试论城市建筑工程地下室结构设计

试论城市建筑工程地下室结构设计

张树其

汕头市第二建筑设计院广东汕头515000

摘要：由于城市经济的快速发展及人口剧增，地面土地面积已经不能满足城市发展的需要，因此大量地下停车场、地下车库等地下建筑逐渐兴盛。笔者结合多年的工作经验从地下室结构设计和构造相关内容展开阐述及分析，希望能够为提高地下室结构设计的合理性和安全性提供参考。

关键词：地下室；结构设计；空间设计；结构合理性

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。目前地下室已成为建筑空间利用最大化的表现，它是建筑工程的重要组成部分，随着建筑技术和要求的不断提升，地下室结构设计在商场、住宅楼等建筑物工程设计和施工中发挥的作用越来越大，成为了优化建筑性能、提高经济收益的关键部分，做好城市建筑工程地下室结构设计对建筑项目的总体效益及城市的可持续发展有着不可忽略的重要意义。

一、地下室结构设计前期需要考虑的两个主要问题

1.1地下室外墙荷载问题

地下室外墙对整体的荷载都异常重要，它承受的荷载主要是来自水平荷载和建筑主体本身的荷载还有地下室楼盖的传重、自重的竖向荷载。地下室外墙水平会受到侧向的土压力和侧向的水压力。永久荷载效应是由土压力引起的。地下室外墙承受的土压力应取静止土压力，由实验来确定静止土压力。如果实验条件不具备时，砂土可在0.34到0.45之间取，黏土可在0.5到0.7之间取。如果水压力的水位稳定可以按永久载荷考虑，分项系数应取1.2；如果水压力的水位有一定的波动，分项系数应该取1.3。当有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数效应对其结构不利时取1.2，有利时取1.0；抗爆等效静荷载分项系数取1.0。

1.3 地下室的配筋问题

在实际设计当中，对于带扶壁柱外墙的配筋的计算，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算的，而是根据双向板计算的；对扶壁墙配筋的计算则是通过地下室结构的整体电算分析得到的，而不是按照外墙双向板传递荷载验算。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计会使外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋变少、外墙的水平分布筋过剩。在地下室外墙设计中，一般来说竖向的荷载和地震等作用产生的内力不会对地下室外墙产生很大的影响，所以在此过程中一定要重视水平的荷载，当水平荷载垂直于墙面的时候会产生弯矩，这对墙体的配筋有着十分重要的意义。

二、进一步优化地下室结构设计的有效措施

2.1 综合考虑地下室结构设计的荷载问题

建筑物的地下室荷载是由核爆动荷载、建筑物的重量荷载、土压力和水压力以及地下室自身重力的荷载等几部分组成。在我国的有关技术规范中有对防空型地下室内部的荷载组合，所以在对建筑物地下室结构设计就可以根据不同工程的不同特点同时还要结合技术规范要求来组合不同的荷载组合。在建筑物地下室结构中不同的位置所参与到的组合的荷载有以下几种情况：（1）顶板，主要由核爆动荷载标准值和静荷载标准值组成。（2）侧墙，如果是竖向的话就包括了从顶板传来的顶板荷载，还有上部建筑自身重量的标准值以及外墙自重的标准值；如果是横向的话，就由核爆动荷载出现的水平荷载标准值、水压力和土压力这三部分组成。（3）内承重柱（内承重墙），其中包括了内承重墙自重标准值、顶板的荷载标准值和建筑物本身的自重。（4）基础部分，主要是由底板核爆动荷载的标准值、上部建筑物自重标准值和从顶板传来的静荷载标准值组成。在对防空和地下室的结构进行荷载组合的同时实质上也是解决在核爆动荷载的情况下确定静荷载的问题。

2.2 做好地下室结构设计中的顶板设计

在针对建筑物地下室结构设计中，对上部建筑的具有水平约束力作用是由顶板完成，所以其刚度越大对上部的约束能力越强，当顶板作为嵌固端地下室结构的顶板厚度不低于180mm。如果地下室考虑满足人防的特殊要求，顶板的厚度更是不低于200mm。根据我国建筑抗震的有关技术规范来看，在建筑物地下室结构设计中顶板位于上层建筑物的嵌固端，并且对一系列做出具体的要求，包括楼板的厚度、混凝土的强度和楼层侧向刚度，并且也要求地下室层数不宜少于两层。

