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摘要：地下室的设计应遵循安全、适用和合理的原则，合理的设计是前提。地下室往往作为高层上部结构的嵌固部位，地下室的外墙刚度大，结构布置时应根据JGJ 3- 2002《高层建筑混凝土结构技术规程》来保证其刚度，平面上尽量保持刚度均匀，各层板包括顶板的厚度应尽可能符合设计要求，尽量能使得地下室形成一个坚固的箱体。只有在参建各方的通力合作下，不断地进行探索和创新，才能更加合理、更加有效地开发和利用地下空间。本文阐明了地下室工程结构设计的关注要点，进行了地下室工程结构设计实证分析。
关键词：地下室结构设计实证分析
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物，是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。地下室的结构设计过程错综复杂，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，最后达成设计要求。
一、地下室工程结构设计的关注要点
地下室工程涉及的专业极为复杂，在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、排水、通风、采光等各专业的配合。对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题。而且由于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，因而也会造成施工过程中由于抗浮不够而出现局部破坏，加上地下室防水工程是一项系统性工程，涉及设计、施工、材料选择等诸多方面因素，因此造成了地下室结构设计难点繁多，一般来讲概括起来为：结构平面设计；抗震设计；地下室抗浮、抗渗设计；外墙结构设计。
二、地下室工程结构设计实证分析
1、工程概况
某工程地上为二十一层的钢筋混凝土框架剪力墙结构，地下为二层结构，主要用途是停车库。建筑高度为71.8米，建筑设计使用年限为50年。该工程采用平板式筏板基础形式，桩型为预应力高强混凝土桩，桩端持力层为全风化岩。建筑抗震设计类别为丙类，工程所处地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。框架和剪力墙的抗震等级均为二级，其中框支柱、框支梁为一级。裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，仍为二级。地下室在平时主要作为停车库，战时则作为人防工程，人防等级设计为六级。（见图1）
图1本工程地下室车库平面图
2、上部结构嵌固部位的确定以及地震作用计算
上部结构嵌固部位如何合理地选取很关键，这往往影响着计算模型的计算分析。为了使地下室顶板能够作为上部结构的嵌固部位，就必须在进行地下室结构设计时使其满足作为嵌固部位的要求。因此，本工程的地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的有关规定进行了以下结构设计：
（1）由于地下室的顶板选取为上部结构嵌固端，因此地下室的顶板不应布置有大洞口；同时地下室顶板采用現浇梁板结构，顶板厚度取为200mm满足规范规定不宜少于180mm的要求；楼板混凝土强度等级选用C30，采用双层双向钢筋配置方式，而且保证每层每个方向的配筋率大于0.25%。这些确保了本工程的地下室顶板具有足够的强度来作为上部结构的嵌固端，同时确保了具有足够的刚度来传递上部结构的力到地下室构件上。
（2）地下室顶板作为上部结构嵌固端，其楼层的侧向刚度要不宜少于相邻上部楼层的侧向刚度的2倍。本工程的地下室进行初步设计时，为了满足这要求，采用剪切刚度比来进行设计，如下面两公式所示。
γ = G0A0h0 / G1A1h1 （1）
[A0，A1] =AW+0.12AC （2）
其中公式的G0、G1分别为地下室及地上一层的混凝土剪变模量；A0、A1分别为地下室及地上一层的折算受剪面积；Aw为抗震墙全部有效面积；h0、h1分别为地下室一层及地上一层的层高。Ac全部框架柱截面面积。在进行本工程的地下室刚度设计时，采用SATWE软件对侧向刚度比值进行了调整，从而得到了满足规范要求的地下室结构与相邻上部结构楼层侧向刚度比值。
（3）地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，其抗震等级的选取以及抗震构造措施的采取是决定地下室构件计算是否正确的关键。按照规范要求，工程的地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，地下室一层的抗震等级按照上部结构的采用，即采取二级抗震；而对于地下室一层以下的则根据实际情况采用三级或者四级抗震。
3、地下室结构设计
（1）地下室顶板设计
主楼室内部分地下室顶板设计。工程由于主楼室内部分的地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据施工单位要求适宜考虑施工阶段的承载力验算，因此考虑施工荷载后楼板荷载取为10kN/m2；对于地下室顶板的活荷载，笔者认为根据极限状态下的基本组合，活荷载取值为5kN/m2已满足要求。
