試論建筑物地下室結構設計的探析

陳艷

摘? ? 要：在土地資源供應日益緊缺的今天，修建高層建筑更能達到土地利用率最優化，更有利于城市集中規劃管理。建筑物地下室的結構設計是高層建筑設計的重要組成部分，其質量將直接影響到整個高層建筑。本文從建筑物基礎結構，屋面結構、外墻、地板結構、防浮、防滲、抗震設計等方面進行了簡要探析，供施工人員參考。

關鍵詞：建筑物;地下室;結構設計

1? 前言

隨著城市化進程的推進，土地資源供應愈發稀缺，鄉鎮土地的集中規劃和管理，使得城市與鄉鎮改革都往高層建筑發展，高層建筑物的地下空間的合理利用在建筑設計中占的比重越來越多，地下室的結構設計對高層建筑的質量有著重要意義。本文從建筑物基礎結構，屋面結構、外墻、地板結構、防浮、防滲、抗震設計等方面進行了簡要探析。

2? 地下室結構平面設計

在地下室結構的平面設計中，除了基本的防火、功能、人防和設備之外，還需要考慮多個設計點，特別是在平面設計點處，還需考慮到房管道、排水、通風等方面，都需做好詳細的設計方案。地下室屬于高層建筑承重部分之一，其承受壓力荷載較大，因此還需重點從承重設計方面進行考慮。平面結構設計中的關鍵點是變形縫設計，考慮到建筑施工結束后溫度和施工材料等因素引起的變形問題，需要對變形縫進行處理，而變形縫會對地下室的防水工程又帶來影響，兩者之間相互矛盾，為了解決這個矛盾問題，不使用變形縫，而是經常使用后澆鑄帶，地面縫合和混凝土外加劑。如果使用后澆帶的方法仍然不能解決問題，則必須把地下室合理分配到幾個小平面空間中。將變形接頭設置在連接通道上，這樣可以減少變形接頭的數量，從而有效降低事故發生的概率。

3? 地下室頂板的結構設計

作為高層建筑上部結構的水平約束支座的地下室頂板，其厚度不能太薄，否則無法對上部結構提供更大的約束效果。普通地下室頂板的厚度要超過160mm。當地下室頂板作為上部結構嵌固部分時，地下室頂樓蓋必須使用現澆梁板結構，其厚度要超過180mm，且不能有較大的洞口并滿足以下兩點：（1）地下室頂板要小于1/3層高，不要與室外的高度差過大;（2）地下室樓層剪切強度應大于相鄰上層結構樓層剪切強度的兩倍。對于人防抗震地下室這類有特殊要求的，必須按照“建筑抗震設計規范”的要求，將諸多條件進行綜合考慮，例如樓板厚度、混凝土強度等級、板配筋率等，抗震設計的地下室柱截面每側的鋼筋面積在符合計算設計，這樣設計目的是為了確保柱端塑性鉸出現在地下室頂部柱端。

4? 地下室外墻的結構設計

作為地下室的重要組成部分，地下室外墻設計在整個地下室結構的設計中發揮著極其重要的作用。地下室的外壁不僅承受來自上部結構的垂直載荷力，而且承受來自水平方向的載荷力。在實際工程設計中，底部通常用作固定支撐，頂板用作鉸接支撐，用于計算地下室外墻。 計算必須采用彎矩調幅，底部為固定軸承和負荷分系數（多層地下室的多層連續計算）。底板必須具有比側壁更高的抗彎性，并且其厚度應與鋼筋相匹配。匹配鋼筋由外墻垂直單向板計算，對于豎加強豎向荷載能力較小的外墻扶壁柱內外側主筋，根據支撐柱的橫截面積，外側設置有用于加強的短的水平負筋，對外墻的轉角處也進行局部加強。

根據“地下工程防水技術規范”中對于防水混凝土結構的規定，其結構厚度必須超過250mm;裂縫寬度要小于0.2mm，并不得貫通;迎水面鋼筋保護層的厚度必須超過50mm。綜合考慮，外墻的裂縫寬度控制限值應該確定為0.2mm。

