建筑工程中地下室结构设计探讨

建筑工程中地下室结构设计探讨
【摘要】随着社会的发展与进步，重视建筑工程中地下室结构设计对于现实生活中具有重要的意义。

本文主要介绍地下停车库结构设计的有关内容。

【关键词】建筑；工程；地下室；结构；设计；
引言
随着人口增长和经济的发展，地下结构在能源、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面得到广泛的应用。

几十年来，我国除了修建城市中的地铁以外，还在全国近200座城市中修建了面积达1000多万m2的人防和其它地下工程，并加以开发和利用。

为人们提供了在地面上难以容纳的各种服务，如停车场、过街人行地道、各种地下贮库、地下商场等。

这些地下工程对提高城市综合抗灾能力和缓解城市诸多矛盾方面起到积极作用。

一、工程概况
某工程为地下停车库，该工程采用平板式筏板基础形式，桩型为预应力高强混凝土桩，桩端持力层为全风化岩。

建筑抗震设计类别为丙类，工程所处地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。

框架和剪力墙的抗震等级均为二级，其中框支柱、框支梁为一级。

裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，仍为二级。

地下室在平时主要作为停车库，战时则作为人防工程，人防等级设计为六级。

二、结构方案
地下车库从使用功能上可以分为与人防结合和不与人防结合的
类型。

2.1 地下车库顶板结构的三种设计方案：
2.1.1 井字梁结构：此类结构要求柱网的两个方向的比值不大于2，由于井字梁可以协同工作，所以此方案较为经济。

2.1.2 主次梁结构：此类结构对柱距有限制，当柱距过大时，主次梁结构梁高则会过大，占用较多地下车库的净高，并不合理。

2.1.3 现浇空心楼盖结构：此类结构技术在我所接触的设计中实例很少，对此技术不是特别了解和熟悉。

现有地下车库柱距一般都在6米至10米范围内，大多数地下车库顶板均采用井字梁结构。

2.2 地下车库结构的外围墙体一般情况下采用钢筋混凝土挡土墙，下部为条形基础结构。

2.3 当地下车库范围内的基础持力层地质情况较为良好且无地
下水时地下车库柱基础采用独立基础+防水底板的结构形式，当有地下水或者基础持力层地质情况不稳定时则需采用筏板基础、箱型基础或桩基础。

三、地下室结构设计
3.1 地下室顶板设计
3.1.1 主楼室内部分地下室顶板设计。

工程由于主楼室内部分的地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据施工单位要求适宜考虑施工阶段的承载力验算，因此考虑施工荷载后楼板荷载取为10kn/m2；
对于地下室顶板的活荷载，笔者认为根据极限状态下的基本组合，活荷载取值为5kn/m2已满足要求。

3.1.2 露天顶板设计。

对于出现纯地下室车库或者高层建筑地下室上部局部无建筑物时，则地下室顶板应按露天顶板进行设计，而本工程由于出现部分纯地下室车库，因此地下室顶板按照露天顶板设计，取露天荷载为10kn/m2。

3.1.3 人防地下室的荷载取值。

工程的地下室一层为人防地下室，所以对于本工程中的露天顶板要考虑到爆动荷载影响，但鉴于人防地下室顶板的爆动等效荷载要比消防车作用的板面等效荷载较大，因此人防地下室顶板的荷载按照六级人防顶板的等效荷载考虑，取为60kn/m2，但在设计中不同时考虑这两种荷载的组合，仅需按人防爆动等效荷载进行地下室顶板计算。

3.2 地下室侧壁设计
3.2.1 进行地下室侧壁设计时，侧壁主要考虑的荷载有：结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等，由于侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂。

