建筑地下室结构设计要点分析

沈钰婷

（兰州市城市建设设计院，兰州 730030）

1 引言

随着建筑行业的发展，地下室已成为现代建筑中比较常见的组成部分。地下室结构设计较为复杂，需要综合考虑建筑基础结构设计、人防要求以及建筑使用功能要求等多种因素，客观上了加大了设计难度。设计人员在设计地下室结构时，应按照相关设计规范的要求对各项设计参数进行科学取值和计算分析，准确把握各项结构设计要点，不断总结设计经验，优化设计方案，为提高建筑地下室结构的安全性、稳定性以及实现多元化使用功能奠定良好的基础。

2 地下室结构设计基本特点概述

在建筑地下室结构设计工作中，不仅需要充分考虑建筑结构的安全性和稳定性要求，并且要同时满足建筑地下室多元化使用功能的需要，还要全面考虑建筑地下室在结构强度、刚度、抗震、抗浮、防水、防渗以及人防等方面的要求，客观上加大了设计难度，对设计人员的专业水平也提出了更高的要求。

3 地下室结构设计要点分析

3.1 顶板结构设计要点分析

地下室顶板主要是指地下室顶部板块区域，连接地下室和建筑工程的上层结构，对建筑地下室结构的安全性和稳固性均有重要影响。在设计地下室顶板结构时，设计人员应充分考虑建筑地下室结构的承载能力、上层建筑载荷以及上下结构衔接等问题，同时，还应考虑相关管线设备的安装要求等。在计算建筑地下室顶板结构承载力时，设计人员应按照相关设计规范的要求，结合建筑工程上层结构的具体高度、建筑的使用功能以及建筑工程所在区域水文地质条件、覆土厚度等条件合理确定各项设计参数。且在计算取值时，还应注意建筑地下室结构设计在人防、抗震等方面的要求，以确保设计参数客观准确，设计方案科学合理。

以某建筑工程为例，上层建筑结构为32 层，地下部分为3 层，建筑面积约为42 000 m2，地下部分使用功能包括设备用房、停车场以及人防功能等。根据该建筑地下室工程的实际情况，在地下室1 层和2 层结构设计中选择无梁楼盖体系，将上部建筑结构预埋端作为地下室顶板。由于无梁楼盖结构能够用分布式工字结构形式取代传统梁体集中受力形式，可有效提高建筑地下室顶板结构的抗振动、抗冲击以及抗压能力，因此，在建筑地下室顶板结构设计中得到了广泛应用。在采用该楼盖结构体系时，为确保端跨安全，应将端柱帽设置于边支座位置，以改善边跨外支撑板带部分的抗弯性能。同时，通过设置柱帽可以使板带负弯矩增加，由柱帽构成的刚性区域能够有效承载负弯矩，使板带跨度减小。此外，在采用无梁楼盖结构体系时，端跨是结构设计中的关键环节。在设计实践中，为了达到降低边跨中部弯矩的目的，可以采用将角柱以及边柱部分冲切承载力适当增加的方式，且应在计算时将钢筋放大系数相应加大。

3.2 外墙结构设计要点分析

在进行地下室外墙结构设计时，设计人员应准确计算外墙配筋率以及静止土压力系数等，以确保地下室外墙墙体在垂直以及水平方向上的承载力达到设计标准。在确定地下室外墙面荷载时，对于水平方向的荷载设计应充分考虑人防负载以及地面负载的要求；在确定外墙竖向荷载时，应结合地下室外墙的承重要求以及自重等因素进行准确计算。在设计实践中，应通过弯矩调幅法和负载分项系数进行负载计算，如有必要，也可以采用多跨连续计算方式确保计算结果准确无误。计算负载时，应保持弯矩相同。在确定静止土压力系数时，应开展现场试验，由于土质的特点不同，静止土压力系数也存在一定的差异，以沙土为例，静止土压力系数通常在0.34～0.45，而黏性土的静止土压力系数则大多在0.5～0.7[1]。在计算外墙配筋率时，应结合地下室外墙尺寸等数据，通过双向板方式对外墙配筋率进行计算。而在计算地下室其他墙体配筋率时，则应采用单向板的方式，同时，地下室外墙配筋率应适当增加。此外，在地下室外墙结构设计中，应在墙体与土体之间设置混凝土保护层，保护层厚度应在40 mm 以上，选择混凝土强度等级时，应同时考虑结构的强度要求以及工程项目的经济性要求。

3.3 抗震结构设计要点分析

抗震设计也是建筑地下室结构设计工作中一个重要环节，特别是在地震高发区域，应确保地下室结构抗震性能符合抗震相关设计规范要求，以保证人员以及经济财产安全。设计人员应全面收集建筑工程所在区域的历史地震数据，科学确定抗震等级要求，优化结构设计方案。建筑地下室抗震结构设计应准确把握设计要点，提高设计方案的科学性和合理性。当建筑地下室空间面积较大时，通常应采用框支剪力墙结构形式，以提高结构的抗震能力。而在具体的抗震结构设计中，应合理控制剪切比刚度，控制转换层上下两部分剪切刚度比为1，同时，应适当提高转换层下方各层剪力墙的刚度，以保证建筑地下室结构在强震发生时能维持较好的弹性，从而提高建筑结构安全性。在框支层应采取相应的加强措施，但要注意的是，加强后的薄弱层位于转换层上方，因此，在设计转换层结构时，应以剪力墙底部为基础进行加强处理，并将加强层数控制在2 层以内[2]。在设计框支层结构时，为了提高剪力墙的延性，可以采取适当提高分布筋配筋率的方式，也可以采取将型钢增设于角部的方式。设计框支柱结构时，可以采用钢筋混凝土柱体以提高其变形性能及延性，还可以通过箱型结构的应用适当降低转换层高度。在框支结构设计中，应严格遵守抗震设计要求，合理控制框支层数，并适当提高框支层强度、刚度，以确保承载能力和弹性能够达到抗震要求，从而提高建筑地下室结构安全性。

