建筑工程地下室結構設計探究

文/蔣維燕 中國美術學院風景建筑設計研究總院有限公司 浙江杭州 310012

1、建筑工程地下室結構設計的主要特征

對于現代建筑工程來說，其地下室主體結構設計主要涉及到底板、外側墻、頂板等部位，要求設計人員必須高度重視這些主體部位的設計工作，尤其是在孔口防護設計的時候，應重點關注防護密封門的選擇、門框墻的計算等環節。在進行地下室結構計算的時候，應當注重計算方法的科學性與結果的精確性，整個地下室結構的基礎是地下室底板。

2、建筑工程地下室結構設計的關鍵環節

2.1 頂板設計環節

地下室頂板是建筑工程地下部分與地上部分相互銜接的重要部位，其綜合質量的高低將直接影響到整個建筑工程地下部分與地上部分之間功能的協調發揮。所以，在對地下室頂板進行設計的時候必須仔細謹慎。設計人員應當結合當地的土質條件、作業設備的高度、建筑的基本功能等多方面的因素，對地下室結構進行優化設計。

2.2 外墻設計環節

在建筑工程的地下室結構中，外墻結構往往需要承受較大的壓力，其壓力主要來源于以下幾個方面：第一是上層建筑的質量所造成的壓力；第二是水平方向與垂直方向的外力作用。除了上述兩類主要壓力以外，地下室外墻結構通常還會受到當地自然災害帶來的壓力作用。這就要求設計人員在進行建筑工程地下室外墻結構設計的時候，必須全面考慮到各種類型的壓力作用，通過科學合理的設計來提升外墻結構抵御外部壓力作用的能力。

第一，荷載。地下室外墻豎向荷載應當有上部與各層地下室頂板荷載、外墻自重組成，水平荷載主要是指室外地坪活荷載、地下水壓力以及側向土壓力和人防等效靜荷載。對于室外地坪活荷載而言，主要是民用建筑室外地面，其中包含了停放消防車的地面，活荷載一般為5kN/m2。對于有較重荷載要求者，按照實際工況條件而定。地面活荷載對地下室建筑外墻的壓力是沿墻高度向均布荷載Px，其計算公式為：Px=qx.Ka= qx/3，其中qx 代表的是地面活荷載。對于水壓力而言，水位高度建議按照近3 至5年內最高水位而定，其中上層滯水不包含在內。對于土壓力而言，如果地下室選用大開挖方式，而且沒有護坡樁、連續墻支護的情況下，地下室建筑外墻的土壓力建議選取靜止土壓力，其系數為K0，并且對普通固結土取K0=1-sinφ(其中φ代表的是土的有效內摩擦角)，一般以0.5 為宜。當地下室施工過程中采用的是護坡樁或者連續墻支護時，計算外墻土壓力時應當充分考慮基坑支護以及地下室外墻的作用力，或按靜止土壓力乘以折減系數0.66 近似計算，Ka=0.5x0.66=0.33，與主動土壓力相當。地下水位以下土的容重近似為11kn/m2，風荷載和地震區地面運動使土壓力超過靜態土壓力而有所增加，但其對外墻平面外產生的內力較小，可忽略不計。

第二，荷載設計值。根據建筑結構荷載規范要求，如果活荷載占總荷載之比不超過20%，γG=1.35, γQ=1.40,ΨC=0.7，此時綜合分析建筑外墻荷載分項系數為1.30。

第三，計算簡圖。如果地下室建筑無橫墻，或者橫墻間距超過層高2 倍，底部、剛度較大基礎底板相連時，可作為嵌固端；同時，頂部支座條件應當視其主體結構而定。如果與建筑外墻對應主體結構墻是剪力墻，則首層墻體、地下層建筑外墻連續，此時對建筑外墻形成約束力。主體結構的外墻往往開有較大的門窗洞口，其對外墻的約束 很有限。當外墻頂 部應按鉸接考慮。地下室中間層可按連續鉸支座考慮。地下室外墻就如同下端嵌固、上端鉸支的連續梁。地下室內橫墻較多，而且其間距不超過層高2 倍，地下室建筑外墻類似于下端嵌固以及上端鉸支的連續雙向板。有的工程基礎底板上有較厚的覆土，這時最下層外墻的計算高度應視該層地面做法而定。如為混凝土面層較厚的剛性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，則外墻計算高度可算至地下室地坪。

2.3 抗浮設計環節

若建筑工程所在地的地下水位較深、埋藏較淺，則一般不用考慮地下室結構的抗浮問題。但對于某些建筑地下室埋藏深度較高的情況，則需要重點關注抗浮問題。一般來說，高層建筑工程在設計的時候都必須提高對基坑坑底設計高度的重視度，在確保基礎得到適當提升的前提下，對抗浮防水位進行適度降低。在對高層建筑的基礎底板進行選擇的時候，可考慮梁板式與平板式兩種筏板類型。對于抗浮水位的控制來說，最好選擇平板式筏板基礎。在實際設計的時候，通過對地下結構的層高進行適當降低是達到抗浮設計標準的有效方法之一。

2.4 抗震設計環節

為了避免地震等自然災害對建筑工程的基礎結構造成損害，就必須做好地下室結構的抗震設計工作。對于一般的地下室來說，其層高的1/3應比室外地坪頂板的高度高出一些。按照我國出臺的有關建筑工程抗震設計的規范文件，在進行地下室結構抗震設計的時候必須滿足以下要求：第一，對于建筑的地上一層來說，其側向剛度應當控制在地下一層側向剛度0.5 倍的范圍之內，同時，與其頂板相互連接的地下室周圍必須具備設計科學而嚴謹的施工抗震墻。

2.5 防水設計環節

對于地下室主體結構的防水來說，普遍采用的是結構自防水，即利用防水混凝土來發揮防水功能。市場上比較常見的防水混凝土主要包括膨脹水泥防水混凝土、外加劑防水混凝土等類型，在進行防水混凝土選擇的時候，應當充分考慮到建筑地下室結構的抗滲等級要求。而在進行節點防水設計的時候，則應當在后澆帶、變形縫等比較薄弱的環節采取一些有效的防水舉措。例如，提高滲水路線的長度、設置止水帶等。

3、建筑工程地下室結構設計應注意的問題

在對地下室外墻結構進行設計的時候，應當尤其注意荷載、配筋計算以及靜止土壓力系數的確定等問題，在配筋與荷載計算中，應當考慮到多方面的影響因素，采取科學有效的計算方法，安排專業人員來負責此項工作，以確保計算結果的精確性。靜止土壓力主要是通過試驗來進行確定的，若遇到不能開展試驗的情況，則可根據土壤的性質進行取值，一般來說，粘性土可取0.5～0.7；砂土可取0.34～0.45。在進行建筑地下室結構平面設計的時候，設計人員應注意對建筑采光、通風、排水、防火等問題的綜合考慮，盡量使上述各專業實現密切配合。

結語：

綜上所述，在開展地下室結構設計工作時，設計人員應當重點關注頂板設計、外墻設計、抗浮設計、防水設計等關鍵環節，著力控制好每一細節內容的設計質量，這樣才能使地下室結構設計方案具備科學性與可行性，從而為整個建筑工程的設計與建設質量提供保障。