浅谈地下室主体结构设计

浅谈地下室主体结构设计

摘要：本文主要介绍了如何正确地建立地下室主体结构的计算模型，并叙述了

建模过程中存在的问题及其解决方法。针对地下室结构设计过程中遇到的各种问

题做了分析，以达到经济合理、安全适用等目的，为今后类似工程的设计提供相

关经验。

关键词：地下室；嵌固端；m值；错层高度；包络设计

前言

结构设计是建筑设计行业的基石，其设计的安全与否关乎着众多人员的生命

安全。此外，在保证安全的前提下，采取较为经济性的设计方案也是作为一名合

格的结构师应该具备的条件。结构设计的种类很多，就单独一栋含有地下室的高

层建筑来说从下到上可以分为基础设计、地下室设计、地上结构设计。地下室设

计作为一栋建筑的中间环节，其起着承上启下的作用，且随着大中小城市大量带

有地下室的高层建筑诞生，安全、经济地进行地下室结构设计至关重要。

1.地下室的发展与运用

随着我国经济的快速发展，越来越多的高层建筑在大中小城市中耸立而起，

然根据国家的相关设计规范可知，高层建筑的基础埋深必须满足一定的深度，故

地下室随之而生。地下室不仅仅能充分利用高层建筑的基础埋深，还能作为地下

停车库、地下人防等功能。随着高层建筑的产生，必然导致人员的密集，从而导

致停车位远远满足不了要求，故将地下室用作地下停车库，其很好地解决了高层

建筑带来的车辆密集，停车位不足的问题。此外，为保障战时人员的安全，地下

室还往往兼作为地下室人防运用，以满足战时防空要求。

2.地下室主体结构计算过程

地下室是结构设计的主要组成部分，起着承上启下的作用，其设计过程与上

部结构设计紧密相关，且其往往与基坑围护设计及人防设计紧密相关。与上部结

构设计相比，地下室结构设计更显复杂性。现就地下室设计过程中的相关问题及

其解决方法进行叙述。

2.1 整体建模过程

2.1.1 模型的确定

结构整体模型的建立是进行结构整体计算的前提，模型应能正确反应结构构

件的相关性，整体模型建立的正确与否直接关系结构构件受力正确的与否。目前，国内结构主体整体建模及分析计算软件主要有中国建筑科学研究院编制的PKPM

软件和北京盈建科软件有限责任公司研制的YJK软件。本文主要运用中国建筑科

学研究院编制的PKPM软件进行整体建模的阐述。

地下室和上部结构往往组成一个大底盘多塔的结构体系，其中地下室作为上

部结构的底盘，而上部结构作为立于地下室顶板的各个塔楼。根据需要地下室顶

板可以设计作为上部结构的嵌固部位，也可以将上部结构的嵌固部位延伸至地下

室底板。从而可见，地下室结构设计与上部结构设计紧密相关。本文仅就将地下

室顶板作为上部结构的嵌固端进行叙述。

由于地下室和上部结构密切相关，且紧紧相连，为正确分析地下室主体结构

和上部主体结构的受力情况，应正确建立各自的模型体系。以往由于计算机的限制，为了快速的进行地下室主体结构的设计，往往将除去主体范围内的地下室部

分作为一个独立的计算模型，用于地下室主体结构的设计；而上部结构计算分析

的模型，则带上相关范围内的地下室部分进行整体建模计算。此种做法，不足之

处在于地下室主体结构分析模型中未考虑上部结构的整体影响。为避免地下室主

体结构分析中未考虑上部结构的影响，且现如今计算机的快速发展提供了条件，

故本文建议采用以下两个模型来考虑上部结构与地下室结构的相关影响。

1、模型一（地下室模型）：首先进行地下室结构的单独建模；之后将各个

上部结构单体模型组装进入该模型；从而进行多塔结构整体计算；

2、模型二（上部结构模型）：将上部结构单体在地下室所投影的范围及其

外扩的两跨作为上部结构的底部楼层进行建模，并进行整体计算。

2.1.2 荷载取值

地下室顶板上往往不仅仅包含各个上部结构单体，还分布有消防通道、消防

登高面、汽车道、绿化带等。由于绿化要求，地下室顶板上室外（即除上部结构

单体外的范围）均有不小于1m的覆土，且其上设有消防通道、消防登高面、汽

车通道、绿化带，考虑工程的经济性，本文通过以下两个模型来考虑地下室顶板

上覆土对其上活荷载的折减作用。

1、模型三（地下室模型之板配筋模型）：据《荷规》表5.1.1知，消防车通

道活荷载取35KN/m2（假设为双向板楼盖，且板跨不大于3mx3m时）；再据

《荷规》附录B计算知，考虑1m厚覆土时，消防车活荷载折减系数可取0.88；

故此模型将消防车活荷载按31KN/m2（即35*0.88=30.8KN/m2）考虑。

2、模型四（地下室模型之梁、柱配筋模型）：据《荷规》第5.1.2条知，消

防车活荷载（考虑覆土折减后的）对于梁计算时可以取0.8的折减系数；故此模

型将消防车活荷载按25KN/m2（即35*0.88*0.8=24.64KN/m2）考虑。

2.2 设计模型前处理过程

设计模型前处理包括计算参数的定义、多塔定义、特殊构件定义等内容。

多塔定义根据工程需要进行设置，本文所述地下室模型（即模型一）属于大

底盘多塔体系，故需进行多塔定义，具体过程在此不在累赘。

特殊构件定义即工程中特殊梁、板、柱及墙等构件的各种系数及抗震等级等

的定义。据《抗规》可知，抗震等级直接决定着构件所采用的抗震措施（即包括

抗震构造措施，强柱弱梁、强节点弱杆件、强剪弱弯等的调幅系数等）。本文所

述的地下室模型（即模型一）是地下室顶板作为上部结构嵌固端进行设计的，其

抗震等级据规范有特殊要求，故再此进行详细叙述。据《抗规》6.1.3条及《高规》3.9.5条知，地下一层相关范围（即主体结构投影范围及其外扩2跨的地下室范围）抗震构件的抗震等级应与上部结构构件相同，而地下二层及以下相关范围抗震构

件的抗震构造措施可以降低一级；而地下室上部结构相关范围以外的纯地下室抗

震构件的抗震等级可取三级或者四级。

计算参数的定义是每个工程均需要设置的，其与国家相关规范息息相关，包

括总信息的设置、风荷载、地震荷载及活荷载信息的设置、调整信息的设置、设

计信息的设置、配筋信息的设置、荷载组合信息的设置、地下室信息的设置等内容。本文由于着重叙述地下室结构设计，再此仅叙述与地下室结构设计密切相关

的参数设置，即软件中的地下室信息设置中的“地基土水平抗力系数的比例系数

m值”进行叙述。m值来源于《桩规》表5.7.5，其取值与地基土的类别有关，其

取值的大小直接关系模型计算结果。据PKPM软件的用户手册可知，m值取为负

数时，即假设地下室无水平位移；取为2.5~300之间时，即为根据各种地基土类

别而定。据《桩规》表5.7.5表可知，m值得取值范围均在2.5~300之间，均不可