关于建筑地下室结构设计的分析

秦虹悦

【摘 要】 目前城市建筑中，地下室的结构设计问题日益凸显其重要性，高层建筑中的地下消防设施和水电供暖设备以及地下车库等都设置在地下室，这样不但极大的利用了地下空间，还满足了基础设施要求深埋的要求。本文将针对地下室结构设计中会遇到的困难，提出几点相应的解决对策。

【关键词】 建筑；地下室结构设计；分析

引言：

建筑地下室设计是整个结构设计部分的重点，也是难点之一，作为设计师应该注意积累地下室设计经验，只要准确把握设计要点，结合规范，全面考虑影响地下室结构设计的诸多影响因素，以合理设计为前提，尽量降低建筑成本，最大限度保证高层建筑的安全性、适用性和耐久性是完全可能的。

一、地下室结构的组成

地下室的种类较多，按照不同的分类标准有不同的分类，其中按照使用功能有普通地下室和防空地下室，按照顶板的标高划分有半地下室和全地下室，按照地下室结构材料的不同，又有砖混结构和钢筋混凝土结构。

通常情况下，一个地下室主要由顶板、底板、外墙、门窗、采光井、楼（电）梯等几个部分组成，顶板一般是采用预制混凝土板或现浇板，在设计顶板厚度时通常是按照首层荷载计算结果确定；底板应高于地下水位高度，在无压力作用可能的情况下，可以按照一般的地面工程进行处理，若底板高度低于地下水最高水位，须考虑到水的浮力荷载，采取一定的措施确保底板有足够的强度、刚度、抗浮和抗渗透能力；地下室的外墙厚度按照一定的计算进行确定，通常情况下，厚度至少要达到30厘米；门窗的设计一般是与地上建筑一致，若窗台在室外地面以下，还应设置采光通风井；设置采光通风井时，每一個窗子均应有一个采光井[2]；地下室的楼（电）梯可与上部建筑结合设计，规模较小的地下室也可设置单跑楼梯，还须确保地下室安全出口处无较高的建筑阻碍。

二、地下室外墙结构设计

1、现代建筑多为高层建筑，在建筑中，水平荷载对建筑的影响非常大，而通过合理利用地下室外墙的外侧土抗力，能够分担建筑的的荷载，降低上部结构的应力。而要在地震和风荷载作用下将水平荷载安全地传递给地下室周围的外侧土，就须要保证外墙在外侧压力作用下具有一定的强度和稳定性，在设计时，既要通过实践明确静止土压力系数，也应注意到横向荷载、竖向荷载及活荷载等方面，而通常情况下，竖向荷载作用的内力不起控制作用，在设计时可以不作过多考虑，只按照横向荷载作用对墙板产生的弯矩来计算配筋。

以外墙高度4.8米，水位高出基础顶部1.6米，外侧填土高处墙顶0.5米的无钢筋混凝土底板地下室为例，通过静止土压力的计算可得出具体的外墙荷载分布。之后再根据以上结果计算出配筋并确定选筋方案。而由于混凝土结构的地下室，外墙混凝土易出现压缩，产生的拉应力大，易导致收缩裂缝的出现，不仅影响到地下室的正常使用功能，还会对结构的耐久性和稳固性带来不良的影响，因此，在外墙设计计算时，还应当确定合理的裂缝控制限制。在地下室长度过程时，为防止外墙出现沿墙的竖向裂缝除了以上所说可以通过设置后浇带或使用混凝土膨胀剂外，还可以通过设置膨胀加强带、增加水平分布筋的方法来解决这一问题。

2、外墙机构设计

地下室的外墙承受着竖向荷载和横向荷载，其中竖向荷载是来自上部的传重和地下室楼盖的自重，水平荷载是来自侧向土压力、室外的地面活载、地下水的侧向力等。通常情况下，地震引发的内力或竖向荷载等起不到控制作用，因此，是地下室的水平荷载所产生的弯矩确定墙体配筋，竖向的荷载压弯作用通常不必考虑，按墙板的弯曲值来计算弯曲配筋。

在对地下室的外墙截面进行设计时，会由土压力引起永久的荷载效应，取静止土压力作为外墙承受的压力，通常情况下，静止土压力要用实验来确定，如果不具备条件做实验时，黏性土要取0.5到0.7，沙土要取0.34到0.45，当水位稳定时，水压力依照永久荷载确定分享系数为1.2；当水位不稳定时，水压力依照可变荷载确定分项系数为1.3。当有人防要求时，外墙的永久荷载系数可取1.0到1.2，1.0的分项系数作为抗暴等荷载的取值。

在进行地下室外墙设计时，外墙配筋的计算，不是依照扶壁柱的大小来计算的，而是依照双向板来计算的，扶壁柱的配筋要依照地下室的整体电算结果进行计算。假如按照扶壁柱与外墙变形协调进行设计，会使外墙的竖向配筋不足，水平分布筋富余，扶壁柱的配筋过少。

