试论建筑工程地下室结构设计要点

试论建筑工程地下室结构设计要点

胡凯

胡凯

深圳市建筑设计研究总院有限公司广东深圳518000

摘要：地下室结构设计关乎整个建筑工程质量，尤为重要，且在建筑工程中所占工程造价比率越来越高，其结构设计更是要尽善尽美。在建筑工程地下室设计过程中首先需要对结构的安全进行考虑，其次便是功能性，最后则需要考虑设计的工程造价是否合理。因此，在对建筑工程地下室进行设计过程中，必须要根据实际情况，制定合理且可行性较高的设计方案，提升建筑稳定性、安全性及整体质量。本文对以建筑工程地下室结构设计作为重点，并对设计中的难点要点进行了总结分析，然后提出较有针对性的优化方案。

关键词：建筑工程；地下室；结构设计；要点

高层建筑为确保基础埋深符合建筑高度的一定比例，一般都会设计一层或以上的地下室，地下室的用途较多，可做地下车库，商场中较为常见；可做设备用房；储存室；其他商业用途等。因此，地下室需要根据需求进行设计，最为重要的，也是耗费最多工程造价的便是防水抗裂。防水抗裂不仅需要材料上的支持，还需要完善的技术，所以必须要对地下室结构进行完善的设计，才能确保地下室在投入使用过程中不会随着时间的推移以及外界环境的影响出现不均匀的沉降、地下室整体或局部浮起等情况。

一、建筑工程地下室结构设计主要存在的问题及要点

建筑工程地下室的设计牵扯众多，且需要各种极为专业的知识，设计难度相比其他建筑设计要大。在地下室结构设计过程中需要对地下室的使用、防火功能进行考量；地下室通风管道、防水、采光及人防等都需要与地下室设计相互结合，经过综合考量的地下室设计方案才能让施工更加快速且便捷。尤其是建筑规模较大的建筑工程，底盘大，使用过程中塔楼不会出现抗浮问题，但是地下室及裙房位置却会随着时间的推移及外界环境的变化出现抗浮的问题。出现该问题的主要原因是由于地下室的结构平面、抗震、地下室抗浮、抗渗、外墙结构、结构超长的设计出现了问题。以上几点问题既是建筑工程地下室结构设计中的难点，也是结构设计的要点所在，以下内容将会对几点问题进行研究，提出有效的优化方案。

二、建筑工程地下室结构优化设计问题及要点分析

（一）结构平面设计

结构平面设计是地下室设计的综合考量，包含了防火功能、使用功能、人防需求、建筑设备用房需求、各种管道和坑道的排水、室内采光等，结构平面设计除以上考量外，还需根据建筑工程实际需求，进行完善设计。比如地下室设计长度过长、建筑塔楼与纯地下室荷载差异过大时，决定是否在施工中添加伸缩缝或沉降缝，但若变形缝添加较多便会给地下室的稳定性带来影响，也会使防水处理变得更加的复杂化。因此，需要设计人员在设计过程中利用后浇带技术、混凝土外加剂的合理使用等方式，解决因地下室长度超长引起的变形缝设置问题，实现建筑工程地下室不设缝的目的。若以上方案无法彻底解决设缝问题，设计人员可调整地下室的平面结构，对面积较大的地下室进行分割设计，并在多个小地下室之间设置较窄的通道用于连接，并将变形缝设置在通道的位置，此部位防水处理长度较小，有利于建筑防水构造施工，如此便能满足变形缝设置带来的相关问题。

（二）抗震设计

建筑工程地下室抗震设计较为多见的问题主要有以下几种：建筑层数较多时，地下室埋深满足不了规范对基础埋深与建筑高度的比例关系，造成埋深不达标的情况；地下室相关范围的抗震等级未跟上部结构统一，导致结构抗震等级“头重脚轻”；半埋式地下室或室外地面坡度较陡，地下室根据坡度半露等情况，如未能进行可靠的构造及计算分析，地下室抗震能力便会下降，甚至影响上部结构的抗震能力。

针对以上问题，设计人员在施工过程中需要根据建筑层数及建筑高度进行埋深度的计算，如确实满足不了埋深比例关系，需通过加强地下室基坑回填料压实度，增加回填料水平抗力系数，并通过计算确定结构抗倾覆等要求满足规范要求等，对于半地下室的埋深度要求，需对地下室外地面以上的高度进行考量，埋深计算应从室外地面进行计算，同时要确保地下室墙柱及上部结构的墙柱之间的协调性，对于半埋地下室，应考虑地下室顶板对上部结构存在一定的嵌固作用，根据项目实际情况，按顶板嵌固及基础顶嵌固进行包络设计，且外露部位的地下室顶板框架梁、框架柱应进行地下室无土层侧限时的抗震设计。

地下室顶板一般在主体内与室外存在顶板标高的差异，往往会导致框架梁高小于室内外高差的情况，即出现类似错层的情况，如此时采用地下室顶板作为上部结构的嵌固端，需考虑地震力在高差部位的传递情况，一般在高差部位进行楼板加腋处理，以便有效传递地震力。

