秦虹悅

【摘 要】 目前城市建筑中，地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題日益凸顯其重要性，高層建筑中的地下消防設(shè)施和水電供暖設(shè)備以及地下車庫等都設(shè)置在地下室，這樣不但極大的利用了地下空間，還滿足了基礎(chǔ)設(shè)施要求深埋的要求。本文將針對地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會遇到的困難，提出幾點(diǎn)相應(yīng)的解決對策。

【關(guān)鍵詞】 建筑；地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析

引言：

建筑地下室設(shè)計(jì)是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一，作為設(shè)計(jì)師應(yīng)該注意積累地下室設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只要準(zhǔn)確把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合規(guī)范，全面考慮影響地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的諸多影響因素，以合理設(shè)計(jì)為前提，盡量降低建筑成本，最大限度保證高層建筑的安全性、適用性和耐久性是完全可能的。

一、地下室結(jié)構(gòu)的組成

地下室的種類較多，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類，其中按照使用功能有普通地下室和防空地下室，按照頂板的標(biāo)高劃分有半地下室和全地下室，按照地下室結(jié)構(gòu)材料的不同，又有磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

通常情況下，一個地下室主要由頂板、底板、外墻、門窗、采光井、樓（電）梯等幾個部分組成，頂板一般是采用預(yù)制混凝土板或現(xiàn)澆板，在設(shè)計(jì)頂板厚度時通常是按照首層荷載計(jì)算結(jié)果確定；底板應(yīng)高于地下水位高度，在無壓力作用可能的情況下，可以按照一般的地面工程進(jìn)行處理，若底板高度低于地下水最高水位，須考慮到水的浮力荷載，采取一定的措施確保底板有足夠的強(qiáng)度、剛度、抗浮和抗?jié)B透能力；地下室的外墻厚度按照一定的計(jì)算進(jìn)行確定，通常情況下，厚度至少要達(dá)到30厘米；門窗的設(shè)計(jì)一般是與地上建筑一致，若窗臺在室外地面以下，還應(yīng)設(shè)置采光通風(fēng)井；設(shè)置采光通風(fēng)井時，每一個窗子均應(yīng)有一個采光井[2]；地下室的樓（電）梯可與上部建筑結(jié)合設(shè)計(jì)，規(guī)模較小的地下室也可設(shè)置單跑樓梯，還須確保地下室安全出口處無較高的建筑阻礙。

二、地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、現(xiàn)代建筑多為高層建筑，在建筑中，水平荷載對建筑的影響非常大，而通過合理利用地下室外墻的外側(cè)土抗力，能夠分擔(dān)建筑的的荷載，降低上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。而要在地震和風(fēng)荷載作用下將水平荷載安全地傳遞給地下室周圍的外側(cè)土，就須要保證外墻在外側(cè)壓力作用下具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)時，既要通過實(shí)踐明確靜止土壓力系數(shù)，也應(yīng)注意到橫向荷載、豎向荷載及活荷載等方面，而通常情況下，豎向荷載作用的內(nèi)力不起控制作用，在設(shè)計(jì)時可以不作過多考慮，只按照橫向荷載作用對墻板產(chǎn)生的彎矩來計(jì)算配筋。

以外墻高度4.8米，水位高出基礎(chǔ)頂部1.6米，外側(cè)填土高處墻頂0.5米的無鋼筋混凝土底板地下室為例，通過靜止土壓力的計(jì)算可得出具體的外墻荷載分布。之后再根據(jù)以上結(jié)果計(jì)算出配筋并確定選筋方案。而由于混凝土結(jié)構(gòu)的地下室，外墻混凝土易出現(xiàn)壓縮，產(chǎn)生的拉應(yīng)力大，易導(dǎo)致收縮裂縫的出現(xiàn)，不僅影響到地下室的正常使用功能，還會對結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)固性帶來不良的影響，因此，在外墻設(shè)計(jì)計(jì)算時，還應(yīng)當(dāng)確定合理的裂縫控制限制。在地下室長度過程時，為防止外墻出現(xiàn)沿墻的豎向裂縫除了以上所說可以通過設(shè)置后澆帶或使用混凝土膨脹劑外，還可以通過設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶、增加水平分布筋的方法來解決這一問題。

