地下室结构设计中应注意的几个问题

地下室结构设计中应注意的几个问题

摘要：地下建筑空间的开发因其能够有效解决城市用地矛盾而受到各方的关注。然而，由于地下空间的特殊环境及其复杂性，也给地下室工程的设计带来了一系列技术问题。本文对地下室结构设计中常见的几个重点问题进行了归纳和总结，提出了解决相关问题应采取的具体措施。

关键词：建筑工程;地下室;结构设计

引言

伴随着大规模的城市建设，对地下空间的利用越来越重视，地下工程越来越多，基本上每个工程都会有地下室，地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大,地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大,结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。结构设计人员必须深度掌握其设计常识及要点。

一、地下室设计需要考虑的因素

地下室设计必须考虑上部建筑高度、结构形式，包括结构刚度及分布、整体性、荷载大小等；计算参数中必须根据上部结构考虑是否采用模拟施工二，确定合理的地基反力模型及抗倾覆计算模型。

设计中应根据工程地质条件选择适宜的基础形式，保证地基承载力、沉降、底板变形和内力的统一；合理确定水压力，进行抗浮设计、防水设计等。

地下室作为上部结构与地基基础的衔接部位，必须考虑地震作用及风荷载向基础传递，保证水平力传递途径、变形协调及反力重分配。

地下室设计中需考虑周边环境房屋、管线、地铁等，必要时应与基坑支护单位密切配合，确定适宜的支护形式。

二、地下室结构设计中应注意的问题

1、荷载

地下室结构荷载包括核爆动荷载（考虑人防）、上部建筑物自重、土压力、水压力及地下室自重等。规范给出了防空地下室不同部位应考虑的荷载组合，结构设计时可依各工程的结构特点，根据规范要求进行荷载组合。地下室各部位参与组合的荷载分别为：顶板：顶板核爆动荷载标准值，顶板静荷载标准值。侧墙：竖向，顶板传来的核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重标准值（仅有局部剪力墙部位），外墙自重标准值；横向，核爆动荷载产生的水平动荷载标准值、土压力、水压力。内承重墙（柱）：顶板核爆动荷载标准值、静荷载标准值，上部建筑物自重，内承重墙自重标准值。应对比战时所增加的顶板核爆动荷

载标准值与平时各楼层的活荷载标准值之和，由大的荷载起控制作用。基础：底板核爆动荷载标准值，上部建筑物自重标准值，顶板传来静荷载标准值，地下室墙身自重标准值。防空地下室进行荷载组合时，主要解决核爆动荷载作用下如何确定同时存在的静载问题

2、荷载组合和内力分析

作用在防空地下室结构上的荷载,应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等,规范中对防空地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格,结构设计时可根据各工程的结构特点结合表中确定所需进行荷载组合的项目。在进行荷载组合时,需要明确两个问题:一是对于甲类防空地下室结构应分别考虑平时使用状态的结构设计荷载、战时常规武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用以及战时核武器爆炸等效静荷载与静荷载同时作用这三种组合,取最不利的组合进行设计。二是上部建筑物质自重标准值的确定,规范已详细说明了各种不同的上部结构型式,在进行荷载组合时可分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况,设计时应认真分析确定。

3、地下室外墙的配筋计算

实际设计应用时，在带扶壁柱的外墙配筋计算方法是按双向板计算配筋，而不是根据扶壁柱的尺寸大小来计算。而扶壁柱不是按外墙双向板传递荷载算其配筋，而是根据地下室结构的整体电算分析结果来配筋。这样设计会使外墙竖向受力筋配筋偏少、扶壁柱配筋不足，而外墙的水平分布筋过多。在计算地下室外墙的配筋时，除了垂直于外墙方向部分有钢筋混凝土的，内隔墙之间有相连的外墙板块或者扶壁柱横截面积较大的外墙板块需要用双向板计算之外，其他形式的外墙通常都按竖向单向板计算配筋。竖向载荷小的外墙扶壁柱，无论是外墙转角处还是内外侧的主筋部分都需做适当的加强。扶壁墙的截面积的大小则是界定外墙水平分布筋的依据。在计算地下室外墙时底部支座应固定，并且它的厚度要和配筋量匹配。侧壁的抗弯能力比底板的大，而弯矩则和底板相等。