（三）地下室外墙结构设计

建筑工程地下室外墙结构设计作为其关键要点之一，在设计过程中需提前对水与土的压力进行计算，并注意以下情况：地下室外墙结构设计需要注意两个荷载，一个是水平荷载，一个是竖向荷载。水平荷载包括的地下室地面本身的荷载，同时还需要承受侧向土压力的荷载以及人防需求所加载的等效静荷载。竖向荷载则包括了地下室上部压力及地下室本身承受的压力。在地下室外墙的实际设计和施工中，地震作用及竖向荷载、风荷载所产生的内应力对于荷载完全无任何控制作用。因为地下室外墙内的配筋荷载产生来源于垂直墙面的水土压力产生的弯矩，计算水土侧压力时，应对静止状态下的土压力进行检测，当无法检测或不具备检测的条件，主动土压力系数可按砂土取值0.34~0.45，粘性土取值0.5~0.7；地下室外墙计算假定可以根据具体工程情况，按上下传力的单向板计算，亦可按四周传力的双向板计算，按双向板计算时，需考虑扶壁柱承担外墙板块区格传递的水土压力，并保证其刚度及强度满足规范要求。

（四）地下室抗浮设计

建筑工程地下室抗浮设计需根据地勘报告确定的地下抗浮水位标高进行，并满足常年水位作用下的正常使用极限状态验算要求，确保建筑工程地下室在后续使用过程中遇到恶劣的天气不会抗浮失效以及正常使用过程中，结构构件不开裂等。

建筑地下室的抗浮措施主要为：1、压重加载；2、采用抗拔桩或抗拔锚杆；

目前地下室抗浮设计基本通过以上2条措施综合运用，一方面对室外顶板顶进行覆土压重，另一方面也通过设置抗拔桩或抗拔锚杆进行基础抗浮设计，作为结构设计人员需在两种抗浮措施之间找到平衡，一方面避免顶板顶覆土过厚，荷载过大，导致顶板梁、板配筋率过大，另一方面也需避免抗拔桩或抗拔锚杆根数过多，导致造价增加。

（五）结构超长设计

建筑工程地下室结构设计会因为建筑功能要求出现超长的情况，从季节温差及温度应力的角度看待超长结构设计问题时，由于地下室施工完成后常年埋在地下，外部温度变化对刚度已经形成的地下室的影响不大，但若要从周边环境及施工阶段混凝土因温度、收缩不均产生的裂缝这类情况对地下室的影响进行分析时，针对结构超长设计必须要设置有效对抗混凝土收缩变形的措施，防止地下室结构出现裂缝的现象。

通常能有效抵抗混凝土收缩变形的措施有：

1、设置伸缩后浇带，根据规范要求，对于超长结构间隔30~40米，可设置宽度在80~100公分的后浇带，依据高层基础规范第7.4.3条、文献[4]对于基础（地下室）后浇带范围内的墙、板、梁钢筋均贯通不断开，此于上部结构后浇带墙、板钢筋断开，梁纵筋不断开有所区别，同时后浇带应在连续梁中、梁板的1/3跨度处设置，尽量降低后浇带设置对结构构件受力的影响。

2、在超长结构混凝土中掺入微膨胀剂或间隔30~60米设置一道2米宽的连续式膨胀加强带，以抵抗收缩应力，防止受拉裂缝的产生；在混凝土中掺入抗裂纤维，可较大程度上减少混凝土强度形成之前应水化热、混凝土收缩等因素形成的裂缝。

3、施工中，可按照《超长大体积混凝土结构跳仓法技术规程》（DB11/T1200-2015）[5]（简称跳仓法规程）采用跳仓法施工，也可以较大程度上降低混凝土收缩变形的影响。

地下室结构往往因为建筑要求，不能设置变形缝，实际设计施工过程中可以根据情况选择上述的处理方式，防止因结构超长、混凝土收缩引起成的裂缝问题。

结语

地下室在建筑工程中的位置较为特殊，其结构设计相比其他建筑结构环节要相对复杂，目前地下室设计理论及方法趋于完善，但实际项目施工情况优劣不一，一方面需设计人员精准计算并加强各项构造要求，另一方面也需施工阶段对新浇混凝土养护到位，让地下室能够同时满足功能需求、经济效益及质量安全。

参考文献

[1]秦海锋.建筑工程地下室结构设计要点探讨[J].智能城市，2019，5（15）：50-51.

[2]杨丹.论建筑工程地下室结构设计要点[J].住宅与房地产，2019（15）：49.

[3]刘利花.建筑工程地下室结构设计分析与探讨[J].山西建筑，2019，45（09）：41-42.

[4]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程技术措施（2009）结构（地基与基础）[M].北京：中国计划出版社，2010.

[5]超大体积混凝土结构跳仓法技术规程：DB11/T1200-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.