摘要：目前，地下室在建筑工程中有极为普遍的应用，并成为其不可或缺的一部分。与此同时，随着建筑技术的不断发展与创新，地下室的结构正朝着复杂化的方向发展，承受的荷载也逐渐增多。此外，在建筑前期设计环节，地下室结构设计已经成为其中最为关键的部分。因此，积极对建筑工程地下室结构设计进行分析与探讨，可以有效的加快建筑工程技术的发展，对于我国建筑行业的发展也有帮助作用。
关键词：建筑工程；地下室；结构设计；分析
1建筑地下室结构设计的相关特点
地下室结构体系需要对地面的建筑体系进行参考。在项目前期方案协同设计时，应尽量使地下室的承重构件同地面建筑的承重构件相对应，使荷载能通过地下室自身的承重构件直接被传递到地基的基础上。按弹塑性工作阶段对钢筋混凝土自身结构的构件进行设计。由于结构的动力响应可能会降低结构设计的可靠性，所以不如先使结构构件进入塑性工作状态，使其吸收更多能量，提高材料的设计强度，可使材料尽可能得到完全利用，有利于提高经济效益。在爆炸动荷载状态下只进行强度计算，不计算变形、裂缝和地基承载力。对于地下室其自身结构抗震的要求给予关注，使其自身的抗塌毁能力有所提升。在最初进行地下室设计时，需对其自身选择的材料强度等级，结构组件自身最小的厚度及最小配筋率等给予考量。此外，还应按照地面高层建筑设计嵌固端构造及超长结构的差异沉降进行处置等。
2工程事例
某工程，建筑高度60m，其中含有1层地下室及20层地上结构。建筑主体结构为框架剪力墙，地下室属于人防工程，在其它时段该地下室用作车库使用。同时，该建筑以强风化岩层和中风化岩层共同做持力层，单桩承载力特征值1500KN。地下室底板结构为平板式筏基，抗浮水头为5m。该工程抗震设防类别为丙类，地震加速度的设计值为0.1g，抗震设防烈度为7度，地下室人防设计等级为6级。下面对此地下室结构设计的关键部分进行分析与探讨：
3地下室结构平面设计
地下室结构在设计过程中需要较多专业的参与，使得地下室工程设计具有较大的工作量。此外，设计高层建筑地下室结构时，为确保高层建筑的可靠性与安全性，需要重点考虑防火、人防、通风以及排水等要求。如果地下室的总长度超过设计规范，则应与结构专业协调来确定是否需要设置变形缝，从而最终确定防水处理方案。为了达到地下室防水的效果，地下室结构设计人员采取地上设缝而地下不设缝的方式来处理。当地下室长度大于规范要求时，应设置后浇带。设计人员也可以将地下室划分成多个区域较小的地下室，再用一定宽度的通道将各个小地下室进行连接。另外，也可在通道位置设置伸缩缝，以降低结构缝所受到的荷载。
4地下室外墙结构设计
4.1荷载
竖向荷载与水平荷载是地下室外墙所承受的主要荷载。地下室楼板自重以及其导荷是竖向荷载的主要来源；而人防等效静荷载、侧向土压力以及地面堆载等是水平荷载的主要来源。水平地震作用与风荷载相较于其它荷载，对于地下室外墙平面所形成的内力则较小。在设计本项目时，地震荷载、风荷载与竖向荷载所产生的内力不会起到控制作用，所以应根据垂直墙面的水平荷载所形成的弯矩来确定地下室外墙的配筋。同时不需要将竖向组合荷载产生的压弯作用考虑进去，配筋仅需考虑墙板弯曲计算的弯曲值即可，从而提升了建筑地下室结构的稳定性与可靠性。
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4.2静止土压力系数
根据工程项目试验来确定静止土压力的取值，如果设计过程中无法进行试验或不具备试验条件，则砂土取0.34～0.45，黏性土取0.5～0.7。
4.3地下室外墙的配筋计算