4、地下水及抗浮

地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。另外，实际中在同一整体大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑，而地下室面积大，形状又不规则，加之局部上方没有建筑，此类抗浮问题也相对比较难以处理，须作细致分析处理。

常见设计问题如：地下水位未按勘察报告确定，或勘察报告未提供计算浮力的地下水位及其变幅，违反了GB50007-2011第3.0.2条的要求；斜坡道未进行抗浮验算，斜坡道与主体分缝处未作处理；抗浮验算不满足规范GB50007-2011第5.4.3条的要求。

5、超长处理措施

随着地下空间最大限度的开发利用，地下室超长超大已非常普遍。由于设置变形缝会使变形缝处的防水处理变得复杂，因此，地下室结构应尽可能少设缝或不设缝。地下室结构虽然受温度变化的影响较地上结构小，但是对于体型庞大的超长地下室结构，由于混凝土的干缩、施工期间的水泥水化热和温度应力导致地下室裂缝等结构超长问题仍然不容忽视，必须采取有效措施来解决混凝土收缩及徐变和温度应力问题。在超长结构设计中，应用“抗与放”的裂缝控制原则，采用“抗放兼施”的方法，以确保满足设计要求。目前比较成熟的做法有：1）选用低水化热水泥（如矿渣硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥）；2）采用低强度等级混凝土（宜≤C35）；3）采用粉煤灰混凝土技术，采用60d或90d龄期的强度指标作为混凝土设计强度；4）设置施工（伸缩）后浇带，释放约束力，控制早期裂缝；5）设置膨胀加强带；6）采用补偿收缩（微膨胀）混凝土，在混凝土中掺入UEA、HEA等微膨胀剂，利用膨胀剂的补偿收缩功能解决混凝土硬化过程中的收缩开裂；7）采用抗裂混凝土；8）提高构件的抗拉性能，增加水平温度钢筋（采用变形钢筋），减小钢筋间距（不大于150mm），以控制温度裂缝；9）采用预应力技术；10）对大体积混凝土，采用分层浇注，阶梯式推进，低温入模，加强混凝土振捣和养护（浇水养护不少于14天），确保施工质量。

三、建筑工程地下室结构中的设计要点

1、地下室结构平面设计

地下室的全部施工工程极为复杂，在设计高层建筑的地下室时，必须要考虑到防火和最终的使用功能，根据人防要求，结合管坑道、排水、通风、采光等专业知识进行最终的设计。当地下室的建设长度超过设计规定的长度时，就需要结合专业结构去设置变形缝，减少变形缝的设计甚至可以根据具体情况不予设计，以避免让变形缝处的防水处理功能变得复杂。设计人员还可以依靠设置后浇带和合理使用混凝土外加剂来调整地下平面，通过分割地下室的方法，满足使用要求。在地下室的结构设计时还应该合理地设置采光通风井，在侧壁外附加通长采光井，还要避免采光井外壁不能与地下室顶板整体连接的弊端，确保地下室结构的稳定功能，有效将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面。

2、地下室的抗震设计

地下室的抗震设计也是结构设计中最重要的环节之一，也影响着建筑工程的整体抗震性。在设计的施工图审中对于审查要求必须进行严格要求，确保半地下室的埋深要求高于地下室的外地面，地下室的墙柱与上部结构的墙柱协调一致，并采取适当的方式使地下室顶板室内外板面的标高变化最终形成错层。在上部结构嵌固部位的地下室搂层的顶楼盖应采用梁板结构，并合理计算地下室楼层或底板的固定要求。

3、地下室保护层设计

对于地下室保护层和垫层厚度的设计中，必须保证相应的结构厚度保持有