2、外墻機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室的外墻承受著豎向荷載和橫向荷載，其中豎向荷載是來自上部的傳重和地下室樓蓋的自重，水平荷載是來自側(cè)向土壓力、室外的地面活載、地下水的側(cè)向力等。通常情況下，地震引發(fā)的內(nèi)力或豎向荷載等起不到控制作用，因此，是地下室的水平荷載所產(chǎn)生的彎矩確定墻體配筋，豎向的荷載壓彎作用通常不必考慮，按墻板的彎曲值來計(jì)算彎曲配筋。

在對地下室的外墻截面進(jìn)行設(shè)計(jì)時，會由土壓力引起永久的荷載效應(yīng)，取靜止土壓力作為外墻承受的壓力，通常情況下，靜止土壓力要用實(shí)驗(yàn)來確定，如果不具備條件做實(shí)驗(yàn)時，黏性土要取0.5到0.7，沙土要取0.34到0.45，當(dāng)水位穩(wěn)定時，水壓力依照永久荷載確定分享系數(shù)為1.2；當(dāng)水位不穩(wěn)定時，水壓力依照可變荷載確定分項(xiàng)系數(shù)為1.3。當(dāng)有人防要求時，外墻的永久荷載系數(shù)可取1.0到1.2，1.0的分項(xiàng)系數(shù)作為抗暴等荷載的取值。

在進(jìn)行地下室外墻設(shè)計(jì)時，外墻配筋的計(jì)算，不是依照扶壁柱的大小來計(jì)算的，而是依照雙向板來計(jì)算的，扶壁柱的配筋要依照地下室的整體電算結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。假如按照扶壁柱與外墻變形協(xié)調(diào)進(jìn)行設(shè)計(jì)，會使外墻的豎向配筋不足，水平分布筋富余，扶壁柱的配筋過少。

在進(jìn)行地下室的底板標(biāo)高設(shè)計(jì)時，在其標(biāo)高變化的位置僅僅設(shè)計(jì)一根梁柱，寬度還低于底板的厚度，僅靠兩側(cè)的傳遞板得軸筋支座彎矩?zé)o法滿足要求。樓梯開口的外墻頂部沒有樓板作為支撐，因此配筋構(gòu)造和模型都應(yīng)該同實(shí)際相符才對。

三、平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

1、平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要綜合考慮地下室的通風(fēng)要求、采光要求、功能要求、防火要求、人防要求以及管道的埋設(shè)排水要求。例如在地下室的長度超出規(guī)定時，要確定是否需要設(shè)置變形縫，一般而言，盡量不設(shè)或者少設(shè)為妙，因?yàn)樽冃慰p的位置很難做防水處理，設(shè)計(jì)者可以使用混凝土或設(shè)后澆帶及地上設(shè)縫的方式，取代地下設(shè)縫的設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)叵率疫^長時，可以通過合理調(diào)整平面，對地下室進(jìn)行平面分割的設(shè)計(jì)，用比較狹窄的通道進(jìn)行相互連接，用于滿足管道相連和使用的要求，從而把變形縫設(shè)計(jì)在通道的位置，這樣接縫處會受力較小，方便補(bǔ)救。地下室的通風(fēng)采光井的位置設(shè)計(jì)非常重要，如設(shè)計(jì)不當(dāng)會影響到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2、地下室基礎(chǔ)底板的配筋率設(shè)計(jì)問題

基礎(chǔ)底板的厚度必須要滿足墻體的抗撞切要求，另外還要配設(shè)抗彎鋼筋。通常情況，我們只需配設(shè)構(gòu)造鋼筋，依照混凝土的設(shè)計(jì)要求，最小配筋率是0.15%。在設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)底板的配筋率要嚴(yán)格加以控制，對厚底板的配筋率只需要控制在0.10%到0.12%之間，過高的配筋率會造成浪費(fèi)。

