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滕州市建筑设计院 山东省滕州市 277500
摘要：随着建筑层数的日益增高，地下结构也日趋复杂化，地下工程的基坑支护、结构设计、施工及防水等问题逐渐成为建筑工程界关注的热点。由于地下工程的施工环境特殊、隐蔽性大、涉及的工种多、施工复杂，也较容易出现质量问题，因而设计时应综合考虑多方面因素，结合工程的具体情况进行一些特殊的处理。本文探讨了地下室结构设计常遇到的一些问题及其解决措施。
关键词：地下室，平面设计，抗震设计，构造措施，防水，抗浮
引言 随着城市化进程的加快，如今城市人口数量急剧上升，土地资源日益紧缺，高层建筑越来越多，更由于其功能和结构本身的需要，大多设置了地下室，而且地下结构已向多层发展。地下室的结构设计合理性将对整个项目的设计的周期、施工的工期以及工程的整体造价产生巨大的影响。本文对于地下室结构设计中的常见问题结合工作经验，针对以下技术问题提出相应的处理措施和意见。
1.地下室平面设计 高层建筑的地下室结构设计时，需要结合以下相关要求：防火要求、平面使用功能、人防设计要求、消防水池、设备用房及排水、通风、采光等。地下室的层高、柱跨也要协同各个专业要求共同商定，既满足各专业要求又能尽可能经济合理。出现地下室的平面尺寸超长情况时，结构专业需要选择是设置变形缝还是采用其他的构造措施以解决温度裂缝问题。由于本身地下室经常会存在防水处理不当的问题，结构应该尽可能少设或不设变形缝。结构专业应优先会同其他专业合理地调整平面，将地下室分割成几个较小尺寸的地下室，中间仅用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，并将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处。并可以通过以下措施来防止裂缝的开展：①使用补偿收缩混凝土，在混凝土的配置过程中，通过加入各种膨胀剂，能够使混凝土在硬化的过程中的收缩比例降低。②膨胀带，由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿，为了实现混凝土连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩混凝土带，根据一些工程实践，一般超过60m设置膨胀加强带。③后浇带，后浇带的设置能够使混凝土早期短时期释放约束力，相对于混凝土的自然收缩能够有效降低混凝土的收缩裂缝发展几率。④提高钢筋混凝土的抗拉能力，混凝土结构设计中，可以考虑在其中加入一定的高强度钢筋，以提高混凝土结构使用过程中的抗变形能力。
总之在协同各专业满足各专业要求的前提下，尽量减小地下室层高并尽可能选用最经济的柱跨。总之，使地下室平面在满足各专业要求的前提下，结构设计参与并与各专业协同，力争使地下室平面设计最优。
2.地下室整体抗震设计
地下室如果地下室结构抗震设计不当，会对整体的抗震性能会产生很大影响。
2.1地下室的抗震等级
地下一层应与上部解耦股的抗震等级相同，以下可以逐层降低，对于丙类建筑，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，对于乙类建筑，6度不宜低于四级，7度不宜低于三级，8度不宜低于二级，9度时应专门研究。除9度外，上部结构以外范围较大的地下室结构可采用三～四级。
2.2嵌固端及刚度要求
钢筋砼高层建筑在进行结构分析前，首先确定结构嵌固端位置，其直接关系到计算模型与实际受力状态是否符合。《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，在满足一定条件下，高层建筑地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。
结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍。
2.3地下室顶板
地下室顶板采用现浇梁板结构，是具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力。一般工程进行结构整体计算时，多数选择地下室顶板为上部结构的嵌固端，要作为上部结构的嵌固端，地下室周边应有足够的侧限，且相对于上部结构应有足够的刚度，一般楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍，还要满足规范要求的各种构造措施，如地下室顶板应采用现浇梁板结构，应避免开设大洞口，顶板厚不宜小于180mm等等。所以地下室的设计应尽量满足此计算假定的要求，否则计算模型将是错误的，计算结果也是不可靠的。若地下室顶板无法满足以上条件，则不应作为上部结构的嵌固部位，结构整体计算应把嵌固端下移至下一层或者嵌固到基础顶。
3.地下室构件的设计
地下室外墙混凝土易出现收缩，受到结构本身和基坑边壁等的约束，产生较大的拉应力，直至出现收缩裂缝，地下室外墙裂缝宽度控制在 0.2mm 之内，其配筋量往往由裂缝宽度验算控制。地下室外墙可根据支承情况按双向板或单向板计算水平荷载作用下计算。在工程设计中，一般按楼板和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。当地下室顶板与墙身厚度相近时，顶板处可按固端，此时地下室外墙顶部配筋应与地下室顶板配筋同时考虑；对于有扶壁柱的侧墙，应根据扶壁柱弯曲刚度与侧墙弯曲刚度的大小对比，判断扶壁柱是否可作为侧墙支座，从而确定侧墙是否可按四边支承进行内力分析；扶壁柱按上端简支、下端固支进行受力分析及配筋。
4.地下室抗浮设计
地下室的抗浮设计也是一个必须加以重视的问题。地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，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，因而会造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。
抗浮设计包含两个阶段：地下室施工阶段及正常使用阶段。施工阶段的抗浮设计往往被设计人员忽视。因此也常常出现施工过程由于地下水位的突然上升而引起地下室整体或局部上涌，而导致结构破坏的工程事故。地勘报告提供的抗浮设计水位或常年水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。对于上部有多层或高层塔楼的地下室，正常使用阶段由于上部楼层的压重作用，一般情况下抗浮问题均能满足，因此仅需要解决施工阶段的水浮力作用。具体设计时可根据水浮力大小确定能满足压重要求的楼层数，并要求施工过程进行降水处理，待上部楼层施工到需要的层数后再停止降水。这样就不必要单独为施工阶段设置抗浮措施（如设抗拔桩，抗拔锚杆等）而增加工程造价。对于上部无塔楼的纯地下室，则须根据正常使用阶段和施工阶段中的最不利情况进行抗浮计算，设置抵抗浮力的抗拔桩或抗拔锚杆等，以满足地下室整体抗浮及局部抗浮的要求。地下室埋深越深，其所受的浮力也越大，因此，在满足各专业要求的前提下，应尽量减小地下室层高和埋深，才能较好的减少此方面的工程造价。
5.地下室防水设计
地下室防水设计是一项十分重要的工作，其决定地下室的正常使用效果。在防水设计时，应根据工程的性质、使用要求和重要性等合理确定防水等级，根据防水等级确定防水层数。根据防水等级的要求，建筑的地下室仅设一道防水混凝土是不能满足要求的，一般应做卷材防水。在选用防水卷材时，应考虑到地下室环境恶劣、无法更换的特点，尽量选用耐久性好的卷材。防水卷材在地下室外侧的各个部位均应闭合，尤其应重视节点设计如桩头、承台和积水坑等处。另外，为了防止少量渗水，便于地下室车道处积水的排放，地下室应设排水明沟和集水坑。
6.结语
地下室作为整个建筑结构的重要组成部分，其决定着整个建筑结构是否具有稳固的基础，在一些高层建筑中，地下工程的造价甚至还比上部结构造价要高。这要求我们设计人员在进行地下室结构设计时应把握安全可靠、经济合理的协调原则，从技术以及经济方面去深入研究地下室结构的设计技术问题。因此，在地下室结构设计过程中，需要从规范要求、安全因素、经济因素等多方面综合考虑，提高地下室的总体质量，保证整体建筑物的使用质量。