基于實例分析地下室結構設計的相關要點

管浩

摘 要：近年來，我國城市建設規(guī)模與城市土地資源矛盾日益擴大，基于這種局勢下，加大地下空間開發(fā)利用顯得尤為重要，現(xiàn)代建筑往往都設有一至兩層的地下室，隨著建筑物高度的增加，地下室的層數(shù)也在隨之增加。本文主要結合工程實例，分析了地下室結構設計中的一些設計要點，供大家參考。

關鍵詞：地下室;結構設計;要點

相比傳統(tǒng)建筑，現(xiàn)代建筑在設計和施工領域都取得了良好的成績，同時，社會各界對于建筑功能的需求日益提升。基于此，建筑地下室作為影響建筑質量和功能發(fā)揮的主要設計內容，加強建筑地下室的設計工作顯得尤為關鍵。

一、建筑結構設計方面的原則

（一）合理選擇地下室結構計算簡圖。計算簡圖是建筑地下室結構設計的重要基礎，一旦計算簡圖選擇不合理，容易導致建筑地下室結構設計缺乏科學依據(jù)，進而埋下建筑質量事故或安全事故的隱患。因此，在地下室結構設計中，要合理選擇計算簡圖，保證計算簡圖的合理性。

（二）合理選擇結構方案。合理的結構形式和結構體系對于設計的可行性、合理性有著直接的影響。因此，在結構體系選擇時，要建立在綜合分析工程的設計要求、材料供應、地理特征、施工環(huán)境等基礎上，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)加強協(xié)商之后再確定最終的結構方案，必要時可比對各方案的利弊，擇優(yōu)選用。

（三）合理選擇地下室基礎方案。基礎設計是建立在綜合考慮工程地質條件，上部結構類型與載荷分布以及相鄰建筑物影響等眾多因素的基礎上，選擇經(jīng)濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。通常，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。

（四）正確分析計算結果：在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此，設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構實際情況與程序不相符合，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析核實，做出合理判斷。

二、實例探討地下室結構設計的相關要點

本項目為某舊城改造工程，項目總體由1座3層幼兒園，6座32層住宅塔樓，兩層商業(yè)裙房及3層地下室組成。地下室面積約42000平方，為停車庫及設備用房，并設置戰(zhàn)時人防防護單元。

（一）樓蓋結構體系的選型

受限于城市用地緊張，為便于居民的使用要求，故本項目設置3層地下室。同時，為了降低地下室總層高，本項目地下一層和地下二層采用有柱帽的無梁樓蓋的結構形式，地下室頂板作為上部結構的嵌固端，采用普通梁板結構體系，地下二層層高3.5米、地下三層層高3.6米。

無梁樓蓋是地下建筑常見結構形式，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，其把原來集中受力的梁變成無數(shù)分散空間受力的工字結構體系，結構質地更密，抗壓性更高，抗振動沖擊更強，結構更合理。

1、地下室采用無梁樓蓋結構形式，具有施工方便、室內美觀的特點。除柱帽外，模板及鋼筋制作工作量少，施工工藝簡單，有利于布置各種設備管線;

2、能有效減小地下室的層高，提高基坑坑底的設計標高，降低地下室的抗浮設計水位，減少混凝土用量，降低底板及外墻的鋼筋用量，達到節(jié)省工程造價的目的。

地下室的無梁樓蓋計算工作完成后，在完成施工圖設計過程中，還要注意以下要點。

（1）邊支座設置端柱帽是保證端跨安全的要點

設置柱帽能有效提高邊跨外支座板帶的抗彎剛度，相比不變截面板帶，柱帽將板帶負彎矩提高，由柱帽形成的剛域來承擔。經(jīng)驗系數(shù)法指出，利用柱帽形成節(jié)點剛域減少板帶計算跨度，柱上板帶負彎矩是柱帽剛域邊緣的削峰值，沒有邊支座柱帽就等于增加端跨板帶計算跨度。

（2）端跨是地下無梁樓蓋設計的要點

計算表明，采用無梁樓蓋形式，第一跨中彎矩和第一跨內支座彎矩都是最大值，經(jīng)驗系數(shù)法的計算公式也能驗證這一點。為減小邊跨跨中彎矩，增強邊柱和角柱的抗沖切承載力，該區(qū)域宜相應對計算鋼筋提高放大系數(shù)。

