談建筑工程地下室結構設計

宋濤

（廣州市住宅建筑設計院有限公司山西分公司，山西 太原 030000）

建筑中的地下室結構不在居住用戶常使用的范圍內，并且地下室結構還具有相應的隱蔽性，因此在之前，地下室結構的質量安全以及功能開發沒有得到有效重視，伴隨當前社會公眾的生活水平的逐步提升，對于建筑功能也有了更高要求，同時城市化的迅速發展，致使城市建筑用地的資源愈發緊缺，在現代社會以及城市化兩大環境作用下，建筑工程的地下室結構的相關設計研究與實踐在近些年得到高速發展，并取得了相應成果。對建筑中的地下室結構進行設計，不僅能有效節約建筑占地面積，確保建筑的使用空間，提升建筑物空間的使用效率，還能利用對建筑結構設計的整合，使整體建筑的功能性以及安全性和實用性水平得到明顯提升。

1 地下室結構設計的基本原則

建筑地下室結構設計在整體建筑結構的設計中是一個非常重要的環節，不僅要將地下室具有的功能綜合發揮出來，還需要承擔地面產生的壓力荷載。為此，對建筑工程中的地下室結構進行設計的過程中，必須將上述內容的兩方面因素進行全面考慮，在科學基礎上對地下室進行設計。因此，在對地下室結構進行設計的過程中，必須遵循下列原則。

1）必須選取科學的地下室結構設計的方案，在對建筑中的地下室結構進行設計過程中，其中的主要依據就是地下室計算的簡圖。因此，必須要對計算簡圖予以重視，若是因為選取不謹慎，選取不具科學性的計算簡圖，則會導致地下室在不具有合理依據的前提下開展地下室結構的優化設計，因此對整體建筑施工的質量產生嚴重影響。

2）對地下室結構進行設計時必須是在科學性的前提下進行。對建筑地下室的結構設計的過程中，必須將建筑整體功能以及建筑所在地區的地理環境特征相結合，對地下室結構產生影響的周圍環境和條件進行綜合分析，全面考慮不同因素，從而選取出最適合以及最具合理性的結構設計方案。

3）確保建筑地下室的結構設計方案更具科學性。對地下室結構設計的過程中，必須對建筑特點進行綜合考慮，依據建筑自身選取合適該建筑的地下室形式，進而對地下室結構設計的方案進行科學優化。

2 建筑工程項目地下室結構設計的關鍵性

隨著中國城市化建筑速度的加快，使得建材行業出現了不少利潤商機，也導致了建筑行業內一時間產生了大量的建筑公司。而在此背景下，也導致了建材行業的爭奪氣氛顯得越來越緊張。作為建筑公司如果希望在國際競爭中獲取勝利，就應該利用各種技術手段來增強能力，并借此進一步提高企業在建筑行業內的競爭地位。地下室結構的設計和施工，就可以明顯增加建筑的使用性能，進而激發廣大社會群眾的購房愿望，這對施工企業投資收益、社會形象的進一步提高，無疑地會產生助力效果。因此，近些年來建筑工程項目的地下室結構設計受到了建筑行業的重視。想要提高地下室構造設計方案的科學性、精準度，還需要設計人員根據項目設計的要求進行展開深入研究和掌握，如此才可以提高地下室結構設計質量，從而確保地下室設計的建造質量實現預定目標，增強建筑結構的總體安全穩固性。由此可見，圍繞建筑工程項目的地下室結構設計工作展開研究，很有必要。

3 建筑工程中地下室結構設計的難點內容

3.1 抗震性設計

在對建筑工程進行設計的過程中，必須對抗震設計進行詳細分析，因為近幾年，我國地震發生的較為頻繁。在城市發展過程中，必須對建筑的抗震性能進行綜合分析，并做好抗震設計。建筑物的不同，則抗震設計的方式也存在差異性，相關設計人員進行設計時，必須對建筑結構進行深入研究。地下室是位于建筑地面以下，在設計抗震的過程中，必須對建筑四周土壤的類型和密實度等因素進行綜合分析，以此減輕對抗震設計產生的影響。在進行建筑工程施工或是建筑投入使用時，如果地下室的內部產生損壞或是出現坍塌情況，則會導致建筑整體性能得到不有效實現。地下室結構還會對建筑結構安全性產生相應影響，因此，必須做好地下室抗震設計的相關工作，達到整體建筑設計的要求。

3.2 抗滲透的相關設計

多數地下室在建筑建設過程中，盡管會考慮受到四周土壤影響，但進行處理之后，還會存在一些空隙。這種條件下，地下室結構很容易受到雨水影響，致使建筑結構的構建產生上浮，或是出現墻體開裂等一些現象。在進行地下室結構的相關設計工作時，必須做好地下室的抗滲透相關工作，并將該環節作為建筑工程施工的重要環節，對抗滲透工作進行完善。進行抗滲透的相應設計過程中，設計人員必須對地下的水位以及結構材料和施工的難易程度進行綜合分析，確保建筑結構設計的經濟性。設計人員還要對設計標準進行考慮，以防抗滲透設計沒有達到規范標準。地下水位以及土層等都容易對抗滲透設計產生相應程度影響，設計人員必須對這個難點問題進行綜合的分析，并加強建筑整體設計的效果。

