建筑工程地下室结构设计探究

【摘要】伴随我国建筑行业的进一步发展，其结构形式也变得更加多样化和复杂化，现阶段，不少建筑工程都有地下室结构，对地下室结构的合理设计不仅能显著提升建筑的空间利用率，同时还能为建筑功能的充分发挥提供保障，使建筑物始终保持稳定安全的状态。本文笔者就针对建筑工程地下室结构设计进行了分析和研究。

【关键词】建筑工程；地下室；结构设计

1、建筑工程地下室结构设计的主要特征

对于现代建筑工程来说，其地下室主体结构设计主要涉及到底板、外侧墙、顶板等部位，要求设计人员必须高度重视这些主体部位的设计工作，尤其是在孔口防护设计的时候，应重点关注防护密封门的选择、门框墙的计算等环节。在进行地下室结构计算的时候，应当注重计算方法的科学性与结果的精确性，整个地下室结构的基础是地下室底板。

2、建筑工程地下室結构设计的关键环节

2.1顶板设计环节

地下室顶板是建筑工程地下部分与地上部分相互衔接的重要部位，其综合质量的高低将直接影响到整个建筑工程地下部分与地上部分之间功能的协调发挥。所以，在对地下室顶板进行设计的时候必须仔细谨慎。设计人员应当结合当地的土质条件、作业设备的高度、建筑的基本功能等多方面的因素，对地下室结构进行优化设计。

2.2外墙设计环节

在建筑工程的地下室结构中，外墙结构往往需要承受较大的压力，其压力主要来源于以下几个方面：第一是上层建筑的质量所造成的压力；第二是水平方向与垂直方向的外力作用。除了上述两类主要压力以外，地下室外墙结构通常还会受到当地自然灾害带来的压力作用。这就要求设计人员在进行建筑工程地下室外墙结构设计的时候，必须全面考虑到各种类型的压力作用，通过科学合理的设计来提升外墙结构抵御外部压力作用的能力。

第一，荷载。地下室外墙竖向荷载应当有上部与各层地下室顶板荷载、外墙自重组成，水平荷载主要是指室外地坪活荷载、地下水压力以及侧向土压力和人防等效静荷载。对于室外地坪活荷载而言，主要是民用建筑室外地面，其中包含了停放消防车的地面，活荷载一般为5kN/m2。对于有较重荷载要求者，按照实际工况条件而定。地面活荷载对地下室建筑外墙的压力是沿墙高度向均布荷载Px，其计算公式为：Px=qx.Ka= qx/3，其中qx代表的是地面活荷载。对于水压力而言，水位高度建议按照近3至5年内最高水位而定，其中上层滞水不包含在内。对于土压力而言，如果地下室选用大开挖方式，而且没有护坡桩、连续墙支护的情况下，地下室建筑外墙的土压力建议选取静止土压力，其系数为K0，并且对普通固结土取K0=1-sinφ（其中φ代表的是土的有效内摩擦角），一般以0.5为宜。当地下室施工过程中采用的是护坡桩或者连续墙支护时，计算外墙土压力时应当充分考虑基坑支护以及地下室外墙的作用力，或按静止土压力乘以折减系数0.66近似计算，Ka=0.5x0.66=0.33，与主动土压力相当。地下水位以下土的容重近似为11kn/m2，风荷载和地震区地面运动使土压力超过静态土压力而有所增加，但其对外墙平面外产生的内力较小，可忽略不计。

第二，荷载设计值。根据建筑结构荷载规范要求，如果活荷载占总荷载之比不超过20%，γG=1.35， γQ=1.40，ΨC=0.7，此时综合分析建筑外墙荷载分项系数为1.30。

