试论建筑物地下室结构设计的探析

陈艳

摘    要：在土地资源供应日益紧缺的今天，修建高层建筑更能达到土地利用率最优化，更有利于城市集中规划管理。建筑物地下室的结构设计是高层建筑设计的重要组成部分，其质量将直接影响到整个高层建筑。本文从建筑物基础结构，屋面结构、外墙、地板结构、防浮、防渗、抗震设计等方面进行了简要探析，供施工人员参考。

关键词：建筑物;地下室;结构设计

1  前言

随着城市化进程的推进，土地资源供应愈发稀缺，乡镇土地的集中规划和管理，使得城市与乡镇改革都往高层建筑发展，高层建筑物的地下空间的合理利用在建筑设计中占的比重越来越多，地下室的结构设计对高层建筑的质量有着重要意义。本文从建筑物基础结构，屋面结构、外墙、地板结构、防浮、防渗、抗震设计等方面进行了简要探析。

2  地下室结构平面设计

在地下室结构的平面设计中，除了基本的防火、功能、人防和设备之外，还需要考虑多个设计点，特别是在平面设计点处，还需考虑到房管道、排水、通风等方面，都需做好详细的设计方案。地下室属于高层建筑承重部分之一，其承受压力荷载较大，因此还需重点从承重设计方面进行考虑。平面结构设计中的关键点是变形缝设计，考虑到建筑施工结束后温度和施工材料等因素引起的变形问题，需要对变形缝进行处理，而变形缝会对地下室的防水工程又带来影响，两者之间相互矛盾，为了解决这个矛盾问题，不使用变形缝，而是经常使用后浇铸带，地面缝合和混凝土外加剂。如果使用后浇带的方法仍然不能解决问题，则必须把地下室合理分配到几个小平面空间中。将变形接头设置在连接通道上，这样可以减少变形接头的数量，从而有效降低事故发生的概率。

3  地下室顶板的结构设计

作为高层建筑上部结构的水平约束支座的地下室顶板，其厚度不能太薄，否则无法对上部结构提供更大的约束效果。普通地下室顶板的厚度要超过160mm。当地下室顶板作为上部结构嵌固部分时，地下室顶楼盖必须使用现浇梁板结构，其厚度要超过180mm，且不能有较大的洞口并满足以下两点：（1）地下室顶板要小于1/3层高，不要与室外的高度差过大;（2）地下室楼层剪切强度应大于相邻上层结构楼层剪切强度的两倍。对于人防抗震地下室这类有特殊要求的，必须按照“建筑抗震设计规范”的要求，将诸多条件进行综合考虑，例如楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率等，抗震设计的地下室柱截面每侧的钢筋面积在符合计算设计，这样设计目的是为了确保柱端塑性铰出现在地下室顶部柱端。

4  地下室外墙的结构设计

作为地下室的重要组成部分，地下室外墙设计在整个地下室结构的设计中发挥着极其重要的作用。地下室的外壁不仅承受来自上部结构的垂直载荷力，而且承受来自水平方向的载荷力。在实际工程设计中，底部通常用作固定支撑，顶板用作铰接支撑，用于计算地下室外墙。 计算必须采用弯矩调幅，底部为固定轴承和负荷分系数（多层地下室的多层连续计算）。底板必须具有比侧壁更高的抗弯性，并且其厚度应与钢筋相匹配。匹配钢筋由外墙垂直单向板计算，对于竖加强竖向荷载能力较小的外墙扶壁柱内外侧主筋，根据支撑柱的横截面积，外侧设置有用于加强的短的水平负筋，对外墙的转角处也进行局部加强。

根据“地下工程防水技术规范”中对于防水混凝土结构的规定，其结构厚度必须超过250mm;裂缝宽度要小于0.2mm，并不得贯通;迎水面钢筋保护层的厚度必须超过50mm。综合考虑，外墙的裂缝宽度控制限值应该确定为0.2mm。