3.3 超長結構設計

近幾年，伴隨經濟發展與人口逐漸密集，大型的商業綜合體項目逐漸增加，這類項目一般是由多棟高層樓的連體建筑以及多層地下空間構成，以此形成超長的地下空間結構，能有效提升土地的利用率，達到建筑功能的需要。超長結構地下室盡管可以增加建筑使用的面積，在進行實際設計時，必須滿足更高要求，不然會對地下室結構使用的效果產生影響。對超長的地下室布局設計時，必須確保地下室的合理性，不能對四周環境產生不利影響，更不能對四周建筑使用產生影響。對地下室結構設計時，必須對結構材料是否具有均勻性進行詳細分析，更要對混凝土收縮性能進行深入探討，從而減輕超長結構受到的不利影響。若是發生溫度變化，則會使結構出現開裂現象。為此，對超長結構設計的過程中，尤其注意溫差變化與混凝土收縮溫度應力而引發的結構開裂，在施工過程中采取具有針對性的措施對開裂現象進行控制，必須考慮到結構設計的影響因素，使建筑的功能得到實現。

4 建筑地下室的結構設計存在問題

4.1 建筑外墻

建筑外墻之于地下室具有重要作用，外墻不僅是能防水防滲及擋土，最重要的是外墻能使地下室轉換成比較封閉區域，為此，建筑外墻是地下室中不可或缺的基礎構成部分。相對于外墻來說，外墻支撐建筑上方結構所產生豎向力和地下水壓力以及地面堆載等，而水平方向產生的作用力則占據主導作用。當對地下室的外墻產生的內力進行計算時，必須先對不同方向存在的具體荷載值進行收集，對收集的荷載值進行匯總和分析，一般依據支撐邊界條件和高寬比等對結構模型進行科學計算與選取。另外，在實際結構設計過程中，也必須根據外墻的受力情況以及裂縫寬度選取達到相關規范要求的施工原材料。

4.2 建筑基礎底板

在任何類型的建筑中，建筑的基礎底板都具有重要意義，建筑底板承擔著建筑上層結構的頂板以及內承重墻柱與擋土側壁等一些荷載，同時底板還要將承擔負載輸送至地基，為此，需要保證建筑地基具有較好的承載以及防沉降和變形能力。一般建筑上部結構中底板會設計成平板式或是梁板式筏基。底板不僅具有上述作用，防水抗滲也屬于是地下室底板比較特殊的特點，若是地下室結構基礎是獨立型基礎或是樁基，因此在設計工程中一般會讓底板充當防水板，從而承擔對應自重與水浮力等等。對建筑底板設計的過程中，比較常見的問題包含兩點：1）底板剛度以及底板厚度假如沒有達到相關標準則會降低建筑地基承載的能力，進而致使建筑出現不均勻沉降以及側移等問題發生；2）假如底板厚度不足還容易產生開裂與滲水現象，進而使地下室整體的環境過于潮濕，因此，在對底板設計時，必須保證計算嚴謹性與布置的科學性。

5 地下室結構設計要點內容

5.1 地下室的平面設計

對建筑地下室結構設計的過程中，不但要綜合考慮防火性能與正常功能，還要對設備以及管道和通風、排水等一些情況進行全面考慮。地下室實際需要設置的長度必須與相關規定相同，不然會發生不匹配的狀況，在設計的過程中必須選用科學結構，并依據現實情況進行考慮是否安置變形縫。通常情況下，地下室不用安置變形縫，不然會致使地下室防水工程變得越發復雜，但如果沒有設置變形縫，就需要相關設計人員通過后澆帶或是混凝劑進行處理，才能使整體建筑結構更具完整性。假如地下室由于長度較長不能設置后澆帶，就必須將地下室進行科學的劃分，使比較窄的通道相連接，這樣不僅能達到實際使用，還能降低管道壓力。此外，在對結構進行設計時，必須對通風井與采光井進行設置，假如建筑未科學設置采光的通風井，必須在建筑側壁上強化采光井以此達到地下室采光和通風的基本需求，并確保整體結構的穩定性。值得注意是，采光井的外壁不能和地下室頂板相連接，不然會對建筑整體的穩定性產生嚴重影響，并且不利于強化建筑的抗震能力。

