建筑工程地下室结构设计分析与探讨

申亚青

（国策众合 （北京） 建筑工程设计有限公司晋城太行分公司， 山西 晋城 048000）

近年来， 随着我国城镇化进程不断加快， 人们对建设项目的需求越来越高。 虽然有些建筑在进行设计时没有地下室， 但在遇到相应的工程时， 还是要进行科学的设计。 在整个工程中， 由于地下室的结构与人类的综合发展有关， 因此， 为了改善整个建筑的设计质量， 必须保证其效果。 为此， 为满足建筑的使用功能及结构本身的需要， 解决建设工程地下室的结构问题， 提高其结构的质量， 促进其设计就很关键。

1 建筑工程地下室结构设计原则

1.1 高效选择构造测量图表

在地下室的结构设计中， 必须以测量图纸为主要依据， 若不能根据不同的实际状况选择合理的计算方案， 将会对其结构的设计与施工造成不利的后果， 会给住宅建设质量和安全性带来风险。 因此，结构设计者应该仔细地对建筑物的优势、 规律等进行细致的剖析， 并在综合考量的基础上， 选取相应的评估方案， 保证测量图表严谨、 科学。

1.2 合适的设计方案

在施工条件、 地质环境条件、 工程材料等方面，运用规范等因素进行全面的分析， 确定地下室的结构设计方法， 不断修改和提高设计规划， 最终得出具有良好社会经济效益的设计规划。

1.3 合理选择地下室结构基础

由于工程建设的地理位置、 施工条件和周围的条件不同， 选择的规划方案也不尽相同。 因此， 必须对影响地下结构的各种因素进行全面的研究， 在进行全面的综合考量后， 才能确定合理的地下空间结构的基本特征及影响， 确保建筑物的安全[1]。

2 当下建筑地下室结构的设计特点

近年来， 随着我国的建设规模越来越大， 地下室的特点也越来越多样化。 从最初单纯的储藏性质到目前的多功能建筑， 例如大型的商业区和新的人防工程， 这样的功能必须有更高层次的体系。 不仅要具备较高的设计水平， 还要具备先进的设计思想。地下室的地下结构是整个建筑的基础[2]， 因此地下室的结构设计对于整个建筑的设计与应用起着举足轻重的作用。

3 建筑工程材料控制

为了能够保证整个施工的质量， 必须加强对混凝土和钢筋的质量控制， 以确保在所有的工程中，不会因为混凝土的骨料颗径和混凝土的崩塌， 以及钢筋的承载性而导致的施工进度和质量受到影响。不符合要求的产品绝不能用于工程建设中， 是确保工程建设能够顺利进行的， 在完工后能合理地发挥自身的功能的先决条件[3]。

4 建筑工程地下室结构设计中的问题分析

4.1 建筑地下结构的抗震设计难点

在进行工程建设时， 应认真地进行地震设计，做好地震的规划， 并严格排除存在的缺陷。 如果地下室的建筑被毁或者坍塌， 那么整个建筑的性能就会变得不稳定。 不同的住宅结构， 其地震作用也存在着差异， 因此， 在进行地震反应时， 需要进行科学的研究。 其中确定地下室抗震等级、 地下室结构水平及竖向地震作用、 内力设计值、 梁、 板、 柱的计算； 在进行混凝土强度、 断面的设计时， 必须按照工程结构的抗震规范进行， 并保证地下室具有足够的埋置深度， 而随着建筑物的高度增加， 地基的深度也相应增加， 从而保证结构的可靠度， 增强其抗震性能。 所以， 做好结构的抗震设计， 是实现地下室结构设计合理化的先决条件。

4.2 地下室结构设计的不合理

由于地下室的防水构造在设计中起着举足轻重的作用， 许多地下室的结构前期不具备实地调研和踏勘， 使得准确的检测地下室的防水性能变得更加困难。 地下室防水的质量好坏， 与地下室的安全和寿命密切相关， 如果防水设计有问题， 会导致地下室局部渗漏， 影响正常的地下室功能。 局部渗漏的面积大小不一， 但对地下室的使用非常不利， 其影响尤其严重， 若是不合理的地下室构造造成局部渗漏， 会造成涌水、 潜流、 泥沙运动等问题， 同时也表明， 地下室结构刚性自防水功能已经失效， 而防水涂层的整体防水层也被破坏， 地下室设计决定着防水工作能力是好是坏。 因此， 首先要强化地下室的品质， 注意到地下排水的难点， 避免由于不合理的地下室构造造成的工程漏水问题。

