探讨建筑地下室结构设计
关健词:地下室；结构设计；方案
前言
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，地下室结构设计十日显重要。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。
1地下室结构平面设计
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、坑道梢脉、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过侧十规定的长度时，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外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面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，这样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，例如在侧壁外作附加通长采光井，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。
2地下室顶板的结构设计
地下室顶板是高层建筑上部结构的一个水平约束支座，其刚度越大。对上部结构的约束作用越好。因此，地下室顶板厚度不能太薄，一般取≥160mm。人防地下室顶板厚度还要满足人防要求。
根据《建筑抗震设计规范》(GB5001-2001)规定，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、楼层侧向刚度等都有具体要求，且地下室层数不宜少于两层。规范还明确规定，作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm，且不宜有较大洞口。这意味着高层建筑地下室层数或总深度不仅由地基基础埋深决定，还必须考虑上述因素。结构计算时应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算，并应包括地下层。当出现以下情况时，地下室顶板不应作为上部结构的嵌固部位:(1)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；(2)顶板为无梁楼盖。
3地下室外墙的结构设计
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:
3.1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、侧向土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，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。
3.2静止土压力系数。静止土压宜由试验确定，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。
3.3地下室外墙的配筋去蹲。实际设计时，在外墙的配筋计算中，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。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少,外墙的水平分布筋则有富余量。
因此，在计算地下室外墙的配筋时，对于垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大的外墙板块，如高层建穿矽陋柱之间，按双向板钊算配筋为宜，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋。对竖向荷载较小的外墙扶壁桩，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋应根据扶壁柱截面尺寸的大小，适当地配以外侧附加短水平负筋加强，外墙转角处也应适当加强。地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩相等，底板的抗弯能力应不小于侧壁的抗弯能力，其厚度应与配筋量相匹配。这种情况在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力应不小于侧壁底部的抗弯能力。
4地下室抗浮、抗渗及控制措施
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。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。在混凝土中掺人微膨胀剂，以馄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，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。
5地下室抗震设计
若地下室设计不当，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙相立统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的嵌固高粒。
6地下室保护层和垫层厚度
按《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)要求，地下工程防水混凝土底板混凝土垫层不应小于C15，厚度不应小于100mm，软弱土层中厚度不应小于150mm。防水混凝土结构厚度不应小于250mm。地下工程防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度不应小于5Omm。工程实践表明，若结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值，经常会出现渗漏水现象，因此，修订以后的规范对限值作了相应的提高，在实际施工时应引起注意。
7地下室结构超长与不均匀沉降问题
7.1地下室结构超长问题存在的普遍性可酥从以下几个项目中略见一斑:地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小，但周边的约束作用较强，结构超长问题的重要性仍然不容忽视。目前比较成熟的做法有以下几种:设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40-60m时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为800-1000mm。当地下结构的超长问题不是特别突出时，为了简化施工工艺，也可以采取不设置伸缩后浇带，采取减少温度或收缩应力措施，或者两种以上的主要措施并用的方法。
7.2不均匀沉降问题对于大底盘高层建筑群而言是一个必须面对而且必须得到很好解决的问题，除非该建筑群直接坐落在坚硬的岩石地基上。高层主楼和低层裙房由于荷载差异很大，两者的不均匀沉降是肯定存在的，设计中应根据工程的具体情况、场地地下水、岩土的物理力学性质、预估(包括采用合适的计算方法或经验)不设沉降缝时两者的差异沉降和经济性，综合分析比较，确定采用什么方案和处理措施。
常用的方案有以下几种:
方案一，采用大底盘变厚度筏基，沉降后浇带设在距主楼边柱的第一跨或第二跨内；位置设在与主楼相邻的第二跨的1/3跨间处时，可以充分利用裙房基础来扩散主楼的荷载，降低主楼的基底压力和减小主楼的绝对沉降值；当主楼下持力层为较好的砂卵石层或经过处理，底板变厚度的位置也可设在与主楼相邻的第一跨的1/3跨间处；
方案二，高层采用整体筏基；低层裙房采用独立基础或加防水板或交叉地基梁；
方案三，对高层主楼下地基进行地基处理(采用复合地基)，低层裙房下采用天然地基，从而控制两者的差异沉降在设计允许范围内；
方案四，对高层主楼和低层裙房均采用桩基，通过调整两者桩径、桩长等来控制两者的差异沉降在设计允许范围内；
方案五，在高层主楼和低层裙房之间设置沉降后浇带，待两部分沉降差符合设计要求，再浇筑后浇带。
上述处理措施可采用其中的一种，也可采用两种或多种。
8结束语
建筑地下结构设计是一个复杂的过程。我们应以遵循安全、适用和合理的原则，及合理的设计为前提，进行全面考虑，把问题减小至最低或消除，以使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战备效益，最后达成设计要求。
参考文献
[1]朱炳寅等.建筑结构设计规范应用图解手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]徐建等.建筑结构设计常见及疑难问题解析[M].北京:中国建筑工业出版社，2007.