在进行地下室的底板标高设计时，在其标高变化的位置仅仅设计一根梁柱，宽度还低于底板的厚度，仅靠两侧的传递板得轴筋支座弯矩无法满足要求。楼梯开口的外墙顶部没有楼板作为支撑，因此配筋构造和模型都应该同实际相符才对。

三、平面结构设计和外墙结构设计问题

1、平面结构设计问题

在进行地下室平面结构设计时，要综合考虑地下室的通风要求、采光要求、功能要求、防火要求、人防要求以及管道的埋设排水要求。例如在地下室的长度超出规定时，要确定是否需要设置变形缝，一般而言，尽量不设或者少设为妙，因为变形缝的位置很难做防水处理，设计者可以使用混凝土或设后浇带及地上设缝的方式，取代地下设缝的设计。当地下室过长时，可以通过合理调整平面，对地下室进行平面分割的设计，用比较狭窄的通道进行相互连接，用于满足管道相连和使用的要求，从而把变形缝设计在通道的位置，这样接缝处会受力较小，方便补救。地下室的通风采光井的位置设计非常重要，如设计不当会影响到结构的稳定性。

2、地下室基础底板的配筋率设计问题

基础底板的厚度必须要满足墙体的抗撞切要求，另外还要配设抗弯钢筋。通常情况，我们只需配设构造钢筋，依照混凝土的设计要求，最小配筋率是0.15%。在设计中，基础底板的配筋率要严格加以控制，对厚底板的配筋率只需要控制在0.10%到0.12%之间，过高的配筋率会造成浪费。

3、地下室的防震设计问题

高层建筑基础掩埋是为了稳定地基，降低建筑的整体倾斜，阻止其滑移或倾覆，埋置一定的深度，可以起到良好的抗震作用。钢筋混凝土的高层地下室的机构设计要求，如果是采用桩基时埋深不得小于1/15H，采用天然地基时埋深不得小于1/12H。房屋高度H是指室外檐口到地面的高度，其中不包括突出的电梯间、水箱等部位的高度。

地下室设计不合理会影响整体的抗震性能，地下室的埋深高度要大于外地面以上的高度，总高度才可以从室外的地面开始算起，对于地下室的墙柱结构设计要同上部的结构协调一致，对于地下室顶板的板面的内外标高发生的变化超过梁高就会造成错层的形成，要采取相应的措施加以处理，不然不能作为上部结构相应的嵌固部位。当地下室的顶板当做上部结构相应的嵌固部位时，其地下一层以下的抗震等级要根据实际情况使用三级或者四级，地下一层结构的抗震等级要和上部结构所采用的等级一致。

4、地下室的消防车荷载的设计问题

偶然荷载一般在正常使用的期间不会出现，但是一旦出现会在短时间内产成巨大的荷载，通常所遇到的偶然荷载有火灾、爆炸等。因为消防车通常荷载很大，它的取值对于截面及配筋有很大影响，也算是一种偶然荷载。依照规范规定，在荷载效应中，偶然荷载的取值不应该乘以分项系数。那么在通过结构软件进行计算时，要对消防车的荷载进行折减后再输入，不然程序会自动计算出的数据，会放大消防车的荷载。

5、保护层的垫层厚度设计问题

地下室的混凝土垫层和钢筋保护层的强度等级要按规范加强。地下室的结构厚度不能小于250mm，而裂缝宽度则不能大于0.2mm，且不可以贯通，其迎水面的保护层厚度不可小于50mm.作为保护层的防水混凝土其结构的底板垫层，不能小于C15的强度等级，其厚度不能小于150mm，假如是在软弱土层，其厚度不能小于150mm。通过工程的实践结果表明，假如结构厚度小于规范的取值，迎水面保护层厚度不按照规范取值，都会引发水渗漏的问题，因此在进行设计时，应特别注意按照规范要求进行取值。

四、结束语

城市化进程的加快，使得现如今城市人口数量急剧上升，因此高层建筑变得越来越多，在高层建筑中对于地下室和地下车库的需求也随之增多，因而在建筑设计中，要考虑到地下室机构的设计是否合理，是否满足基础设施的埋设要求。同时使这些高层建筑中的地下室结构设计变得尤为复杂，因此我们的设计师在进行设计时，一定要把握好合理、适用、安全的原则，通过合理的设计，使地下室的空间得到最有效的利用，能够给人们带来最大化的社会效益，以此满足真正的设计要求。

参考文献：

[1]何锋.建筑工程地下室结构设计研究[J].建材与装饰：中旬，2011（4）：261-262

[2]冯浩钊，关于地下室结构的设计――以中山某住宅小区的地下室设计为例[J]，城市建设理论研究（电子版），2012（6）：816-817

[3]徐晓红，刘国光，徐有華.某地下室的结构优化设计及经济性比较[J].浙江建筑，2011（5）：857-858

[4]张昭.浅析高层建筑地下室结构设计[J].中国新技术新产品，2012（12）：654-655