建筑工程地下室结构设计分析与探讨

袁景生

摘 要：高层建筑的地下室结构将涉及到许多较为复杂的知识，主要是满足人们多样化的生活需要。高层建筑地下室结构设计的关键是保证其承载能力、抗浮性、防水性、防渗性和预防沉降变形等。因此，设计师应不断提高自己的专业水平和设计水平，设计出安全可靠、功能强大的地下室结构。

关键词：建筑工程；地下室；结构设计

1 前言

建筑地下室工程所涉及到的内容是多方面的，并且其比较复杂。目前，在大多数的建筑工程中，都将地下室的建筑当成了其中非常重要的一个内容。在进行设计建筑地下室结構时，需要将地下室的功能、要求、抗震、抗浮抗渗等很多因素综合的考虑起来。既不能影响地下室的使用，还要保证其工程质量能够达到标准要求。为了从根本上提高建筑地下室的施工质量，就要加强对建筑地下室的结构方面的设计，以此来强化建筑地下室的功能。

2 建筑地下室结构设计的相关特点

地下室结构体系需要对地面的建筑体系进行参考。在项目前期方案协同设计时，应尽量使地下室的承重构件同地面建筑的承重构件相对应，使荷载能通过地下室自身的承重构件直接被传递到地基的基础上。按弹塑性工作阶段对钢筋混凝土自身结构的构件进行设计。由于结构的动力响应可能会降低结构设计的可靠性，所以不如先使结构构件进入塑性工作状态，使其吸收更多能量，提高材料的设计强度，可使材料尽可能得到完全利用，有利于提高经济效益。在爆炸动荷载状态下只进行强度计算，不计算变形、裂缝和地基承载力。对于地下室其自身结构抗震的要求给予关注，使其自身的抗塌毁能力有所提升。在最初进行地下室设计时，需对其自身选择的材料强度等级，结构组件自身最小的厚度及最小配筋率等给予考量。此外，还应按照地面高层建筑设计嵌固端构造及超长结构的差异沉降进行处置等。

3 现代建筑地下室结构设计的原则

3.1 一定要选择合理的地下室结构计算简图

在进行现代建筑地下室结构设计时，最重要的一个依据就是地下室结构计算简图。所以，一定要将此重视起来。如果由于不谨慎，选择了一个不合理的地下室结构计算简图，那么就会使得建筑地下室在缺乏科学依据的基础上进行地下室的结构设计，从而会影响到整个建筑物的施工质量。

3.2 在设计地下室结构时一定要在合理性的基础上进行

在对现代建筑地下室结构进行设计的过程中，要将建筑物的整体功能与建筑物所在区域地理环境的特征充分的结合在一起，对影响地下室结构的周围的环境以及条件进行详细的分析，最后将各种因素综合的考虑在一起，选择出最合适，最科学的设计方案。

3.3 要保证现代建筑地下室结构设计方案的合理性

在对现代建筑地下室结构进行设计时，要将建筑物的特点充分的考虑在其中，根据建筑物本身的特点选择适合本建筑的地下室的结构形式，从而对地下室结构的设计方案进行合理的优化。

4 地下室结构的设计

4.1 地下室防火、汽车库与设备用房分区设计

地下室防火区面积通常为五百平方米，而建筑地下车库的防火分区为两千平方米，如果地下室局部设置自动化喷淋系统，可使得局部面积翻倍但是不可超过两千平方米。高层建筑主要包括展览区、商业营业区等，在初期设计环节需要考虑自动化报警和灭火系统，并且确保在装修施工过程中不适用易燃易爆建筑材料。汽车库防火分类按照以下数据：地下车库的种类包括小型车库（四类）、中型车库（二类、三类）、大型车库（一类）；地下车库容量和面积，小于等于五十辆汽车的车库面积为两千平方米以下、五十至一百五十辆汽车的车库面积为两千至五千平方米、一百五十至三百辆汽车的车库面积为五千平方米至一万平方米、三百两以上辆汽车的车库面积为一万平方米以上。此外，在进行停车场与车库设计环节需要注意室内停车场建筑的面积不可以归入车库建筑总面积中。如果室内停车场和地下车库没有连接通道，需要对室内停车场的汽车数量进行单独计算，反之则需要计入汽车库汽车总数量内。

