地下室结构设计的几点思考

浅谈地下室结构设计的几点思考

摘要：地下室结构设计一般为整个工程设计的重中之重，与各专业的联系也最为紧密。整个地下室结构设计就是一个沟通，妥协，完善的过程。如何设计出安全、经济、易施工的地下室，是一个值得探讨的课题。笔者通过多年的地下室设计经验，对此做一个小结，以帮助刚接触地下室的工程师，也提出一些看法，希望同行共同探讨提高。

关键词：基础外墙抗浮设防水位裂缝

正文：地下室结构设计一般为整个工程设计的重中之重，与各专业的联系也最为紧密。整个地下室结构设计就是一个沟通，妥协，完善的过程。如何设计出安全、经济、易施工的地下室，是一个值得探讨的课题。笔者通过多年的地下室设计经验，对此做一个小结，以帮助刚接触地下室的工程师，同时也提出一些看法，希望同行共同探讨提高。

一、抗浮问题。

1、抗浮设防水位

该参数一般由勘探单位在地勘报告中提出，是指基础砌置深度内起主导作用的地下水层在建筑物运营期间的最高水位。当有长期水位观测资料时，抗浮设防水位可根据该层地下水实测最高水位和建筑物运营期间地下水的变化来确定；无长期观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定；在南方滨海和滨江地区，抗浮设防水位

可取室外地坪标高。

但是该参数在勘探单位往往得不到重视，经常一句话带过—“本工程抗浮设防水位按室外地坪以下0.5米取值”。不知该参数在地下室造价中起着决定性因素。大部分工程，周围道路标高较低，楼盘中央设计室外标高较高，在勘探单位未明确抗浮设防水位时，设防水位可按周围道路标高以下0.5～0.8米取值。但是对于部分处于山脚边缘的建筑，因为山脚是个汇聚点，易积累山上排下的雨水，故此处设防水位往往应该提高至室外地坪标高。正因为水位取值的复杂性，笔者在设计地下室时，会尽量收集周边工程的勘探信息，并且与勘探单位一起探讨，确定一个安全经济的抗浮设防水位。2、整体抗浮验算

地下室整体抗浮验算是指建筑的抗浮力（压重+抗拉力）必须大于水的总浮力。须根据《建筑地基基础设计规范gb 50007-2011》5.4.3-1条进行计算。一般的全埋式地下室（地下室顶板标高低于抗浮设防水位标高），在纯地下室部分（上部无建筑），水浮力可按下式计算：

浮力=（地下室顶板顶标高-地下室底板底标高）×10kn

注：根据浮力原理计算，既浮力指物体在流体（包括液体和气体）中，上下表面所受的压力差。

在有上部建筑的地下室部分，水浮力可按下式计算：

浮力=（抗浮设防水位标高-地下室底板底标高）×10kn

建筑的抗浮力包括建筑物的自重和桩/锚杆的抗拔力。建筑的自

重包括结构构件自重，地下室底板上铺装层重量及地下室顶板以上覆土的重量，此处切记，若抗浮设防水位高于地下室顶板，则设防水位与地下室顶板间的覆土重度应取土的浮重度-水的浮力。抗拔桩一般设置在柱下，此处不再累述，下面主要讨论抗浮锚杆的设置。抗浮锚杆的设置一般分为三种——点式、线式、面式。点式布置既将锚杆布置于柱下，多用于独立基础+防水板形式的地下室底板，浮力传力路线为底板——地梁——基础；线式布置既将锚杆布置于地梁上，浮力传力路线为底板——地梁；面式布置既将锚杆布置于底板上，浮力直接传递至底板，多用于抗拔桩承载力不足的情况。只要建筑的整体抗浮满足要求，就不会出现建筑物倾斜，移动等工程灾害情况。

3、底板局部抗浮

浮力是直接作用在底板的，故局部抗浮主要是验算底板和基础梁的配筋。作用于底板的力=水浮力-底板自重（含底板上铺装层）-面式布置抗浮锚杆所抵抗的浮力（转换成面荷载）

此处的水浮力=（抗浮设防水位-地下室底板底标高）×10kn

算例：

设一单层地下室抗浮设防水位为 79.00，地下室底板底标高为72.00

底板自重（含底板上铺装层）为 20.4kn/m2，面式布置抗浮锚杆单杆抗拔力为120kn，按8.4m×8.4m的区间计算，区间共计9根锚杆，地下室底板受到的水浮力为

浮力=（79-72）×10-20.4-120×9/（8.4×8.4）=34.4 kn/m2 *建议一根锚杆的从属范围不超过9 m2

由此可见，在较深的地下室中，采用面式布置锚杆，可有效降低底板的配筋率。

二、外墙计算

1、外墙的计算模型

一般的纯地下室外墙可认为是一块向顶板和底板（或中间板）传递荷载的单向板。计算模型可简化为上铰下固（单层地下室）或者上铰中间连续支座（多层地下室）的连续梁，承受三角形的荷载（不计梁自重）。在主楼以下的地下室外墙，往往在平面外有剪力墙的支承（平面外长度大于3倍墙厚），当支承剪力墙，与地下室顶板底板形成的外墙高宽比小于2，即可按三面固接一面铰接的双向板计算，承受的是三角形荷载。

2、外墙的裂缝控制

一般认为外墙的裂缝应该严格按照防水构件来控制，既计算裂缝控制在0.2mm以下。但是随着建筑防水材料的升级换代，设计中可考虑基础及地下室外墙的外防水作用，按一类环境确定基础及地下室外墙外表面的混凝土裂缝控制标准，对于次等重要的构件，笔者建议采用0.3mm的裂缝控制，如地下停车库等，此举能较大程度上降低造价，但外墙外表面的混凝土保护层厚度（即耐久性设计标准）可按二类环境确定。而对于设备用房，人防区域，还是采用0.2mm 裂缝控制比较适宜。

三、顶板布置

1、十字梁与井字梁布置

对于常规的8.4x8.4柱距的地下室，采用十字梁与井字梁布置是比较经济合理的。根据经验，1.5m以下覆土的顶板，可采用十字梁布置。1.5m以上覆土，或对层高要求较高的地下室采用井字梁布置比较经济合理。

2、单向板布置

对于6×8.4柱距的地下室，采用单向板布置比较经济，因为根据《建筑荷载规范gb 50009-2012》5.1.2-1.3）条，对单向板的主梁可以取0.6的折减系数。

3、无梁楼盖布置

根据《地下室顶板结构多种方案的经济性分析--《工程建设与设计》2012年01期》的表格

无梁楼盖体系是比较经济合理的。

3、消防车荷载

《建筑荷载规范gb 50009-2012》附录b对消防车荷载的折减进行了明确规定，覆土在1m以上都能明显折减，可降低顶板造价。总的来说，地下室设计是一个纷繁复杂的过程，各种方案需要综合比对后才可执行，一个地下室设计的成功与否可以说决定了整个工程的命运。所以，建议设计方在地下室设计时候，在设计时间和方案对比上因给予充分支持。希望本文能帮助大家初步理解地下室的结构设计。