浅议大型地下室的结构设计

浅议大型地下室的结构设计

发表时间：2018-10-25T16:51:51.050Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第15期作者：陈郁华

[导读] 随着中国国民经济的飞速发展，人们对建筑物的功能要求越来越高。

摘要：随着城市化进程的快速发展，在各类大型工业与民用建筑不断增加的同时，平面尺寸超长、超宽的地下建（构）筑物也迅速涌现，其结构形式亦日趋复杂。大型地下室结构的出现给相关结构设计人员带来了一定的困难和挑战，因此要求对大型地下室结构进行科学合理的设计，对地下室不同部位的结构形式、荷载取值、与水接触部位结构的抗渗、地下室抗浮等方面的问题，需要特别研究和重视。

关键词：大型地下室；结构设计；

1.大型地下室结构设计概述

随着中国国民经济的飞速发展，人们对建筑物的功能要求越来越高，高层住宅、商住综合楼、写字楼、酒店等建筑均设置大型地下室。地下室可用作汽车库、机电设备用房和人防等，极大提升了建筑物的使用功能。另外，高层建筑的基础埋深规范也有明确的要求，基础埋深较大，设置地下室更为合理经济。目前，特别是在大城市，地下建筑的范围一般都占满整块红线范围用地，且地下层数也常常多于一层，体型庞大，功能复杂，地下室的结构设计也必然是复杂的。

大型地下室结构设计由于其体型庞大，纯地下室及塔楼范围基底轴力相差悬殊，顶板覆土及消防车产生荷载较大，地下水水位较高需要进得抗浮问题等，在设计过程中都需要一一解决。下面对地下室不同部位，如基础、顶板、侧壁等各方面的设计进行简单探讨。

2.建筑工程地下室结构设计要点

2.1基础设计

在进行地下室基础结构设计之前，对下室范围的地质勘察资料要有详细的分析理解，准确把握和选择好地基础持力层，这对于基础的选型及基础的造价具有决定影响。一般情况，土质较好的情况，尽量选用浅基础，如天然的独立基础，天然筏板基础等，若天然土的地基承载力不满要求，可以考虑土体的换填，做搅拌桩加固处理等办法，使地基础承载力满足要求。基础地基土土质较差，承载力较底，可考虑采用桩基础。塔楼范围，由于柱底轴力大，也可以设置与纯地下室不同的基础形式，此部分做桩基，塔楼外做天然基础，但同一地下室，基础形式不宜太多，最好不超过两种。不同形式基础之间，荷载相差大的基础之间，基础的沉降差不能太大，以免结构产生使用及安全问题。

对于不同的基础，设计当中需要注意的问题会不一样。天然的独立基础，要注意地基的承载力是否满足要求，注意持力层底下是否有薄弱层，控制好基础面积和厚度，对于较厚的基础，可分阶处理，但作为地下室基础，一般底板与基础是重叠，分阶需要考虑施工的可行性。筏板基础注意把握好厚度和配筋，由于柱底轴力较大，柱对筏板的冲切作用较大，需要特别注意，若不满足要求对筏板产生冲切破坏，柱底下的筏板可局部加厚处理。对于桩基础，有预应力管桩和灌注桩两种形式。预应力管桩施工方便，对周围环境影响相对小，施工速度快的优点；大直径的灌注桩，能提供更大的承载力，能穿越较硬的土层，桩端到达理想的持力层，但施工速度较慢，成本较高，不同的成桩工艺，对施工质量影响也较大。设计当中，对不同基础的选择和计算，需要慎重考虑。

2.2地下室顶板设计

大型的地下室顶板，即地面层，其一般的主要功能为园林绿化及道路功能，在塔楼范围内可能还有建筑的其它功能，荷载一般都比较大，根据园林种植要求，覆土一般达到1.2~1.5米，还存在大量的消防车道，所以在设计前，选择合理的楼盖方案非常重要，目前常用的做法主要分为梁板式结构楼盖和无梁楼盖。梁板式楼盖，还分一般的主次梁楼盖和大板式楼盖。主次梁楼盖，施工工艺成熟，质量容易保证，但存在梁较多，梁高较大，对地下净高影响较大，且次梁较多，对于地下室设备管道的布置也常常造成很多不利；大板式的梁板式结构，主梁和大板均可加腋处理，不但能提高经济效益，对于地下室净高也比较有利，对于顶板是一种较好的结构形式。无梁楼盖又分力实心的无梁楼盖和空心的无梁楼盖，同时在结构柱位置设置柱帽，以满足柱对楼板的冲切。无梁楼盖能最大程度提高地下室的净高，楼板平整、美观、对于设备管道的布置非常有利，无梁楼盖缺点是成本相对更高，特别是空心的无梁楼板，施工质量有时难以保证，控制不好楼板容易开裂，地下室顶板的容易渗水。所以，在选择地下室楼盖方案时，必须要综合使用、成本、施工等方面考虑。

2.3侧壁设计

地下室侧壁，是地下室的外围围护结构，其功能是抵挡室外水土的压力，防止渗水等。地下室侧壁承受的荷载分为水平及竖向荷载，水平荷载包括侧向的土压力、地面的荷载、人防荷载等；竖向荷载主要有上部结构传下来的荷载、侧壁自重等。另外施工期间，地下室侧壁还受施工荷载、温度度作用、混凝土徐变等作用影响。在实际工程当中，竖向荷载及其它作用产生的内力不大，一般不起控制作用，主要的产生内力控制的是水平荷载产生的内力作用，在计算水平荷载产生的弯矩，一般不考虑其与竖向荷载的组合作用，仅按墙板弯矩模型计算墙体的截面及配筋。

一般情况，外墙顶端与地下室顶板铰接，下端和地下室底板固接，地下室外墙可根据工程实际情况按单向板或双向板计算弯矩，也可考虑塑性内力重分布计算弯矩。当需按板设计时，外墙所设扶壁柱必须有足够的强度和刚度，扶壁柱布置应符合双向板受力要求板设计时，外墙所设扶壁柱必须有足够的强度和刚度，扶壁柱布置应符合双向板受力要求且应验算扶壁柱的承载力。扶壁柱宜向内凸出，向外凸出不利于防水处理。地下室外墙的截面尺寸和混凝土强度等级应根据荷载、受力情况、防水、抗渗、人防抗爆和有关规范的构造要求确定。地下室外墙的承载力及裂缝的验算与控制，在材料的选用上优先选用水化热低、收缩率低和抗裂性高的矿渣水泥，同时施工中应加强养护以减少混凝土的收缩开裂。

2.4抗浮、抗渗及控制措施

地下室结构设计中尤其需注意一般只有地下室部分和地面上楼层较少时的抗浮计算，采用桩基时需计算桩的抗拔承载力。地下室抗浮设计影响的因素很多，主要依据是地下水位及其变幅，并且实际设计中往往只考虑其极限状态，而施工过程中出现抗浮不够导致局部破坏，往往是对施工过程及洪水期不够重视引起的。对于那些地下空间很大的高层建筑而言，塔楼部分的抗浮一般不会有问题，出问题的往往是其裙房和纯地下室部分。针对这种情况，通常有以下解决措施：①确定科学合理的抗浮设防水位；②通过某些方法间接降低抗浮设防