普通地下室结构设计要点及经济性分析

宣尧舜

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引言：

随着社会经济的发展，人们开始注重地下空间的利用和开发，当今大多数建筑物都配备有地下室，在地下室设计与建设过程中受到诸多因素的影响，需要设计师针对实际进行合理的设计，分析过程中的要点，多方面共同结合才能更好的设计出合理的地下室工程，并保证施工的质量。

一、地下室顶板设计要点

（一）地下室顶板载荷分析

一般情况下，对地下室顶板载荷进行分析时，首先要考虑来自于覆土的自重荷载、活荷载、消防荷载及施工荷载，其中，覆土自重荷载和活荷载较为容易确定。

消防荷载应考虑到受力形式和跨度，根据消防车道考虑消防车的荷载范围，使消防荷载布置范围最小化，从而节约建设成本。在施工过程中不可避免的会出现材料堆放现象，这也对顶板的荷载提出了要求，在设计过程中要考虑到顶板的施工载荷，每平方米不能少于5kN，在验算构件承载力的过程中，施工荷载的分项系数取1.5。

（二）地下室顶板构造要点

地下室顶板在设计过程中，首先要确定嵌固端，理论上讲，嵌固端是除了承受轴力、弯矩、剪力之外，其位移和转角全都为零的部位。而从工程实际角度来看，不存在理论上的绝对嵌固端。嵌固端作为一个区域，其嵌固也是相对的。在设计中应从局部构件内力，钢筋配置等方面考虑。作为上部结构的嵌固部位，在合理的范围内要采取梁板结构，配筋也应当采用双层双向的结构，不作为上部结构嵌固部位时，要考虑到地下室顶板实际存在的嵌固作用。除此之外，地下室结构设计还应当考虑抗震设计，在高层建筑中地下室作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应当按照上部结构采用。

二、地下室侧墙设计要点

（一）地下室侧墙载荷及内力分析

在分析地下室侧墙受力情况的过程中，要从不同方向和不同形式进行考虑。一般分为竖直和水平方向的载荷，竖直方向主要承受上部结构和地下室顶板结构之间的侧墙自重，水平方向的载荷则是主要是侧向土压力、地下水压力、室外地面活动等载荷，通常水平方向载荷产生的弯矩对地下室侧墙配筋起到了控制作用，地下室外墙可以根据支撑情况按照双向板和单向板进行水平方向的载荷作用计算。

（二）地下室侧墙构造要点

通常地下室的侧墙较长，不仅要满足承载力，也要能保证抗裂，因此混凝土的强度不应该过高；侧墙竖直和水平方向的钢筋应当双层双向布置，水平方向分布的钢筋不宜采用大直径钢筋。此外还应满足地下水技术规范要求，在结构厚度和裂缝宽度选取时考虑实际状况，迎水面的钢筋保护厚度应当控制在合理的范围内。

三、地下室底板结构设计要点

（一）地下室底板结构载荷和内力分析

底板主要承受底板自重和装修面层，底板面活动载荷，水浮力；当底板作为基础部分考虑时还承受竖向向上基底反力，无论是何种形式的地下室底板，水浮力在底板计算中占有重要影响，通常底板配筋由水浮力和基底反力控制，迎水面的钢筋由裂缝控制。

此外，在抗浮验算时，需要确定上浮力，在设计过程中要结合长期的水位观测资料，勘查最高水位，地下水补给和排泄条件等综合因素确定浮力，在抗浮验算过程中，考虑到地下室没有上部建筑时，抗浮设计水位较高时，应当采取抗浮措施，按照工程的具体情况进行要点设计。通常地下室的设计不会设立永久性结构缝，这样就会造成地下室整体结构超长，因此地下室设计中必须要考虑设置膨胀加强带、后浇带、加强配筋等防裂缝的措施，设计过程中应结合建筑物的实际情况选取采用。

（二）地下室底板构造要点

地下室底板除了要满足基本的受力要求外，还应满足地下室抗渗漏防水的要求，通常情况下，地下室的底板厚度和配筋要根据建筑物的实际情况进行设计，不能过小。而只作为防水板的底板，厚度一般不小于300毫米，除了满足这些要求之外，为了防止产生裂缝，还可以适当提高配筋率。地下室底板混凝土垫层强度等级不应小于C15，厚度不应小于100毫米，而在软质土层中不应小于150毫米。当采用独立基础加防水板的形式时，应在防水板下铺设适当厚度和长度的压缩性材料，这样能够避免因基础沉降而改变防水板受力特点。

四、地下室结构设计经济性分析

地下室结构设计经济性主要取决于基础、底板、顶板这三方面。通过大量的实际工程比较，可以大致分析如下:（1）在保证结构安全的情况下，优先选择天然基础，选择桩基础时，可采用开工前试验桩来确定桩的设计承载力，为最优化最合理的布桩提供条件。（2）带地下室大底盘多塔结构，控制主楼核心筒与周边的沉降差，可有效减小底板的计算弯矩，从而控制底板厚度，这也是影响地下室结构经济性的重要指标之一。（3）地下室顶板结构设计也是影响经济性的重要一环。通常顶板可采用井字梁、十字梁和大板结构三种布局方式。综合比较，当顶板荷载值≥700 mm覆土重量时，井字梁经济性最高。考虑到当前施工组织和人力成本也是影响综合造价的重要因素，当前常规项目多采用大板结构这种施工方便，受力合理的结构形式。

五、结语：

总体上来说，在地下室设计前期，设计师应当就工程整体情况进行考虑，首先确定嵌固端的位置，根据地下室和上部建筑实际用途确定抗震等级，在此基础上进行局部构件内力和配筋调整。在地下室顶板、侧墙、底板等关键结构进行设计时，根据各构件所承受的荷载和受力特点，选取相应的计算模型进行受力分析，选取合理的构造措施。此外还应重视地下室的抗浮验算，当不满足抗浮要求时，设计师应采取合理的措施进行抗浮设计，此外，地下室基础、底板、顶板是地下室结构设计经济性的重要影响因素，设计师应充分考虑，在保证结构安全的前提下控制造价。