（二）地下室抗浮設計

根據(jù)《巖土工程勘察報告》指出：“擬建場地測得地下水混合水位埋深1.3--6米，標高7.2--10.2米。考慮到場地的特點以及雨季水位變化等因素，建議抗浮設計水位按設計室外地坪±0.000標高以下1米考慮。”

本工程所處地區(qū)，容易受到暴雨、洪澇等自然災害的影響，結合本工程的實際地坪標高走向，在分析處理高差分界處的抗浮時，需特別謹慎小心，保證局部抗浮的設計要求。下面就地下室抗浮設計展開討論。

1、提高基坑標高。通常為達到提高浮力目的，都會選擇梁式的筏板，該板面就可直接設計為地下室地面，進而“降低地下室層高，減少地下水位與地板的高差”，從而實現(xiàn)設防水位的降低和抗浮能力提高。

2、合理選擇樓蓋。為降低地下室結構的層高，進而提高抗浮能力，通常會選擇“寬扁梁或無梁樓蓋”。

3、適當設計底板和頂板的高度。通過增加地臺的重量提高抗浮力，而地臺重量通常是同地下室底板和頂板間高度有正比例關系，因此，為提高地下時的抗浮力就應該適當增加兩板之間的高度。

4、布置抗浮樁。抗浮樁布置要根據(jù)地下室結構與高層建筑結構之間的關聯(lián)來定。如果是同高層建筑結構形成了整體結構，則需要采用壓重的方式來實現(xiàn)抗浮樁的布置，如果采用其他方式就很容易導致底板出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

此外，由于塔樓在使用時不需要考慮抗拔問題，因此，設計人員容易忽略其在施工階段的抗浮驗算。所以，在地下室設計中要做好抗浮驗算工作，應在設計圖紙中明確標明停止地下室施工降水的具體條件。

（三）超長地下室設計

實踐證明，后澆帶是一種常用的、有效的方法，成熟可靠。本工程為一狹長形，約為70x200米，采用每隔30—40米左右的間距設置1米寬后澆帶，進而把地下室劃分成若干獨立的小區(qū)格，隔一段時間后用添加膨脹劑的高一級別的混凝土澆筑成整體，消除在混凝土結硬時因其收縮變形引起的超長結構的內部應力。在施工過程中，嚴格控制混凝土配合比中的水灰比、水泥用量、砂率、骨料質量，嚴格控制養(yǎng)護條件：底板、地下室各層板、頂板采用浸水養(yǎng)護，外墻采用掛麻袋澆水養(yǎng)護，以及混凝土中摻入有效補償收縮的外加劑等措施，確保地下室的裂縫得到控制。

1、設置伸縮后澆帶。通常，地下結構在結構長度大于40～60米時宜設置一道伸縮后澆帶，普通的伸縮后澆帶寬度約為0.8～1米，鋼筋貫通不切斷。對于平面尺寸長的地下結構，應設置鋼筋斷開的伸縮后澆帶，后澆帶的寬度按鋼筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空間確定。

2、不設置伸縮后澆帶，采取其它相應措施。采用低強度等級混凝土;施工縫處設置膨脹止水條;混凝土中添加微膨脹劑;采用粉煤灰混凝土技術;適當加大分布鋼筋配筋量;設置膨脹加強帶。現(xiàn)階段，咋已建成諸多建筑結構中，采取了上述策略的項目，并進行了合理的施工，伸縮縫間距已超過了規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

需注意的是，在后澆帶設計時要避開承臺、消防水池或生活水池，人防工程中也不應穿過人防口部。設置后澆帶是一種“先放后抗”的方法，目前部分項目采用“抗”的方法解決超長地下室在施工過程中的溫度應力，即設置膨脹加強帶。在收縮應力較大區(qū)域澆筑加強帶，使其產(chǎn)生較大的膨脹來補償混凝土的收縮。

三、結語

總之，地下室的設計錯綜復雜，專業(yè)間交叉多，建筑設計人員應當充分考慮各種影響因素，制定地下室設計的功能目標，在設計過程中一定要遵循安全性、適用性和經(jīng)濟性的原則，通過合理、可行的手段，對地下室的相關結構進行良好的設計，最終給出一個安全、合理、經(jīng)濟的設計方案，只有這種才能在保障地下空間合理的開發(fā)和利用的基礎上促進建筑事業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻：

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