渡層的高度以及數量。此外，框架支撐層的設計要點也十分重要，一個地下室結構的框架支撐能力直接影響著整個地下室的穩固程度以及安全程度，我們要保證這個框架的采用，可以有效的支撐住巨大的壓制力量，選擇好框架的材料，設計好框架的支撐點以及框架的八方位置問題，根據受力情況的不同，在不同位置擺放不同的框架。

2.7 抗浮、抗滲

地下室的特殊位置決定了其與土和水的接觸非常密切，當地下水位較淺、地下室層高過大或是埋深過深時，地下室底板上的水浮力常會大于地下室總配重;當超載的水浮力不能被平衡時，地下室基礎底板易上浮變形，進而造成開裂或是不均勻沉降，因此需要進行抗浮設計考慮地下水浮力的不利作用。地下室的抗浮設計有以下途徑:一種是增加底板以上結構的配重，包括增加覆土厚度、加大頂板和底板的厚度等以增大上部結構的重量，但這種方法是以犧牲地基的承載力為代價的，勢必造成浪費;第一種方式是采取必要的措施減小水浮力(或者稱為降低水頭)，主要通過設置明溝、暗溝和排水井和抽水泵等措施，將基礎底板下的地下水排走從而降低水位以減小水浮力;第三種方法是采取措施分擔或抵消多余的水浮力，主要是設置抗拔樁或是抗拔錨桿，這也是工程中使用最多的方式。

結語：

綜上所述，由于地下室對整個建筑物起著承擔基礎的功能，因此，地下室的結構設計涉及面廣，并且較為復雜。基于地下室的特點，這就要求相關結構設計人員要重視對于地下室結構設計，注重對地下室的基礎、頂板、側壁、頂板等方面的設計，使地下室結構的質量安全得到基礎的保證，進而提供建筑工程的質量。

[1]鄺杰鋒.某高層建筑地下室結構設計與分析［J］.建材與裝飾，2017(3):90－91

[2]李宏飛.論述建筑工程中地下室結構設計及施工[J].科技與企業.2012（06）