第三，计算简图。如果地下室建筑无横墙，或者横墙间距超过层高2倍，底部、刚度较大基础底板相连时，可作为嵌固端；同时，顶部支座条件应当视其主体结构而定。如果与建筑外墙对应主体结构墙是剪力墙，则首层墙体、地下层建筑外墙连续，此时对建筑外墙形成约束力。主体结构的外墙往往开有较大的门窗洞口，其对外墙的约束 很有限。当外墙顶 部应按铰接考虑。地下室中间层可按连续铰支座考虑。地下室外墙就如同下端嵌固、上端铰支的连续梁。地下室内横墙较多，而且其间距不超过层高2倍，地下室建筑外墙类似于下端嵌固以及上端铰支的连续双向板。有的工程基础底板上有较厚的覆土，这时最下层外墙的计算高度应视该层地面做法而定。如为混凝土面层较厚的刚性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，则外墙计算高度可算至地下室地坪。

2.3抗浮设计环节

若建筑工程所在地的地下水位较深、埋藏较浅，则一般不用考虑地下室结构的抗浮问题。但对于某些建筑地下室埋藏深度较高的情况，则需要重点关注抗浮问题。一般来说，高层建筑工程在设计的时候都必须提高对基坑坑底设计高度的重视度，在确保基础得到适当提升的前提下，对抗浮防水位进行适度降低。在对高层建筑的基础底板进行选择的时候，可考虑梁板式与平板式两种筏板类型。对于抗浮水位的控制来说，最好选择平板式筏板基础。在实际设计的时候，通过对地下结构的层高进行适当降低是达到抗浮设计标准的有效方法之一。

2.4抗震设计环节

为了避免地震等自然灾害对建筑工程的基础结构造成损害，就必须做好地下室结构的抗震设计工作。对于一般的地下室来说，其层高的1/3应比室外地坪顶板的高度高出一些。按照我国出台的有关建筑工程抗震设计的规范文件，在进行地下室结构抗震设计的时候必须满足以下要求：第一，对于建筑的地上一层来说，其侧向刚度应当控制在地下一层侧向刚度0.5倍的范围之内，同时，与其顶板相互连接的地下室周围必须具备设计科学而严谨的施工抗震墙。

2.5防水设计环节

对于地下室主体结构的防水来说，普遍采用的是结构自防水，即利用防水混凝土来发挥防水功能。市场上比较常见的防水混凝土主要包括膨胀水泥防水混凝土、外加剂防水混凝土等类型，在进行防水混凝土选择的时候，应当充分考虑到建筑地下室结构的抗渗等级要求。而在进行节点防水设计的时候，则应当在后浇带、变形缝等比较薄弱的环节采取一些有效的防水举措。例如，提高渗水路线的长度、设置止水带等。

3、建筑工程地下室结构设计应注意的问题

在对地下室外墙结构进行设计的时候，应当尤其注意荷载、配筋计算以及静止土压力系数的确定等问题，在配筋与荷载计算中，应当考虑到多方面的影响因素，采取科学有效的计算方法，安排专业人员来负责此项工作，以确保计算结果的精确性。静止土压力主要是通过试验来进行确定的，若遇到不能开展试验的情况，则可根据土壤的性质进行取值，一般来说，粘性土可取0.5～0.7；砂土可取0.34～0.45。在进行建筑地下室结构平面设计的时候，设计人员应注意对建筑采光、通风、排水、防火等问题的综合考虑，尽量使上述各专业实现密切配合。

结语：

综上所述，在开展地下室结构设计工作时，设计人员应当重点关注顶板设计、外墙设计、抗浮设计、防水设计等关键环节，着力控制好每一细节内容的设计质量，这样才能使地下室结构设计方案具备科学性与可行性，从而为整个建筑工程的设计与建设质量提供保障。

参考文献：

[1]郑堃.住宅建筑地下室主体结构防水工程设计与施工初探[J].建筑工程技术与设计，2018，（36）：637.

[2]赵蜀闽.简析建筑地下室人防结构工程设计的原则及设计要点[J].建筑工程技术与设计，2018，（28）：955.

作者简介：

蒋维燕，中国美术学院风景建筑设计研究总院有限公司，浙江杭州。