4.2 地下室防火设计

防火和防护单元的分区设置需要尽量结合，防止出现人防防护分区覆盖或跨越防火分区。防护单元建筑面积有着一定的变动性，在建筑方案中如果人员掩蔽工程防护单元按照掩蔽面积小于或等于八百平方米进行划分；配套工程面积按照掩蔽面积小于或等于两千四百平方米进行划分，则新规范中人员掩蔽工程面积按照建筑总面积小于或等于两千平方米进行划分；配套工程面积按照建筑总面积小于或登记四千平方米进行划分，确保人防和防火的分区能够良好结合。此外，地下车库防火的分区面积需要小于或等于四千平方米。最佳建筑设计为，防火分区内增设两个防火单元，或者平均每个防火分区为一个防护单元分区，实现平站转换便捷。

4.3 抗震设计

因地下室周边有很大刚度的挡土侧壁并受到外侧土压力的限制，在地震作用下其侧向位移必然会受到土的约束，所以地下室对高层建筑上部结构的嵌固效果是客观存在的，因此上部结构底部的水平地震力通过地下室顶板进行传递是必然的，故高层地下室顶板必须具有足够的刚度和较强的整体性，以保证可将上部结构的地震力进行有效传递。带地下室的高层建筑，当地下室顶板视作上部结构的嵌固端时，地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下一层；地面以下结构的地震响应逐渐减小。因此，规范规定地下一层的抗震等级不能降低，而地下一层以下不要求计算地震作用，其抗震构造措施的抗震等级可逐层降低。

4.4 抗浮、抗渗设计

地下室的特殊位置决定了其与土和水的接触非常密切，当地下水位较浅、地下室层高过大或是埋深过深时，地下室底板上的水浮力常会大于地下室总配重；当超载的水浮力不能被平衡时，地下室基础底板易上浮变形，进而造成开裂或是不均匀沉降，因此需要进行抗浮设计考虑地下水浮力的不利作用。地下室的抗浮设计有以下途径：一种是增加底板以上结构的配重，包括增加覆土厚度、加大顶板和底板的厚度等以增大上部结构的重量，但这种方法是以牺牲地基的承载力为代价的，势必造成浪费；第一种方式是采取必要的措施减小水浮力（或者称为降低水头），主要通过设置明沟、暗沟和排水井和抽水泵等措施，将基础底板下的地下水排走从而降低水位以减小水浮力；第三种方法是采取措施分担或抵消多余的水浮力，主要是设置抗拔桩或是抗拔锚杆，这也是工程中使用最多的方式。

4.5 地下室抗裂处理

地下室裂缝出现的主要原因是混凝土材料中土体量过大，在长期使用过程中使得结构中伸缩缝间距不断扩大而造成的长度裂缝。同时，混凝土材料在实际施工过程中出现干缩、水泥的水化热等现象也是导致地下室楼板和墙体出现裂缝的又一重要因素。因此，在实际设计环节，需要采用以下对策：第一，增加施工的后浇带操作，将混凝土约束力最大程度上发挥出来。第二，通过在混凝土材料中增添微膨胀物剂，强化混凝土材料补偿收缩性能。采用混凝土膨胀程度来缓解收缩值，最终实现抵消裂缝这一目标。第三，强化结构构件抗拉程度，增加地下室外墙水平钢筋配筋比例，进而降低水平钢筋的间距。

5 结语

高层建筑的地下室结构会涉及到许多相对复杂的知识，同时其中也出现了非常多的问题并未得到合理的处置。相信在日后我国的学者也会致力在对于地下室结构设计有关问题的处置上，使高层建筑其自身地下室结构设计水平得到提升。

参考文献：

[1] 张士兴，尹硕，张玉品等.地下室外墙单面模板支撑技术[J].建筑技术，2016（8）：752～754.

[2] 曾漭.地下室顶板开洞对上部结构嵌固端的影响[J].建筑技术，2016（7）：590～592.