4.3 抗渗、 抗浮设计问题

虽然在建造的时候， 也会受到周围土壤的影响，但是在经过了处理之后， 还是会出现一些意外。 在进行地下室的工程设计时， 一定要做好防渗透工作，把防渗透作为一个重要的环节来加强。 为了达到抗渗层的目标， 主要方法包括: 采用补偿式收缩混凝土， 有效设置伸缩后浇带或膨胀加固带， 选用抗压强度低的混凝土， 适当提高配筋数量等。

地下室位于地面以下， 由于某些工程所处地区的地下水位较高， 因此， 必须根据地下室的实际情况进行科学研究和现场勘察， 确定合理的抗浮设计水位， 以保证设计、 施工的合理性。 通过选择平板式筏型基础， 增加地下室净重， 设置抗拔桩、 抗拔锚杆等措施， 解决了地基抗浮性问题[4]。

5 建筑工程地下室结构设计分析

某工程总建筑面积155536m2， 地上建筑面积97728m2， 地下建筑面积57808m2， 地下室结构设计分析如下。

5.1 外墙结构设计

在进行设计时， 应考虑到其所承受的垂直和水平方向压力。 在垂直方向上， 住宅建筑的底层结构应承受上层结构所带来的竖向压力， 而其水平工作的压力是建筑周边土和水层的压力、 地下室外墙人防等效静荷载以及室外地坪周边道路的堆载和载荷。但在地下室外墙结构中， 由于竖向荷载和地震荷载产生影响， 通常不能起到控制所用， 应充分注意水平荷载， 水平荷载影响外墙产生的弯矩对墙体配筋有根本性的影响。 因此， 在进行墙体结构的设计时，要准确确定其所承受的工作荷载， 并需要确定墙体各种材料的标号及规格， 并通过计算使得整个地下室墙壁的承载力满足设计规范的需要。 如图1 所示。

图1 地下室墙转角以及与板转角相交节点做法

5.2 地下室抗震结构

中国的现代建筑在设计上越来越注重对其进行抗洪、 防震等多种因素的影响。 尤其是在高震地区，建筑结构的抗震性能和地基的设计越来越受到人们的关注。 随着中国城镇化的快速发展， 许多高层小区和多层建筑都需要加强工程建筑整体和地下室的抗震性能。 地下室的结构设计是地下室设计中的一个重要环节， 它与地下室的深层结构、 墙壁结构、原材料等有着紧密的联系。 在地下室的施工和设计中， 设计师必须要对地下室的所处位置及周边环境等进行全面的了解， 了解地下室的具体地形、 自然地理条件， 结合地下室墙面结构加固处理技术， 确保地下室的墙壁、 地下室埋深的规范化， 使地下室的抗震工作能力完成标准化。 另外， 要保证地下室的防震等级规范要求， 另外， 还必须保证地下室的防震等级相应等级， 确保在地震中地下室的整体抗震能力， 避免重大灾难的发生[5]。

5.3 平面结构设计

建筑场地的基础设施的布置是进行地下室规划的前提。 方案的结构不仅要保证良好的面积和合理的布置， 而且要提高总体的承载力。 在保证建筑用地的占地和合理的布置类型的基础上， 进行有效的规划操作。 对于居住建筑， 可以进行相应的地下空间相应的缩减， 提高地下室的整体面积。 如宾馆饭店和写字楼等， 应在地下室内设置足够的地下车库，同时满足总的承重要求。 建筑师要结合建筑布局的设计， 将整个建筑的效果分解开来， 从而保证了建筑的功能。

5.4 结构选型的设计

在地下室的设计中， 不仅要保证建筑的抗侧向力刚度， 还要保证其承重性能， 这样才能将水平作用力所引起的侧向力控制在允许的限度内。 应全面度量和分析构件的应用领域、 安全因子等因素， 以体系的构造形式为基础， 以承载纵向和横向荷载为主。 混凝土框架必须具有很高的抗压能力， 从而降低了结构在整个工程中的破坏。 布置方案相对性简单， 对称， 使负荷分布均衡。 该工程的地下室构造形式是在主楼区域内与主楼上部构造， 环绕着主体结构， 裙房和地下室部分采用了钢筋混凝土结构，保证了整个建筑的连贯性和平滑度。