在地下室外墙配筋计算过程中，由于外墙带扶壁柱，所以不能以扶壁柱的尺寸进行计算，配筋应根据双向板进行计算。同时，扶壁柱应根据地下室整体结构计算结果来配筋，而不应按照外墙双向板传递荷载来验算配筋。由于存在扶壁柱及外墙结构变形问题，按照上述方法进行受力计算会导致外墙竖向受力不均、扶壁柱配筋量较小的问题。由于此项目为高层建筑，在地下室外墙配筋计算过程中，框架柱之间的外墙配筋按照双向板计算，其他外墙应根据单向板来计算配筋。如果外墙扶壁柱所承受的竖向荷载较小，则应考虑加强外墙内外侧主筋。
4.4地下室底板标高的设计
如将一根高度小于底板的梁设置在地下室底板标高变化处，支座弯矩仅通过梁两侧板来传递，该结构形式难以满足设计要求。如地下室外墙与车道相连，车道底板应与外墙中部相连，避免外墙承受过大的车道底板作用力。
5地下室结构超长的问题
（1）地下室超长时可设置后浇带，伸缩后浇带应在地下室平面中每隔30m~40m设置，宽度控制在800mm左右，不切断贯通钢筋。（2）采用其它措施来避免设置伸缩后浇带。主要方式是应用强度等级较低的混凝土、应用粉煤灰混凝土技术、增加钢筋配筋量或将膨胀止水条设置在施工缝等等。此外，对于目前大多数地下室结构设计而言，上述措施的应用均获得了不错的效果。（3）将上述两种方式结合使用。
6地下室抗浮设计
对地下室抗浮设计，地下水位以及地下水位的变幅是重要的影响因素。因此对于地下室结构，其抗浮设计应对恶劣极限状态进行考虑，例如洪涝及多雨时期等。如果缺乏对地下室结构施工以及洪水期的考虑，会导致地下室结构无法满足抗浮设计的要求，导致其结构出现损坏。由于地下室的形状不规则且面积较大，所以在一定程度上提升了抗浮设计的复杂性与困难程度，需要对其进行详尽的计算后方可得到科学合理的抗浮设计结果。与此同时，地下室抗浮主要是考虑在极限条件下，地下室基础底板低于地下水设计水位，从而在地下水与底板处形成浮力。当地下室自重小于浮力时，地下室结构会出现上浮。因此，从严格意义上来讲，地下室抗浮不仅是隆起基础底面土，尽管与其有所联系，但是基坑开挖阶段是基坑底面隆起的多发环节，其属于地基土变形的范畴。当地下室自重小于地下水浮力时，设计人员需要重点考虑地下室结构的抗浮设计。我国通常采用抗拔桩或抗拔锚杆来对地下室结构进行抗浮设计，并且为了防止基础上浮，通常将抗拔桩或抗拔锚杆嵌入基础底板。
结束语
总之，在建筑地下室结构设计过程中，需要重点考虑地下室结构在整体建筑工程当中的作用，并且地下室结构的设计质量应与建筑工程整体要求相适应。在设计地下室过程中，应紧密联系其它建筑工程各个学科，使结构设计科学、合理，满足规范的各项要求。此外，地下室的设置，不仅缓解了现阶段停车难问题，而且提升了土地资源利用效率，所以地下室设计在建筑工程设计中有良好的发展前景。因此，在建筑工程地下室结构设计过程中，相关人员应严格遵从相关规定对其进行科学合理的设计，使地下室结构设计呈现最优化的状态。建筑的地下室结构会涉及到许多相对复杂的知识，同时其中也出现了非常多的问题并未得到合理的处置。相信在日后我国的学者也会致力在对于地下室结构设计有关问题的处置上，使高层建筑其自身地下室结构设计水平得到提升。
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论文作者:宋建增
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/11
标签：地下室论文; 荷载论文; 结构论文; 外墙论文; 结构设计论文; 底板论文; 壁柱论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;