本工程地面活荷载取为q=10kn/m2，则折算土的厚度应为
h=10/18=0.56m，等代土压力采用公式σ0=γ1h1ka计算。

侧向土压力对于地下水位以上的土压力采用公式σs1=γh2ka，对于地下水位以下的土压力则采用公式σs2=γh3ka计算。

本地下室工程的侧壁采用以上所介绍的公式以及简化计算，经计算地下室一层的侧壁板厚取为300mm，地下室二层的侧壁板厚取为
400mm。

3.2.2 本地下室侧壁的构造要求是，在与土壤的接触的侧壁混凝土保护层取为20mm，地下室内部的混凝土则取为15mm。

把地下室侧壁的水平钢筋配置在外侧，而竖向钢筋配置在侧壁内侧。

为了有效控制本地下室的侧壁混凝土开裂，混凝土强度等级并不宜取得高，以减小混凝土的收缩应力，本工程混凝土强度等级取为c30，同时在混凝土中掺入抗裂膨胀剂。

对于超长地下室来说，应设置后浇带来防止混凝土开裂。

3.3 地下室底板设计
3.3.1 地下室底板的结构布置应做到传力明确而且经济合理，一般适宜采用梁板式结构，这样有助于把地下室底板设计为双向板，有利于荷载均匀传递到周围的基础梁上。

为了满足底板的抗渗要求，底板厚度取值不少于300mm。

3.3.2 地下室抗浮验算与设计。

地下室应验算地下水压是否超出地下室部分的恒载，验算时应取恒载分项系数为0.9，水的分项系数为1.0。

若验算发现恒载不能满足地下室的抗浮要求，则应通过设置抗拨桩来抵抗地下水的浮力。

这时可在基础梁跨中设置抗拔桩，按水浮力配置钢筋时，抗拔桩可作为来支座考虑。

四、内力计算及内力计算中需要注意的问题
4.1 pkpm结构设计软件参数的选取。

用pkpm结构设计软件进行地下车库结构设计时，在pkpm参数设计中需要注意的几个问题有：
（1）非人防地下车库的抗震等级一般为二级；（2）地下车库计算不考虑风荷载作用力；（3）中梁的刚度放大系数一般在1.5至2.0之间；（4）一般计算时只考虑双向地震作用而不考虑偶然偏心；（5）在计算结构位移时需将所有楼板假定为刚性楼板，其余计算均不考虑为刚性楼板。

4.2 挡土墙的计算
地下车库的外墙应按挡土墙进行设计。

挡土墙的内力与侧向土压力、水压力、垂直荷载以及边界条件有关。

当垂直荷载较大时，垂直荷载作用引起的挡土墙内力将占很大比重，垂直荷载不可忽略，不能只考虑水平荷载，这时如要取得较精确的内力，应取封闭刚架结构模型来分析。

当垂直荷载较小时，可以根据边界条件作简化计算，支承条件应按相对刚度比而定。

挡土墙与顶板连接处，可根据顶板与挡土墙的相对刚度确定支承形式，一般情况下顶板刚度较小，可视为铰接，底板基础刚度较大，可视为固定端。

竖向荷载（轴力）很小的外墙扶壁柱，其内外侧主筋也应予以适当加强。

外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小，可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强。

4.3 裂缝及控制设计
设计者必须认真对待由于超长给结构带来的不利影响，当增大结构伸缩缝间距或者是不设置伸缩缝时，必须采取切实可行的措施，防止结构开裂。

对于纯地下车库，上有回填土，结构受大气温差变化的影响较小，当前的设计趋势是尽量不设缝，以利于解决地下室
在变形缝位置的渗漏问题。

此时，需设置后浇带。

后浇带应设置在结构受力较小处，一般在梁、板跨度内的三分之一处，结构弯矩和剪力均较小，后浇带间距一般为30米到40米。

但是必须指出的是，后浇带只能解决施工期间的混凝土自收缩，它不能解决由于温度变化引起的结构应力集中，更不能替代伸缩缝。

有一些结构设计者将后浇带和伸缩缝等同起来的看法是错误的，因为两者的作用并不相同。

结束语
由于地下室的特殊位置，其结构设计是较复杂的设计问题，还有许多细节有待研究和完善，这是结构设计人员不能忽视的重要环节。

设计时既要满足功能要求、安全可靠、经济合理，又要满足地下室结构抗渗这一特殊要求，以保证其正常使用。

因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高设计水平，才能获得经济、合理、安全的设计成果。

参考文献
[1] 《建筑结构荷载规范》（gb50009-2012）
[2] 《混凝土结构设计规范》（gb50010-2011）
[3]《地下工程防水技术规范》（gb50108-2001）
[4]《建筑地基基础设计规范》（gb50007-2011）
[5]王铁梦.《工程结构裂缝控制》中国建筑工业出版社，2010。