2.3 地下室结构设计中的外墙设计

在设计建筑物地下室结构的外墙部分，主要是要考虑到弯矩的调幅，要用支架来固定它的底部，也就是在设计底板的时候要考虑保持外墙嵌固端稳定，还需要考虑到荷载的各种分项系数，在存在多层地下室的时候要考虑到多跨连续计算。例如说侧壁的底部弯矩需要相邻的底板弯矩数据一样，并且侧壁的抗弯能力要大于底部，同时还需要其厚度与配筋量进行匹配。在针对地下室车道中这种问题经常出现。车道的侧壁主要是为悬臂构造，所以底板的抗弯能力一定要大于侧壁底部的抗弯能力。如果在楼梯间等位置的地面开洞处外墙的顶部没有楼板支撑的话，计算模型和配筋构造都需要与实际情况相符。除了在与外墙相垂直的方向上存在有钢筋混凝土内侧墙互联的外墙，还有就是扶壁柱的截面面积较大就需要按照双向板来对配筋进行计算。在竖向上，可以对载荷较小的外墙扶壁柱内外侧的主筋进行加强来保障建筑物地下室结构的稳定性。在针对地下室的外墙进行设计的时候需要对裂缝的宽度进行计算，宽度要小于0.2mm。

2.4 地下室结构设计中的底板设计

跟上文所说的外墙一样，底板除了要满足受力提出来的要求之外还有其他两个要求，分别是地下室防水的要求和抗渗的要求。所以说地下室的底板的厚度和配筋是重中之重，一定要经得起考验，不能够太小。一般来说，地下室中底板的设计最小厚度在三十五公分以上，配筋率在0.25%左右。在地下室中底板标高的变化来看，应该结合实际情况来设置梁宽，但是底板的厚度要大于梁宽、在地下室结构中桩箱和桩筏基础的底板实质就是桩的承台，所以说必须同时满足冲切以及局部受压的需求。

2.5地下室设计中的抗浮设计以及抗渗控制设计

在建筑物地下室的设计中有个问题需要特别注意，就是抗浮计算是考虑施工过程中，基坑开挖完成后，地下室施工时候的抗浮最不利情况，这时候上部建筑尚未施工，无上部建筑荷载。如果使用桩基就要对抗拔承载力进行计算。对于地下室来说有力的是底板以及其覆土自身的重量，根据有关荷载技术规范中的要求在对荷载强度进行计算的时候荷载分项系数应该取1.0.在对抗浮进行计算的时候，荷载分项系数应该取0.9，在对地下室抗浮设计中需要考虑多个重要数据，分别是建筑物所在位置的地下水位和变幅，但在实际设计过程中往往只会考虑到极限状态下的数据，这就是对施工的不重视，会有很恶劣的影响，会导致在施工的过程中以及汛期的重视不够导致在施工过程中抗浮达不到要求而出现安全隐患。一定要结合实际情况并遵循技术规范来做细致的分析。

三、结束语

总之，经济社会的快速发展，使人们对于房屋建筑工程的要求越来越高，为满足人们对居住环境的高标准和严要求，国家对房屋建筑行业的监督、管理工作力度也在不断加强。而房屋建筑结构作为确保建筑使用寿命、功能性、美观性的重要基础，也开始受到越来越多的关注。地下室结构设计在商场、住宅楼等建筑物工程设计和施工中发挥的作用越来越大，成为了优化建筑性能、提高经济收益的关键部分，通过地下室结构设计使建筑空间物尽其用，同时在合理范围中减少工程造价，进一步增加建筑项目的功用性及经济效益。

参考文献：

[1]浅谈建筑结构设计中的应用优化技术[J].刘俊.建材与装饰2019年12期

[2]建筑结构设计的常见问题分析[J].王旭.中国石油和化工2018年07期

[3]探讨建筑结构设计的优化技术[J].张波.建材与装饰2019年11期

[4]探析房屋建筑结构设计中的基础设计[J].杨通文.建材与装饰2019年11期