3、地下室的防震設(shè)計(jì)問題

高層建筑基礎(chǔ)掩埋是為了穩(wěn)定地基，降低建筑的整體傾斜，阻止其滑移或傾覆，埋置一定的深度，可以起到良好的抗震作用。鋼筋混凝土的高層地下室的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，如果是采用樁基時埋深不得小于1/15H，采用天然地基時埋深不得小于1/12H。房屋高度H是指室外檐口到地面的高度，其中不包括突出的電梯間、水箱等部位的高度。

地下室設(shè)計(jì)不合理會影響整體的抗震性能，地下室的埋深高度要大于外地面以上的高度，總高度才可以從室外的地面開始算起，對于地下室的墻柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要同上部的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，對于地下室頂板的板面的內(nèi)外標(biāo)高發(fā)生的變化超過梁高就會造成錯層的形成，要采取相應(yīng)的措施加以處理，不然不能作為上部結(jié)構(gòu)相應(yīng)的嵌固部位。當(dāng)?shù)叵率业捻敯瀹?dāng)做上部結(jié)構(gòu)相應(yīng)的嵌固部位時，其地下一層以下的抗震等級要根據(jù)實(shí)際情況使用三級或者四級，地下一層結(jié)構(gòu)的抗震等級要和上部結(jié)構(gòu)所采用的等級一致。

4、地下室的消防車荷載的設(shè)計(jì)問題

偶然荷載一般在正常使用的期間不會出現(xiàn)，但是一旦出現(xiàn)會在短時間內(nèi)產(chǎn)成巨大的荷載，通常所遇到的偶然荷載有火災(zāi)、爆炸等。因?yàn)橄儡囃ǔ：奢d很大，它的取值對于截面及配筋有很大影響，也算是一種偶然荷載。依照規(guī)范規(guī)定，在荷載效應(yīng)中，偶然荷載的取值不應(yīng)該乘以分項(xiàng)系數(shù)。那么在通過結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行計(jì)算時，要對消防車的荷載進(jìn)行折減后再輸入，不然程序會自動計(jì)算出的數(shù)據(jù)，會放大消防車的荷載。

5、保護(hù)層的墊層厚度設(shè)計(jì)問題

地下室的混凝土墊層和鋼筋保護(hù)層的強(qiáng)度等級要按規(guī)范加強(qiáng)。地下室的結(jié)構(gòu)厚度不能小于250mm，而裂縫寬度則不能大于0.2mm，且不可以貫通，其迎水面的保護(hù)層厚度不可小于50mm.作為保護(hù)層的防水混凝土其結(jié)構(gòu)的底板墊層，不能小于C15的強(qiáng)度等級，其厚度不能小于150mm，假如是在軟弱土層，其厚度不能小于150mm。通過工程的實(shí)踐結(jié)果表明，假如結(jié)構(gòu)厚度小于規(guī)范的取值，迎水面保護(hù)層厚度不按照規(guī)范取值，都會引發(fā)水滲漏的問題，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)特別注意按照規(guī)范要求進(jìn)行取值。

四、結(jié)束語

城市化進(jìn)程的加快，使得現(xiàn)如今城市人口數(shù)量急劇上升，因此高層建筑變得越來越多，在高層建筑中對于地下室和地下車庫的需求也隨之增多，因而在建筑設(shè)計(jì)中，要考慮到地下室機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理，是否滿足基礎(chǔ)設(shè)施的埋設(shè)要求。同時使這些高層建筑中的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得尤為復(fù)雜，因此我們的設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，一定要把握好合理、適用、安全的原則，通過合理的設(shè)計(jì)，使地下室的空間得到最有效的利用，能夠給人們帶來最大化的社會效益，以此滿足真正的設(shè)計(jì)要求。

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