【摘 要】随着我国土地资源的匮泛，现代建筑一般都会建有地下室，有效缓解了当今土地紧缺的现象。本文根据工程案例，对地下室的结构设计难点与要点进行探讨。
【关键词】建筑；地下室；结构设计
1、工程概况
某高层建筑为钢筋混凝土剪力墙结构，地上21层，地下为3层，抗震设防类别为丙类，设防烈度8度，设计基本地震加速度值为0.20g，地基基础设计等级乙级，上部结构的嵌固部位在地下一层顶板。基础底板采用平板式筏板基础，地基持力层为中粗砂，地基承载力标准值为160KPa，不满足要求。需进行地基处理，采用CFG桩复合地基，要求处理后的地基承载力特征值不小于460KPa，压缩模量Es≥30Mpa，最大最终沉降量为80mm，最大最终沉降差为35mm，抗浮水头5.05m。
2、地下室的设计
2.1基础的选型
（1）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）12.1.2条规定，高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的工程地质和水文地质状况、上部结构的类型和房屋高度、施工技术和经济条件等因素，使建筑物不致发生过量沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求；还应了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高等，减少与相邻建筑的相互影响。
（2）基础形式应选用整体性好，能满足地基承载力和建筑物容许变形的要求，并能调节不均匀沉降，达到安全实用和经济合理的目的。
2.2抗浮设计
（1）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）3.0.2条第6款规定建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算。3.0.4条规定，岩土工程勘察报告应提供用于计算地下水浮力的设防水位。
（2）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）12.1.4条规定基础设计时宜采用当地成熟可靠的技术；宜考虑基础与上部结构相互作用的影响。施工期间需要降低地下水位的，应采取避免影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等安全和正常使用的有效措施；同时还应注意施工降水的时间要求，避免停止降水后水位过早上升而引起建筑物上浮等问题。
（3）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）3.2.4条第3款对结构的倾覆、滑移或漂浮验算应满足有关的建筑结构设计规范的规定。
（4）抗浮措施一般有增加地下室的重量、降低抗浮设防水位、设置抗浮桩等，这些措施各有利弊，应按工程具体情况区别对待。本工程抗浮设计水位较高，地下室设计时需要采取抗浮措施。选用临时降低地下水位，地下水位降至基础底板以下不小于0.5m，待主体结构地上施工至五层封顶完成后方可停止降水。
2.3建筑物上部结构、地下室、地基的相互作用关系
（1）高层建筑的基础上部整体连接着层数很多的剪力墙结构，地下室四周很厚的挡土墙又紧贴着有效侧限的密实回填土，下部又连接着沿深度变化的地基。无论在竖向荷载还是水平荷载的作用下，它们都会有机的共同作用，相互协调变形。尽管在这方面的设计计算理论仍不够完善，但如果仅仅把基础从上部结构和下部地基的客观边界条件中完全隔离出来进行计算，是根本无法达到真正设计要求的目的。
（2）无论是采用箱基还是筏基，诸多工程的实测都显示；底板的整体弯曲率都是很小的，往往都不到万分之五。另外，基础底面和地基土之间巨大的摩擦力起着一定程度的反弯曲作用，摩擦力是整栋建筑的客观边界条件，不能视而不见。特别是对于天然地基的箱形和筏形基础来讲，地基土都比较坚实，变形模量和基床系数都比较大，则基础底板的内力和相应的挠曲率势必会相应减少。
3、建筑地下室结构设计的难点
目前城市土地资源日益紧缺，建筑及城市交通有逐渐向地下发展的趋势。然而，建筑由于其功能和结构本身的需要，大多设置了地下室。随着建筑层数的日益增高，地下结构已向多层发展，其结构设计、施工及防水等日益成为建筑工程界关注的热点。地下室工程的设计和施工有一定的特殊要求。
地下室工程涉及的专业极为复杂，在建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题。而且由于实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而也会造成施工过程中由于抗浮不够而出现局部破坏，加上地下室防水工程是一项系统性工程，涉及设计、施工、材料选择等诸多方面因素，因此造成了地下室结构设计难点繁多，一般来讲概括起来为：（1）结构平面设计；（2）抗震设计；（3）地下室抗浮、抗渗设计；（4）外墙结构设计。
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4、地下室结构设计要点
4.1地下室结构平面设计
地下室工程涉及的专业极为复杂，在高层建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过设计规定的长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝土外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。
4.2地下室外墙结构设计
地下室的外墙是结构设计的重点，应按水、土压力验算外墙抗裂。在设计时应注意以下要求：
（1）是荷载，地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括室外地面活载、侧向土压力、地下水侧向压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板受弯曲计算其配筋。
（2）是地下室外墙截面设计时，土压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力宜由试验确定。
（3）是地下室外墙的配筋计算。实际设计时，配筋的计算，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。
4.3地下室抗浮、抗渗设计
在地下室建筑结构设计中，抗浮设计是重要环节，地下水位的升降是整个抗浮设计的重要依据，在具体的地下室抗浮设计时候，多会只是重视正常使用的极限状态，却很少关注洪水期和施工的具体过程，也因此出现了很多抗浮措施不完善，使得建筑局部出现破坏的现象，严重损害了工程的整体质量。在地下室的表面，一般都会有很多各种各样的建筑体，而地下室的面积很大，形状缺乏规则性，使得抗浮措施变得更为艰难，必须在细致考虑到多种因素的条件下，进行科学处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：
（1）补偿收缩混凝土
在混凝土中掺微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值。当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝。
（2）膨胀带
混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝土连续浇注无缝施工。
（3）后浇带
后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛应用；
（4）提高钢筋混凝土的抗拉能力
混凝土应考虑增加抗变形钢筋，如侧壁增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用；侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设置一道水平暗梁来抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。
4.4地下室抗震设计
地下室结构设计对整个建筑工程的抗震性能有着十分重要的影响，结构设计的是否合理，不仅仅关系到整个高层建筑的工程造价，也会密切的关系到整个建筑的稳定性和安全性。因此，在进行高层建筑地下室结构设计中，要把握施工图纸的审核要点，严格按照国家有关的规范规程标准等文件进行设计。
5、结语
总的来说，对建筑地下室结构设计进行分析，让我们对地下室结构设计有了大致的了解，这样便于我们进行更好地结构设计，从而提高建筑的质量于和安全。
参考文献：
[1]朱炳寅，娄宇，杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析（第二版）.中国建筑工业出版社2013.01
[2]北京市建筑设计研究院.建筑结构专业技术措施.中国建筑工业出版社，2007.02
[3]住建部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施（2009）（地基与基础）中国计划出版社2012.04
论文作者:廖伟峰
论文发表刊物:《低碳地产》2016年12期
论文发表时间:2016/10/25
标签：地下室论文; 荷载论文; 结构设计论文; 混凝土论文; 结构论文; 建筑论文; 地基论文; 《低碳地产》2016年12期论文;