关于建筑物地下室结构设计的探讨

蒋福升

城市建设日新月异，地下室也越来越大、越来越深，很多建筑物的设备房、消防水池和汽车停车位等都设在了地下室。这是城市建筑大型化、高层化以及充分利用地下室空间带来的结果。因此，地下室结构设计的合理性就显得尤为突出和重要。

现结合具体实例谈谈个人对消防水池设计的看法，本地下室为东莞市松山湖某大型住宅小区室外地下消防水池，建筑面积160㎡，顶板标高为-0.700m，顶板上有500mm覆土，其上尚设计有消防通道，水池蓄水量为220m?，水深约1.4m。地下室底板标高为-3.600m。地下室顶板厚度270mm、底板厚度为300mm。本工程采用框架结构，另配有钢筋混凝土侧墙壁。

当代城市建筑物地下室结构设计范围

当代城市建筑物地下室设计主要包括外墙设计、顶板设计、底板及基础设计、出入口坡道、楼梯等设计，如果是人防地下室，还包括人防口部设计。

（一）地下室结构荷载问题

地下室结构荷载包括核爆动荷载（考虑人防）、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合，结构设计时可依各工程的结构特点，根据规范要求进行荷载组合。地下室各部位参与组合的荷载分别为：

顶板：顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。本工程顶板恒荷载为覆土荷载及顶板自重，共为14KN/㎡，活荷载按结构荷载规范（GB 50009-2001）（2006版）消防车荷载取值，根据规范要求尚且可以按照地下室顶板消防车等效荷载计算进行折减，本工程按20KN/㎡进行计算。

侧墙：竖向：顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位），外墙自重标准值；横向：核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。本工程侧土压力较小，故按满水压力作为横向压力进行计算。

内承重墙（柱）：顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重，内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和，由大的荷载起控制作用.

底板：地下室底板自重，需满足的荷载要求。本工程具体考虑地下室活载为水荷载，按12KN/㎡取值。

基础：底板核爆动荷载标准值，上部建筑物自重标准值，顶板传来静荷载标准值，地下室墙身自重标准值。防空地下室进行荷载组合时，主要解决核爆动荷载作用下如何确定同时存在的静载问题。

（二）地下室顶板设计

地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座，其刚度越大，对上部结构的约束作用越好。因此，地下室顶板厚度不能太薄，一般取≥160mm。人防地下室顶板厚度还要满足人防要求根据《建筑抗震设计规范》GB5001-2001，地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，对楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率、楼层侧向刚度等都有具体要求，且地下室层数不宜少于两层。规范还明确规定，作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。这意味着当高层建筑地下室层数或总深层不仅仅由地基基础埋深决定，还必须考虑上述因素。结构计算时应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算并应包括地下层。当出现以下情况时，地下室顶板不应作为上部结构的嵌固部位：（1）顶板室内外板面标高变化超过梁高范围形成错层，且未采取措施；（2）顶板为无梁楼盖。本工程顶板设计厚度为250，单独作为地下消防水池使用，并无人防设计要求，并无上部结构。本工程地下室顶板采用梁板结构，混凝土强度等级C30，板面为双层双向12@150，满足最小配筋率0.2的要求。

（三）地下室外墙设计

地下室外墙计算时应进行弯矩调幅，底部为固定支座（即底板作为外墙的嵌固端）、考虑荷载分项系数、有多层地下室时应按多跨连续计算，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这类问题在地下车道中最为典型。车道侧壁为悬臂构件，底板抗弯能力不应小于侧壁底部。地面层开洞位置（如楼梯间）外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时，车道底板位于外墙中部，应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用。

本工程外墙荷载分别取墙内满水和墙外满水时产生的侧压力进行计算，由于本工程地下室只有一层，且外墙有扶壁柱、基础梁和压顶梁，故按照单块矩形板3.9mX1.65mx0.3m进行计算，配筋双层双向12@200，构造配筋。

（四）地下室底板设计

同外墙一样，地下室底板设计除满足受力要求外，还要满足地下室抗渗、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取40cm～60cm，配筋率一般取0.2%。地下室底板标高变化处应根据实际情况设置梁，梁宽不宜小于底板厚度，还应计算板的支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。桩箱、桩筏基础的地下室底板也是桩承台，还要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。地下室底板尚需满足控制裂缝小于0.2mm的要求。

地下室设计中抗浮、抗渗问题

南方地区地下水位一般较高，地下室结构设计中应特别注意只有地下室部分和地面上楼层不多时的抗浮计算，采用桩基时应计算桩的抗拔承载力。板、覆土的自重對结构有利，根据《荷载规范》计算强度时，荷载分项系数应取1.0。计算抗浮时，荷载分项系数应取0.9。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际设计时往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。

以下为部分工程常用抗浮措施：

1.在设计允许的情况下，尽可能提高基坑坑底的设计标高，间接降低抗浮设防水位。高层建筑的基础底板多采用平板式筏板基础和梁板式筏板基础。一般而言，平板式筏板基础的重量与梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当，但后者的基础高度一般要比前者高，在保证基顶标高不变的情况下，后者的基础埋深要大于前者。从而相对提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基础更有利于降低抗浮水位。

2.楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/22～1/16，宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高，从而相对降低了抗浮设防水位。

结语

现代城市建筑的地下结构设计是一个复杂的过程。特别是高层、大型建筑物上部荷载大，基础埋深较深，地下室与基础设计的合理与否直接影响它正常使用与造价。设计中与地下室相关的不少问题也逐渐变得突出起来，因此，设计时既要满足功能要求、安全可靠、经济合理，又要满足地下室结构抗渗这一特殊要求，以保证其正常使用。如何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系，是每个设计人员应该认真考虑的。

（作者单位：东莞市建筑设计院有限公司）