5.2 外墻結構相關設計

首先必須確定建筑外墻的厚度和混凝土強度以及具體防水需求。地下室對于這幾項要求必須依據現實建筑施工現場進行明確，綜合考慮建筑條件與地下水位等情況及建筑上部結構承載力。另外，地下室層數的高度和埋深等一些具體情況也需要進行綜合考慮。還要明確地下室外墻承受的荷載力。通常條件下，外墻荷載力主要由垂直于墻面配件的荷載進行控制，但地下室施工過程中采取護坡樁技術，因此地下室靜止壓力系數就需要產生折減。同時荷載力明確必須由設計簡圖進行決定，依據設計圖紙對配筋進行計算，在地下室底部或是強度比較大的建筑底板位置，必須和基礎梁相連接，這樣能較好的起到固定的作用。在具體地下室結構設計過程中，對外墻配筋進行計算時，還要對豎向荷載力與截面的應力進行綜合考慮，然后才是對水壓力以及土壓力和兩者總和的側壓力進行考慮。

5.3 抗浮防水相關設計

地下室抗浮設計必須依據地下水位和變動幅度進行明確。在現實情況下，地下室對抗浮進行設計時，不但要對正常使用的狀態進行考慮，還要對整體施工環節和洪水期情況進行全面考慮，若是未對這兩個方面予以重視，很容易導致施工時出現損壞現象。此外，在整體面積比較大的地下室中，上部多數是有低層建筑或是高層建筑，但也存在地下室面積比較大，形狀為不規則形，而這樣的地下室上方不存在建筑物，一般這種條件下，對地下室開展抗浮設計過程中就必須耗費很多精力，還需要對不同影響因素進行細致分析才能有效處理。但那些上方存在建筑物的地下室不會產生主樓抗浮問題。因此，為更好規避這些現象，需要對地下室抗浮進行設計，具體從三方面開展：1）明確科學的抗浮防水位，地下水位是具有波動性的，因此進行設計過程中還要對這些影響因素進行合理考慮，同時還是進行結構抗浮設計的重要依據，對于整體建筑造價與防水位的設置具有重要影響；2）必須采取相應措施減少建筑物層高，在設備與建筑條件允許的范圍內，需要盡量提升基坑的高度，以此能使防水位的高度得到科學控制；3）必須設置浮樁或是抗浮的錨桿。通常條件下，這些位置能較好的對地下水位產生的變動進行抵抗。

5.4 底板與頂板設計

地下室的底板可劃分成純板式與梁板式兩種結構。通常采取基礎筏板為地下室的底板，筏板結構的受力比較復雜，要是通過人工計算非常困難，伴隨結構計算軟件的快速發展，能采取計算機對此進行有限元計算，筏板厚度依據計算達到剪壓以及沖切要求進行明確。核心筒和剪力墻或是跨度較大的框架受力的部位有可能局部的板厚達不到相關要求，假如產生達不到局部沖切條件，還能利用加厚局部筏板或是增加柱墩形式予以解決，柱墩通常設置在筏板面或是板底。當筏板作為地下室的底板時，板上柱墩對于地下室使用存在明顯影響，因此設置板下墩柱，墩柱能增加筏板局部的厚度達到剪壓與沖切的基本要求，可說成是無梁樓蓋的柱帽形式。地下室頂板的結構能劃分成梁板式與無梁樓蓋式兩種形式，而對于梁板式結構，無梁樓蓋式因為不用設置截面比較高的梁，在達到凈空高度的要求下，能降低地下室層高，降低基礎的埋深，地下室頂板的內力計算時能將不同工況下的荷載進行組合計算，選擇最不利組合進行設計，頂板厚度需要達到覆土防水要求，若是結構計算過程中將地下室為嵌固端，為了有效確保剛度，地下室頂板的厚度必須大于180mm，通常情況下，整體地下室長度與寬度都容易超過現實伸縮縫要求，對伸縮縫進行設置時，防水做法的難度比較大并且不能有效保證防水的效果，因此采用的比較少，多數設置后澆帶，后澆帶的位置就設置在跨度比較小開間或是主體建筑物和裙樓相接處。

5.5 抗震的設計

強化抗震設計是整體建筑施工中非常重要的環節，建筑抗震性能會對地下室性能產生影響，同時兩者間關系非常密切。通常條件下，以建筑施工圖審查要求作為基礎，半地下室埋深要求必須大于外地面之上，以此才能不對層數進行計算，且總高度必須從地下室的外地面算起。地下室和上部結構墻柱必須做到統一，地下室頂板和外板標高產生變化時，假如標高變化超過梁高的范圍，就容易形成錯層，必須采取針對性措施予以處理，不能將其為上部結構嵌固部位。在相關規范說明中，上部結構的嵌固端地下室頂層必須采用梁板結構，同時，地下室頂板若是無梁樓蓋，就不能成為上部結構的嵌固端其中一部分。

6 結語

建筑工程設計中，地下室已逐漸變成建筑整體結構中主要構成部分，建筑穩固性與安全不但會對建筑的美觀性產生影響，還會對建筑地下室優劣產生影響。受到建筑地下室位置具有的特殊性影響，必須在建筑設計的過程中對地下室結構的設計予以重視。在進行地下室結構設計過程中必須對不同方面內容進行綜合考慮，當中相關設計人員還要有效掌握建筑質量與經濟性兩者的平衡，在確保建筑地下室質量的基礎上減少建筑施工成本。