5  地下室底板的结构设计

地下室底板的结构设计与外墙相似，需要在满足基本的受力的同时，还需要起到抗渗、防水的作用。其厚度主要根据抗冲切强度验算而定，一般取值为40cm～60cm，底板的配筋主要以通长筋+附加筋的形式进行配置，一般配筋率取0.2%。实际中根据地下室底板高变化来设置梁，梁的宽度要小于底板厚度，计算出底板支座扭矩传递到梁的抗扭钢筋。此外，还需要满足各种冲击力、抗弯、局部受压等要求。

6  地下室的抗浮、抗渗设计

地下水位变化决定了作用于地下室的浮力。当地下水位不高时，建筑物的结构自重及其上部的永久荷载即可与地下水浮力相平衡，需要考虑到地下室整体抗浮和局部抗浮设计。

如果建筑物的结构重量及其上部的永久荷载（包括地下室屋顶覆盖物、建筑物表面层等）可以抵抗地下水的浮力，地下室的整体抗浮设计则满足要求。综合考虑力层情况，通常采用的基础设计有独立基础+防水板或筏板基础。独立基础+防水板的抗浮设计是从立柱下的独立基础承载基础竖向结构荷载，并将其转移到基础土里。防水板将地下水的向上浮力吸收到结构中并将其传递到独立的基础。按照防水板和独立基础的高程关系，基本形式可分为“元宝形”和加柱墩平板式筏形基础。前者的基本形式是在防水板下设置一定厚度的聚苯板，上部荷载不是由防水板向下传递，而是将水浮力荷载传递至独立的基础。如果地下室有排水沟、电梯基坑或设备坑，则会出现防水板设计和施工繁琐等问题。后者基本形式中，防水板的底部加强件承受单独的基础中的载荷，并且防水板上的垫子或回填物可以抵消部分或全部水浮力，也给排水沟、基坑施工带来便利。设计时需结合地区水位特点，采用合适的独立基础方案，达到受力合理、传力路径最短和经济性更好的目的。

若地下水位较高，建筑物自身的重量和上部的永久负荷无法抵抗下地下水浮力，有必要通过增加隆起桩，拉出锚或增加自重来增加整体抗浮性能，其中增加自重的方法只考虑用在整体抗浮略不满足的情况下使用，在地下室底板上施加配重好的钢渣混凝土、回填土等填料，避免了增加结构主体的荷载。对于采用抗拔桩的方法，应考虑基础的形式，使用了独立基础加防水板的基础形式，抗拔桩布置于独立基础下，不但可以提高整体抗浮性能，还能做基础桩。

对于钢筋混凝土的带裂缝问题，在地下室抗渗设计中，通常是以补偿收缩混凝土、膨胀带、后浇带、提高钢筋混凝土的抗拉能力等措施来进行消除。

7  地下室的抗震设计

地下室的抗震设计关系着整栋建筑物的抗震性能，其设计关键点包括抗震等級、嵌固部分、抗震墙底部加强范围等方面。在对高层建筑做结构分析之前确定嵌固部分，建筑物地下室需满足“高层建筑混凝土结构技术规程”与“建筑抗震设计规范”，地下室的顶板通常用作上部结构的嵌固部分，地下室的抗震等级由是否将地下室顶板当作嵌固部分而定。为增大边缘构件箍筋与墙体横向钢筋的抗震能力，通常将抗震墙底部当作加强区，把底部两层高度与墙体总高度的1/10进行对比，数值较大者作为加强对象;对于部分框抗震墙结构，把框支层及以上两层的高度值和落地抗震墙总高度的1/10相比较，把较大的值作加强对象。若嵌固部分在地下室一层底板或下方时，底部加强区域延伸到嵌固部分。

8  结束语

地下室结构设计是一套综合系统工程，关乎建筑物的整体质量，我们在设计之初就应当进行全面考虑、综合设计，减少甚至消除缺陷问题，从而让建筑地下室设计体现出更大的经济价值。

参考文献：

[1] 朱炳寅.建筑结构设计规范应用图解手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] 蒋福升.关于建筑物地下室结构设计的探讨[J].决策与信息旬刊，2013.

[3] 朱晓斐.高层建筑地下室结构设计中的若干问题[J].建筑工程技术与设计，2015.

[4] 夏君.浅谈高层地下室结构设计[J].建筑建材装饰，2015.

[5] 丛培晓.高层建筑地下室结构的抗震设计要点[J].工程建设标准化，2016.