宋伟
浙江华洲国际设计有限公司 浙江省杭州市 310000
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；分析与探讨
引言
地下工程的建设在整体项目中所占比例也会持续增长。然而地下空间的建设难度较大，设计存在很多复杂的技术问题，结构设计质量将直接影响整个项目的建设周期、施工费用和完工效果。因此，本文主要对建筑工程地下室结构设计进行了分析与探讨。
1工程概况
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。
2地下室结构设计特点
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。
3基础设计
本工程地下水位处于顶板面位置，底板承受5m水头浮力，基础设计考虑了3种方案：（1）平板式筏基；（2）梁板式筏基+抗拔桩；（3）梁板式筏基+板面覆毛石混凝土。根据分析可知：方案（1）中，地下底板的厚度需达到1.7m，造价最高，开挖深度-6.25m；方案（2）开挖深度-5.05m；方案（3）中，造价最低，开挖深度-7.15m，由此基坑开挖、支护要求均提高，因此也导致相应的费用提高[4]。通过综合分析，决定采用方案（2），地下底板厚500mm，柱下双向拉梁，梁宽、高分别为800mm、700mm。通过对场地条件、工程地质的综合分析，决定采用沉管灌注桩作为抗拔桩，直径377mm，有效桩长分为6.5m（590根）、10.2m（345根），单桩抗拔承载力设计值分别为75kN、170kN。
4地下室的结构设计
第一，人防地下室不仅要满足战时的使用功能，也要满足平时的使用需求，所以各专业都需要遵循平战有效结合的设计模式来开展科学、有效的设计工作，保证可以针对不同类型的状况实施有效的模式转换。第二，在针对战时状况的结构设计过程当中，不需对结构变形、裂缝及地基的承载力、变形进行验算，只需对其整体强度进行验算即可；而在针对平时状况的结构设计过程当中，仍需要对结构强度及变形进行验算，取二者不利情况对整个结构进行控制设计。第三，在战时状况设计中，结构材料的强度设计值可作相应提高。除此之外，人防地下室的结构设计还应保证结构每个部位抗力都具有良好的协调性，特别是在针对不同的设计标准方面，需要保证设计成果的一致性，避免其中出现功能冲突性的问题。
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5地下室外墙结构设计
5.1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。
5.2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。
5.3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。
5.4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。
6顶板设计
顶板设计主要考虑覆土荷载和消防车荷载的折减问题，以及塔楼的施工荷载。通过控制地下室柱网的合理布置，比如采用地下室柱距为5.3m（5.5m）*8m的方式（其中5.3m*8m为停车位置，5.5m*8m则为车道部位。），不仅方便地下室车库车辆的停放，而且方便顶板在5.3m和5.5m框架处设置450mm*900mm高的梁高，在此短跨处再设置一条300mm*800mm的次梁，其他同次梁方向相同的框架梁也采用300mm*800mm的尺寸。本项目地下室顶板根据园林专业的要求，覆土1.2米厚，顶板跌级高差部位，采用其他轻质材料换填，非消防车道的活荷载取值为5KN/m2。消防车荷载部分，根据地下室顶板被分隔成单向板的情况，并考虑了覆土厚度的折减，最终取值为：单向板2.6～2.8m宽，板荷载计算时取值为25KN/m2；次梁取0.8折减系数，为25*0.8=20KN/ m2；主梁及柱设计时取0.6折减系数，为25*0.6=15KN/m2。
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。
参考文献：
[1]徐静和.高层建筑地下室相关结构设计问题[J].建筑技术开发，2018，45（02）：9-10.
[2]姜开军，杨琳.建筑地下室结构设计分析[J].门窗，2016（08）：146.
[3]曾钟亮.关于建筑工程地下室结构设计的相关探讨[J].建材与装饰，2016（07）：84-85.
[4]区信明.试论建筑地下室结构的设计[J].建材与装饰，2016（05）：97-98.
[5]王宇.建筑工程地下室结构设计探究[J].科技与企业，2015（03）：150.
论文作者:宋伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/7
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