3.4 防渗抗浮结构设计要点分析

在地下室结构设计中，还要充分考虑防渗抗浮方面的要求，特别是当建筑工程位于地下室水位较高及降水量较大的区域时。在设计实践中，结构设计人员应严格遵守相关设计规范要求，结合建筑工程实际情况采取科学设计方法，提高地下室结构的防渗抗浮性能。例如，可以适当抬高基坑底部标高，以改善防渗抗浮性能。还可以采用宽扁梁或无梁楼盖等结构形式，降低地下室净高，通过控制地下水水位的方式达到提高地下室结构防渗抗浮性能的目的。结构设计人员也可以结合建筑地下室具体情况采取加载顶板、边墙或基板的方式来提高防渗抗浮性能[3]。在设计过程中，还应不断优化设计方案，提高设计方案的可行性，为后续施工创造有利条件。在建筑地下室防渗抗浮设计中，可以采用设置抗拔桩的方式。其主要是向较为坚硬的岩体中嵌入抗拔桩，并结合灌浆处理等技术方法提高地下室基础结构的抗渗和抗浮性能。此外，在建筑地下室结构设计中，应采用掺有膨胀剂的混凝土，这样，可以利用混凝土具有的膨胀性将收缩值部分抵消，通过控制拉伸极限的方式达到减少结构裂缝、提高地下室结构防渗性能目的。目前，在建筑地下室结构防渗抗浮设计实践中还广泛采用了设置后浇带或膨胀带的方式避免混凝土结构出现裂缝问题。其中，后浇带技术可以有效控制混凝土结构出现变形缝，成为建筑地下室结构防渗设计的常用手段。而通过设置补偿收缩膨胀带，可以进一步提高混凝土的膨胀性，对于高度在60 m以上的建筑，地下室应采用膨胀加强带的设计方式，以降低混凝土结构出现裂缝问题概率，从而提高建筑地下室结构的防渗抗浮性能。为了使建筑地下室钢筋混凝土结构防渗性能得到进一步改善，在结构设计中可以选用抗变形性能较好的钢筋，以达到强化钢筋混凝土结构的效果，使其具有更强的抗拉能力。例如，可以通过加设水平温度筋的方式强化混凝土面层结构。为了解决建筑地下室顶底板约束力不同而造成的混凝土构件胀缩差异问题，结构设计人员可以在墙体中部设置水平暗梁，以起到抵抗拉力的作用，降低地下室结构出现裂缝的概率。

3.5 防水结构设计要点分析

在建筑地下室结构设计中，防水设计是关键环节之一，其设计质量和设计水平对建筑工程整体结构的安全性及使用功能的正常发挥有重要影响。因此，设计人员在进行防水结构设计时，应详细勘察建筑工程现场，全面收集工程项目所在区域的水文地质数据和气象数据，充分了解当地降水量以及地下水水位变化特点等信息，以合理选择建筑地下室防水结构形式及防水材料。目前，在建筑地下室防水结构设计中，大多采用防水混凝土、防水卷材等材料，设计人员应严格遵守防水设计规范要求，合理确定防水层厚度等各项技术参数，以提高建筑地下室的防水性能。此外，在建筑地下室结构设计实践中，由于目前很多建筑的地下室都具有停车场功能，因此，在设计中还要合理设置防水节点及疏水通道，以确保使用功能正常发挥。

3.6 垫层及保护层结构设计要点分析

在建筑地下室结构设计工作中，设计人员应按照相关技术标准的要求合理确定垫层以及保护层厚度、混凝土强度等级等设计参数，以提高建筑地下室结构强度及防水性能。其中，混凝土强度一般应在C15 以上，厚度应达到100 mm 以上，而防水混凝土结构层厚度则应在50 mm 以上。同时，设计人员应结合建筑地下室的工程具体情况及防水要求等对设计参数进行优化，以确保设计参数取值科学合理，全面提高建筑地下室结构的设计质量和水平。

3.7 建筑地下室超长结构设计要点分析

随着建筑工程规模不断扩大，近年来出现了一些超长地下室结构，加大了结构的设计难度。在对超长地下室结构进行设计时，防止整体结构出现裂缝或变形是设计工作重点。对于长度在40～60 m 的建筑地下室，设计人员可采用设置伸缩后浇带的方式消除结构内部应力。与普通后浇带相比，在超长地下室结构后浇带设计中，应将钢筋断开，并结合地下室具体空间面积以及钢筋尺寸规格等合理确定后浇带设计宽度。在设计实践中，也可以根据实际情况采用膨胀筋带或将配筋率适当提高等多种方式，以满足不同建筑工程地下室结构设计要求。

4 结语

地下室结构会对建筑工程整体结构质量和安全产生重要影响，因此，设计人员应充分认识到地下室结构设计工作的重要性。在地下室结构设计中，设计人员要严格遵守建筑地下室结构设计规范的各项要求，并结合建筑工程的实际情况准确把握地下室结构设计中各个环节的设计要点，优化设计参数，确保地下室结构设计方案科学合理，从而全面提高建筑结构的安全性和稳定性，为建筑地下室多元化功能的实现创造有利条件。