5.5 抗浮、 防渗设计

在地下室抗浮防渗设计中， 往往存在地下水与检测结果不符合要求或检测资料中未将地下水的浮力和变幅计算在内， 抗浮法测量不符合国家标准等。地下室抗浮力的主要依据是地下水及水位线的变化情况。 其实， 在地基抗浮力的计算中， 仅仅是满足地基的正常使用阶段， 而忽视了建设施工期间和洪水暴雨期间的情况， 就会造成部分的损坏。 因为地下室的占地面积比较大， 所以地下室上边并没有什么建筑。 这种情况导致了地下室防浮的设计更加复杂、 很难处理。 因此， 必须对结合地质勘察报告对建设场地地层作详细分析， 然后再进行抗浮设计。

5.6 结构超长处理

当地下室结构比较长时， 应考虑到施工中存在的问题。 一般来讲， 40m以上的建筑比较常见， 但是在处理的时候， 还是要注意质量的问题。 在进行工程的时候， 设计者要考虑到地下室所受到的温度的影响， 特别要注意周围的荷载对地下室结构的影响， 以免产生裂缝。 在处理更大的地下室裂缝时，设计者可以清楚的建议选用补偿混凝土， 设置后浇带﹑在混凝土中掺入聚丙烯纤维和抗裂防水剂、 控制混凝土的内外温度差总降差及入模温度， 搞好混凝土的维护保养工作等方法并对抗压强度工作能力等做好保障， 提升地下室整体质量。

5.7 防水设计

为确保地下室的防水性， 在前期对现场气候进行详细细致的考察， 确定年平均降水量， 便于确定防水层的厚度。 选用防水材质时， 应尽量选用高质量、 防水性能好的防水卷材， 以提高产品的寿命，防止防水失效、 地下室雨水入侵等问题。 此外， 在选择防渗砼的同时， 还应适当提高墙体的厚度和高度， 并使其达到防水要求。 在进行排水设计时， 应注意做好排水系统的排水， 改善其品质， 并对水槽的结点进行优化。 如图2 所示。

图2 地下室防水做法汇总及节点处理

5.8 顶板结构设计

地下室的顶板结构作为与上层建筑连接的一环，要保证其整体的质量和安全。 因此， 在建筑设计工作中， 要提高上层建筑与地下室结构之间的协调作用， 同时要注重顶板的结构设计。 在进行具体的工程施工时， 要对机械装置的管线进行高精度的计算，以便达到护土层厚度的要求。 在估算地基上的承载量时， 既要考虑地基的高度和作用， 又要顾及工程建设中可能遇到的各种复杂的自然条件。 一些设计者在进行地下室屋顶结构的规划时， 会考虑可能的爆破事故中， 从而使得顶板的设计保持其可靠度。

5.9 地下室的侧壁设计

影响到地下室墙壁结构的因素很多， 例如结构本身的重量、 地面堆载、 防核爆炸等。 土壤侧面压力、 地下水工作压力等因素较多。 由于地下室的特殊， 所以在承受不同方向的荷载时， 会受到不同方向的影响， 所以在承受能力较强的时候， 应该采用更合理的方法来简化墙壁的结构。 所以， 在地下室侧壁的特殊设计中， 必须要有40mm以上的混凝土加固， 两边都要有水平的钢筋配置， 而在侧壁的内侧， 则要有竖向钢筋配置。 但是由于需要控制侧壁的成本， 所以在满足侧壁载荷要求的情况下， 不能设置过高的混凝土强度， 从而降低了混凝土的收缩应力。

6 结语

工程施工中， 地下室结构设计工作具有特殊的专业性， 涉及到的行业和生产流程五花八门， 错综复杂。 所以， 对地下室的结构设计有了更高的要求，首先要满足这些要求， 提高安全性和可靠性， 以达到最大限度的经济效益。 为了使地下室的深度能够得到最佳的利用， 有效的预防渗漏问题， 从而使地下室的功能得到最佳的实现， 从而进一步推进中国的工程建设事业的可持续发展。