地下室结构优化设计分析

夏启文

一、地下室抗浮设计的合理取值

1. 抗浮水位取值

（1）、地质勘探报告应明确地下工程抗浮设防水位，对潜水、承压水及地面滞水应有明确水位描述及水力联系。

（2）、全埋地下室及半埋地下室均应满足整体抗浮与局部抗浮要求，并进行建筑物的构件的强度及刚度验算。地下室设计中应注明施工期间的抗浮具体要求，避免发生施工期间的地下室上浮或对抗拔桩（或杆件）造成超载的工程事故。

2. 抗浮设计

（1）、利用结构自重的抗浮构造措施：

抗浮荷载计算时，应考虑底板柱墩凸出底板那部分的压重;外墙处可考虑将底板挑出，此部分回填密实土以此来增加上部结构自重。除此之外还可以增大地下室底板面以上回填层厚度，回填材料采用重混凝土（容重30KN/m³）。

（2）、抗浮桩及抗浮锚杆

a）当设置抗浮桩时，一般根据柱墩大小预估柱下最佳桩数，原则上做到标准跨或大面积的柱下的布桩能基本用足单桩抗拔特征值。

b）设计抗浮桩时，桩长超过 6 米时，考虑到经济性，可根据抗浮力的大小对桩身分段配筋（将下部约 1/3 段的配筋部分截断）。

c）当采用预应力管桩作抗浮桩时，同一单元可采用不同桩径及桩长。

二、主楼地下室嵌固端的选择

1. 地下室顶板必须具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力。所以地下室顶板应避免开设大洞口，顶板厚度不宜小于180mm。地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构。

2. 结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍;地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。

3. 地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。

三、地下室顶板结构体系比较及造价差异分析

1.地下室顶板的结构体系概况及造价参数

柱网7.8mx8.1m，顶板覆土1.2m，地下室顶板可以采用井字楼盖、单向梁楼盖、框架梁+大板楼盖、框架梁加腋+大板楼盖、密肋梁楼盖几种形式，经过大量设计实例后的统计后，将其优劣势总结如下：

（1）、对于标准的7.8X8.1柱网覆土1.2m地下室工程，顶板结构体系综合

成本顺序：无梁楼盖<单向梁<井字梁楼盖<有梁大板，有梁楼盖包括（框架梁加腋+大板、框架梁+大板）。无梁楼盖在单层地下室顶板中的优势是明显的，特别体现在含钢量上，根据各类材料中所占比重来看，含钢量导致各楼盖的单方造价差异会更大。

（2）无梁楼盖一般应用于附建式无主楼大底盘地库中。主楼以地下室顶板为嵌固端时，主楼及相关范围内一般采用有梁楼板。梁楼盖设计要使用有限元分析计算软件，从无梁楼盖的一些工程事故来看，无梁楼盖的薄弱环节在柱帽，应加强柱帽抗剪设计，施工前要对柱帽施工缝的留置位置的进行技术交底。

（3）、采用单向梁方案时，要设备专业根据单向梁的方向调整管线走向方能降低地下室层高，才能发挥此种结构体系的降低层高的优势。

（4）、当柱网较小，顶板有防水板最小厚度要求，做有梁结构时可采用主梁大板方案，控制板厚与构造配筋率的关系，充分发挥板的承载力。

（5）、双层地下室，负一层楼面荷载较小，一般采用单向梁结构体系。

（6）、计算框架梁+大板体系时，考虑梁板协同作用，有利于优化框架梁与大板的结构配筋。

四、地下室顶层梁板构造措施优化

1.地下室顶板荷载取值

（1）、顶板恒荷载取值一般根据建筑规划专业提供的覆土厚度，而建筑规划专业一般按平均覆土厚度，但景观专业在设计过程中，局部需要堆高造景，覆土厚度增加，可根据堆土的等高线确定不同的覆土厚度区域来取顶板恒载。

（2）、消防车道及登高面等消防车荷载，可以根据其位置分区域取值，一般消防车道处于两跨之中，在计算模型输入时，消防车道荷载取值可考虑与其他楼板折算。

2.顶板配筋优化

（1）纯地下室顶板配筋总优化原则：控制通长钢筋的配筋率，特别是板面钢筋，一般均按构造配筋率控制，并与板厚相协调（必要时可以调整板厚），不足部分加短钢筋，个别板块可以原位标注等等;

a）板顶采用部分通长筋加附加短筋的形式，通长钢筋用量应接近最小配筋率要求，根据板的配筋包络图确定附加钢筋的用量和长度。

b）板裂缝宽度计算时需考虑支座梁的刚域影响。

c）顶板局部跨度较大或荷载较大处板块应根据实际情况进行比较，采用加厚板或设置次梁的方案。

d）当下部钢筋计算值明显不均匀时，应分区配置顶板拉通钢筋，不足部分附加短钢筋。

（2）主楼下地下室顶板一般为主楼嵌固端，板厚按规范要求为180mm，主楼开间一般较小，尽量减少顶板次梁的设置，充分发挥嵌固端厚板的作用，已达到板构造配筋率的充分发挥。

3.梁截面及配筋

（1）梁上部拉通筋避免选择较大规格的钢筋，当满足框架梁上下截面配筋比值时，上部筋能采用架立筋时尽量采用小直径架立筋。

（2）主楼外地庫 350 宽的框架梁，局部箍筋 3 肢箍能满足要求的，配置 3 肢箍;间距尽量细化，以减少大面积的箍筋配筋。

五、地下室内外墙设计

地下室外墙采用抗浮水位进行承载力计算，按常年水位验算裂缝，采用分离式配筋，按弯矩包络图配筋。

1.当地下室顶板与外墙采用固接时，外墙计算时可考虑顶板传递弯矩对外墙弯矩分布的有利影响。（按固端与铰接之间的弹性支座考虑）

2.外墙竖向配筋应采用通长钢筋加附加短筋的形式，附加钢筋长度应根据配筋包络图合理确定。

3.地下室层高较高时，为减小外墙计算高度，可考虑加竖向腋墙或水平腋墙，变成双向受力板模型等措施。

4.地下室外墙不应设置暗梁，墙顶外侧竖向筋水平锚入顶板即可。

六、地下室基础设计

1.基础选用原则

首先判断能否采用天然地基，当天然地基时不能满足要求时，再考虑采用桩基础;在合适的情况下，可结合当地成熟经验，考虑采用复合地基方案。（一般情况下：天然地基<复合地基<桩基）

2.桩型、桩长的选择

a）当采用桩基时，桩型的选择应结合地质条件，并应提前进行试桩，找出经济合理的桩型和承载力。

b）提供相同承载力时的价格：空心方桩<管桩<实心方桩<钻孔灌注桩;一般情况下优先考虑选用空心方桩和管桩，在空心方桩和管桩因工程场地地质情况或地方规定不能采用的情况下，再考虑选择钻孔灌注桩。当场地持力层埋置较浅时，可考虑采用人工挖孔灌注桩。

3.天然基础形式

a）当采用天然地基时，一般采用筏板+下柱墩（无梁楼盖+柱帽），传力直接，经济性好，方便施工。

b）当天然地基持力层承载力高且底板水反力不大时，可采取独立柱基+防水板的形式。

c）当存在软弱土需采用桩基时：采用桩基承台+防水板的形式。淤泥质土层很厚时，管桩直径要大，承载力适当折减。

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