露天顶板设计。对于出现纯地下室车库或者高层建筑地下室上部局部无建筑物时，则地下室顶板应按露天顶板进行设计，而本工程由于出现部分纯地下室车库，因此地下室顶板按照露天顶板设计，取露天荷载为10kN/m2。
人防地下室的荷载取值。工程的地下室一层为人防地下室，所以对于本工程中的露天顶板要考虑到爆动荷载影响，但鉴于人防地下室顶板的爆动等效荷载要比消防车作用的板面等效荷载较大，因此人防地下室顶板的荷载按照六级人防顶板的等效荷载考虑，取为60kN/m2，但在设计中不同时考虑这两种荷载的组合，仅需按人防爆动等效荷载进行地下室顶板计算。
（2）地下室侧壁设计
进行地下室侧壁设计时，侧壁主要考虑的荷载有：结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等，由于侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂，为了简化计算，在设计中可作如图1所示的合理的简化。
本工程地面活荷载取为q=10kN/m2，则折算土的厚度应为h= 10/18=0.56m，等代土压力采用公式σ0=γ1h1kα计算。侧向土压力对于地下水位以上的土压力采用公式σs1=γh2kα，对于地下水位以下的土压力则采用公式σs2=γh3kα计算。
本地下室工程的侧壁采用以上所介绍的公式，经计算地下室一层的侧壁板厚取为300mm，地下室二层的侧壁板厚取为400mm。
（3）地下室底板设计
地下室底板的结构布置应做到传力明确而且经济合理，一般适宜采用梁板式结构，这样有助于把地下室底板设计为双向板，有利于荷载均匀传递到周围的基础梁上。为了满足底板的抗渗要求，底板厚度取值不少于300mm。
地下室底板的钢筋布置要合理。笔者认为，地下室底板同一方向的梁板面筋应布置在相同标高上，没必要把两个方向的板面筋布置在梁面筋以下。这是由于基础梁两个方向的面筋本身就存在高差，而若把底板双向的面筋都布置在基础面筋下，则会造成底板面筋的面筋保护层过大，造成窝顶情况出现。
地下室抗浮验算与设计。地下室应验算地下水压是否超出地下室部分的恒载，验算时应取恒载分项系数为0.9，水的分项系数为1.0。若验算发现恒载不能满足地下室的抗浮要求，则应通过设置抗拨桩来抵抗地下水的浮力。这时可在基础梁跨中设置抗拔桩，按水浮力配置钢筋时，抗拔桩可作为来支座考虑。
总之，地下室工程结构设计是一项系统而复杂的工作,它需要深厚的理论基础以及灵活的创新思维和严谨认真的工作态度。在进行设计时,既要考虑用户对房屋使用效果的要求,还要兼顾建筑的质量、安全性、稳定性等多方面的内容。这就要求从事设计的人员除了要具有丰富的设计理论和实践经验外,还要具备能够进行有效的统筹规划、合理进行配置的能力,同时还要对整个工程建筑设计的规范熟练的掌握,这样才能够避免结构设计中常出现的问题,确保建筑施工结构设计的安全性能。
参考文献：
[1] 张宏涛,张江涛.建筑工程的地下防水质量控制措施分析[J]. 科技与企业. 2012(17)
[2] 张道真,吴兆圣.地下室防水体系的简化设计[J]. 中国建筑防水. 2012(18)
关键词：地下室结构设计实证分析
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物，是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。地下室的结构设计过程错综复杂，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，最后达成设计要求。
一、地下室工程结构设计的关注要点
地下室工程涉及的专业极为复杂，在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、排水、通风、采光等各专业的配合。对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题。而且由于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，因而也会造成施工过程中由于抗浮不够而出现局部破坏，加上地下室防水工程是一项系统性工程，涉及设计、施工、材料选择等诸多方面因素，因此造成了地下室结构设计难点繁多，一般来讲概括起来为：结构平面设计；抗震设计；地下室抗浮、抗渗设计；外墙结构设计。
二、地下室工程结构设计实证分析
1、工程概况
某工程地上为二十一层的钢筋混凝土框架剪力墙结构，地下为二层结构，主要用途是停车库。建筑高度为71.8米，建筑设计使用年限为50年。该工程采用平板式筏板基础形式，桩型为预应力高强混凝土桩，桩端持力层为全风化岩。建筑抗震设计类别为丙类，工程所处地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。框架和剪力墙的抗震等级均为二级，其中框支柱、框支梁为一级。裙楼结构部分的抗震等级与主体结构相同，仍为二级。地下室在平时主要作为停车库，战时则作为人防工程，人防等级设计为六级。（见图1）
图1本工程地下室车库平面图
2、上部结构嵌固部位的确定以及地震作用计算
上部结构嵌固部位如何合理地选取很关键，这往往影响着计算模型的计算分析。为了使地下室顶板能够作为上部结构的嵌固部位，就必须在进行地下室结构设计时使其满足作为嵌固部位的要求。因此，本工程的地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的有关规定进行了以下结构设计：