5? 地下室底板的結構設計

地下室底板的結構設計與外墻相似，需要在滿足基本的受力的同時，還需要起到抗滲、防水的作用。其厚度主要根據抗沖切強度驗算而定，一般取值為40cm～60cm，底板的配筋主要以通長筋+附加筋的形式進行配置，一般配筋率取0.2%。實際中根據地下室底板高變化來設置梁，梁的寬度要小于底板厚度，計算出底板支座扭矩傳遞到梁的抗扭鋼筋。此外，還需要滿足各種沖擊力、抗彎、局部受壓等要求。

6? 地下室的抗浮、抗滲設計

地下水位變化決定了作用于地下室的浮力。當地下水位不高時，建筑物的結構自重及其上部的永久荷載即可與地下水浮力相平衡，需要考慮到地下室整體抗浮和局部抗浮設計。

如果建筑物的結構重量及其上部的永久荷載（包括地下室屋頂覆蓋物、建筑物表面層等）可以抵抗地下水的浮力，地下室的整體抗浮設計則滿足要求。綜合考慮力層情況，通常采用的基礎設計有獨立基礎+防水板或筏板基礎。獨立基礎+防水板的抗浮設計是從立柱下的獨立基礎承載基礎豎向結構荷載，并將其轉移到基礎土里。防水板將地下水的向上浮力吸收到結構中并將其傳遞到獨立的基礎。按照防水板和獨立基礎的高程關系，基本形式可分為“元寶形”和加柱墩平板式筏形基礎。前者的基本形式是在防水板下設置一定厚度的聚苯板，上部荷載不是由防水板向下傳遞，而是將水浮力荷載傳遞至獨立的基礎。如果地下室有排水溝、電梯基坑或設備坑，則會出現防水板設計和施工繁瑣等問題。后者基本形式中，防水板的底部加強件承受單獨的基礎中的載荷，并且防水板上的墊子或回填物可以抵消部分或全部水浮力，也給排水溝、基坑施工帶來便利。設計時需結合地區水位特點，采用合適的獨立基礎方案，達到受力合理、傳力路徑最短和經濟性更好的目的。

若地下水位較高，建筑物自身的重量和上部的永久負荷無法抵抗下地下水浮力，有必要通過增加隆起樁，拉出錨或增加自重來增加整體抗浮性能，其中增加自重的方法只考慮用在整體抗浮略不滿足的情況下使用，在地下室底板上施加配重好的鋼渣混凝土、回填土等填料，避免了增加結構主體的荷載。對于采用抗拔樁的方法，應考慮基礎的形式，使用了獨立基礎加防水板的基礎形式，抗拔樁布置于獨立基礎下，不但可以提高整體抗浮性能，還能做基礎樁。

對于鋼筋混凝土的帶裂縫問題，在地下室抗滲設計中，通常是以補償收縮混凝土、膨脹帶、后澆帶、提高鋼筋混凝土的抗拉能力等措施來進行消除。

7? 地下室的抗震設計

地下室的抗震設計關系著整棟建筑物的抗震性能，其設計關鍵點包括抗震等級、嵌固部分、抗震墻底部加強范圍等方面。在對高層建筑做結構分析之前確定嵌固部分，建筑物地下室需滿足“高層建筑混凝土結構技術規程”與“建筑抗震設計規范”，地下室的頂板通常用作上部結構的嵌固部分，地下室的抗震等級由是否將地下室頂板當作嵌固部分而定。為增大邊緣構件箍筋與墻體橫向鋼筋的抗震能力，通常將抗震墻底部當作加強區，把底部兩層高度與墻體總高度的1/10進行對比，數值較大者作為加強對象;對于部分框抗震墻結構，把框支層及以上兩層的高度值和落地抗震墻總高度的1/10相比較，把較大的值作加強對象。若嵌固部分在地下室一層底板或下方時，底部加強區域延伸到嵌固部分。

8? 結束語

地下室結構設計是一套綜合系統工程，關乎建筑物的整體質量，我們在設計之初就應當進行全面考慮、綜合設計，減少甚至消除缺陷問題，從而讓建筑地下室設計體現出更大的經濟價值。

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