摘要：随着社会的发展，高层建筑越来越多。城市建设中出现了大量的地下室及地下车库，将高层建筑的设备用房、地下消防水池和汽车停车位等设在地下室.既能充分发挥地下室作用，又能满足基础埋深的要求。因此，在高层建筑设计中，地下室结构设计日显重要。现简要论述地下室结构设计中经常遇到的几个问题，与同行共同探讨。本文针对地下室结构设计中常见的问题，提出了相应的设计方法和应对措施。
关键词：地下室；结构设计；问题；对策
一、地下室结构设计工程的概述
地下室工程涉及的专业极为复杂，地下室结构设计需综合考虑防火、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规范规定的长度时，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。也可以通过设置后浇带和合理使用混凝外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式。若地下室过长，依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。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，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面。
二、地下室结构设计特点要求
地下室结构设计的主要内容包含几个方向：
（1）主体结构设计。包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；
（2）孔口防护设计。包括出入口的防护和消波系统（防护设备）其中出人口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算，出人口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计。
（3）地下室是否与上部结构一起计算对于计算结果影响较大，其底板经常同时作为结构的基础，需要考虑地基的反作用力，顶板作为工程的重要部位，需要组合核爆炸力的等效静荷载，外墙则需考虑侧向的土、水的水平作用组合。
三、地下室结构设计问题及对策
3.1结构设计
（1）顶板设计。地下室顶板作为高层建筑上部结构的一个重要水平约束，要有较大的刚度，因此在顶板设计中，应该注意其厚度不能太薄，一般不宜小于160mm，对于人防地下室有特殊要求，根据规范要求，地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，对楼板厚度、混凝土强度等级、板配筋率等都有特殊的要求，且地下室不宜少于两层。
在地下室结构设计中，设计人员不能仅仅考虑地下室的层数和总深度，还要考虑到顶板情况，在结构设计中应该往下计算到嵌固端要求的地下室层或底板，但剪力墙底部加强区层数应该从地下室顶板算起，当顶板室内外板面标高变化超过梁高范围形成错层且未采取措施、或顶板为无梁楼盖时，地下室顶板不应作为上部结构的嵌固部位。
（2）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，在设计时应注意以下要求：①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，水平荷载包括地面荷载、侧向水土压力和人防等效静荷载。②静止土压力系数。静止土压力宜由试验确定，当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7。③地下室外墙的配筋计算。地下室外墙可根据支撑情况按双向板或单向板计算水平荷载下的弯矩。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于地下室内墙间距不等，有的相距较远，因此在工程设计中一般把楼板或基础底板作为外墙板的支点按单向板计算，在基础底板处按固端，顶板处按铰支座。在于外墙相垂直的内墙处，由于外墙水平分布钢筋一般也有不小的数量，不再另加负弯矩构造钢筋。地下室外墙也可按考虑塑性弯矩内力重分布计算弯矩 ，有利于节省钢筋用量。按塑性计算不仅在有外防水的墙体中采用，在考虑混凝土自防水的墙体中也可采用。考虑塑性变形内力重分布，只在受拉区混凝土可能出现弯曲裂缝，但由于裂缝较细微不会贯通整个截面厚度，故任有足够的防水抗渗能力。
（3）底板设计。对于底板设计，应该在满足受力要求的条件下，控制地下室渗漏、防水条件，因为这些是影响地下室使用寿命的主要原因。同时底板作为地下室外墙的坎固端，因此在地下室设计过程中，其厚度不能太薄，配筋也不宜太小，一般底板厚度取40-60cm，配筋率一般取0.25%。在计算还应该考虑到支座弯矩传递到梁所需的抗扭钢筋。桩箱、桩筏基础的地下室底板也是桩承台，还要满足冲切、剪切。
3.1载荷设计
结构构件的强度设计安全系数在静荷载或动荷载单独作用时，在动、静荷载同时作用时一般取动荷载的安全系数。首先必需验算静荷载单独作用下的构件强度，在计算动荷载或动、静荷载同时作用的构件截面强度时，应考虑材料强度提高系数。按钢筋混凝土结构设计规范（GB50010-2010）进行（静载）截面设计时，根据该规范采用设计荷载（又称标准荷载） =恒载+动载，在用于求得的外力上再乘以构件强度设计安全系数 。但在防护结构（动载或动载+静载）截面设计时，一般取动荷载的构件强度设计安全系数 。此外还应在截面设计时，将规范中钢筋及混凝土的设计强度乘以材料强度提高系数，对混凝土其值为1.4，对钢筋则根据其等级不同，其值为1.0-1.3。
3.1抗震设计
在地下室设计中应该做好抗震设计，因为地下室抗震关系到整个建筑的抗震安全。当地下室顶板作为上部结构嵌固端时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震等级可逐渐降低一级；对于标准设防类（丙类）建筑，6、7度时不宜低于四级，8度时不宜低于三级，9度时不宜低于二级；对于重点设防类（乙类）建筑，6度时不宜低于四级，7度时不宜低于三级，8度时不宜低于二级，9度时应专门研究。地下室中无上部结构部分，可根据具体情况采用三级或四级。除九度外，上部结构以外范围较大的地下室结构可采用三级或四级。
3.1地下室抗浮设计
地下水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。实际在地下室抗浮设计时仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。另外，在同一整体大面积地下室的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下室的面积较大、形状又不规则，且地下室上方的局部没有建筑，此类抗浮问题相对比较难以处理，须作细致分析后再进行处理。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。
结语
地下室设计是一个复杂的系统工程，不单各专业之间需要相互配合，单就结构专业需要考虑的问题就很多，在此限于篇幅不再意义赘述。但是万变不离其宗，只要多学习、多思考、多实践、多探讨，设计出一个令建设单位和业主满意的地下室也并不是一件难事。
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论文作者:张元
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/28
标签：地下室论文; 荷载论文; 结构设计论文; 顶板论文; 底板论文; 外墙论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;