（1）由于地下室的顶板选取为上部结构嵌固端，因此地下室的顶板不应布置有大洞口；同时地下室顶板采用現浇梁板结构，顶板厚度取为200mm满足规范规定不宜少于180mm的要求；楼板混凝土强度等级选用C30，采用双层双向钢筋配置方式，而且保证每层每个方向的配筋率大于0.25%。这些确保了本工程的地下室顶板具有足够的强度来作为上部结构的嵌固端，同时确保了具有足够的刚度来传递上部结构的力到地下室构件上。
（2）地下室顶板作为上部结构嵌固端，其楼层的侧向刚度要不宜少于相邻上部楼层的侧向刚度的2倍。本工程的地下室进行初步设计时，为了满足这要求，采用剪切刚度比来进行设计，如下面两公式所示。
γ = G0A0h0 / G1A1h1 （1）
[A0，A1] =AW+0.12AC （2）
其中公式的G0、G1分别为地下室及地上一层的混凝土剪变模量；A0、A1分别为地下室及地上一层的折算受剪面积；Aw为抗震墙全部有效面积；h0、h1分别为地下室一层及地上一层的层高。Ac全部框架柱截面面积。在进行本工程的地下室刚度设计时，采用SATWE软件对侧向刚度比值进行了调整，从而得到了满足规范要求的地下室结构与相邻上部结构楼层侧向刚度比值。
（3）地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，其抗震等级的选取以及抗震构造措施的采取是决定地下室构件计算是否正确的关键。按照规范要求，工程的地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，地下室一层的抗震等级按照上部结构的采用，即采取二级抗震；而对于地下室一层以下的则根据实际情况采用三级或者四级抗震。
3、地下室结构设计
（1）地下室顶板设计
主楼室内部分地下室顶板设计。工程由于主楼室内部分的地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据施工单位要求适宜考虑施工阶段的承载力验算，因此考虑施工荷载后楼板荷载取为10kN/m2；对于地下室顶板的活荷载，笔者认为根据极限状态下的基本组合，活荷载取值为5kN/m2已满足要求。
露天顶板设计。对于出现纯地下室车库或者高层建筑地下室上部局部无建筑物时，则地下室顶板应按露天顶板进行设计，而本工程由于出现部分纯地下室车库，因此地下室顶板按照露天顶板设计，取露天荷载为10kN/m2。
人防地下室的荷载取值。工程的地下室一层为人防地下室，所以对于本工程中的露天顶板要考虑到爆动荷载影响，但鉴于人防地下室顶板的爆动等效荷载要比消防车作用的板面等效荷载较大，因此人防地下室顶板的荷载按照六级人防顶板的等效荷载考虑，取为60kN/m2，但在设计中不同时考虑这两种荷载的组合，仅需按人防爆动等效荷载进行地下室顶板计算。
（2）地下室侧壁设计
进行地下室侧壁设计时，侧壁主要考虑的荷载有：结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等，由于侧壁受有多种荷载共同作用，受力较为复杂，为了简化计算，在设计中可作如图1所示的合理的简化。
本工程地面活荷载取为q=10kN/m2，则折算土的厚度应为h= 10/18=0.56m，等代土压力采用公式σ0=γ1h1kα计算。侧向土压力对于地下水位以上的土压力采用公式σs1=γh2kα，对于地下水位以下的土压力则采用公式σs2=γh3kα计算。
本地下室工程的侧壁采用以上所介绍的公式，经计算地下室一层的侧壁板厚取为300mm，地下室二层的侧壁板厚取为400mm。
（3）地下室底板设计
地下室底板的结构布置应做到传力明确而且经济合理，一般适宜采用梁板式结构，这样有助于把地下室底板设计为双向板，有利于荷载均匀传递到周围的基础梁上。为了满足底板的抗渗要求，底板厚度取值不少于300mm。
地下室底板的钢筋布置要合理。笔者认为，地下室底板同一方向的梁板面筋应布置在相同标高上，没必要把两个方向的板面筋布置在梁面筋以下。这是由于基础梁两个方向的面筋本身就存在高差，而若把底板双向的面筋都布置在基础面筋下，则会造成底板面筋的面筋保护层过大，造成窝顶情况出现。
地下室抗浮验算与设计。地下室应验算地下水压是否超出地下室部分的恒载，验算时应取恒载分项系数为0.9，水的分项系数为1.0。若验算发现恒载不能满足地下室的抗浮要求，则应通过设置抗拨桩来抵抗地下水的浮力。这时可在基础梁跨中设置抗拔桩，按水浮力配置钢筋时，抗拔桩可作为来支座考虑。
总之，地下室工程结构设计是一项系统而复杂的工作,它需要深厚的理论基础以及灵活的创新思维和严谨认真的工作态度。在进行设计时,既要考虑用户对房屋使用效果的要求,还要兼顾建筑的质量、安全性、稳定性等多方面的内容。这就要求从事设计的人员除了要具有丰富的设计理论和实践经验外,还要具备能够进行有效的统筹规划、合理进行配置的能力,同时还要对整个工程建筑设计的规范熟练的掌握,这样才能够避免结构设计中常出现的问题,确保建筑施工结构设计的安全性能。
参考文献：
[1] 张宏涛,张江涛.建筑工程的地下防水质量控制措施分析[J]. 科技与企业. 2012(17)
[2] 张道真,吴兆圣.地下室防水体系的简化设计[J]. 中国建筑防水. 2012(18)