摘要:隨著高層建筑越來越多，城市建設中出現了大量的地下室及地下車庫。本文根據自己的工作經驗，結合實際從地下室的平面設計、頂板、外墻的結構設計、抗浮抗滲措施、地下室側墻分析和人防工程中地下室的計算等方面進行論述，并提出了合理的設計方案。
　　關健詞:地下室；結構設計；計算
　　
　　
　　0引言
　　地下室的結構設計在整個建筑結構中的設計中往往比較重要。因為地下室的位置較為特殊，地下室是否與上部結構一起計算對于計算結果影響較大；其底板經常同時作為結構的基礎，需要考慮地基的反作用力；頂板作為人防工程的重要部位，需要組合核爆炸力的等效靜荷載；側墻則需考慮側向的土、水的水平作用組合。總之，地下室的結構設計可按整體設計和構件的單獨設計分別進行。下面對幾個問題進行闡述。
　　1地下室結構設計中存在的問題
　　1.1地下室結構平面設計
　　地下室工程涉及的專業極為復雜，在建筑的地下室結構設計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設備用房及管道、坑道、排水、通風、采光等各專業的配合。例如地下室的長度超過設計規定的長度時，需要與結構專業配合，確定是否設置變形縫，通常應盡可能少設或不設變形縫，因為設置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復雜。
　　設計人員可以通過設置后澆帶和合理使用混凝土外加劑或地上設縫、地下不設縫等方式，達到不設縫的目的。若地下室過長，依靠設置后澆帶的方法難以解決，設計人員應合理地調整平面，將地下室分割成幾個小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補救。
　　1.2地下室外墻結構設計
　　地下室的外墻是結構設計的重點，應按水、土壓力驗算外墻抗裂。在設計時應注意以下要求
　　1.2.1荷載
　　地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結構的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面活載、側向土壓力和人防等效靜荷載。風荷載或水平地震作用對地下室外墻平面內產生的內力較小。在實際工程設計中，豎向荷載及風荷載或地震作用產生的內力一般不起控制作用，墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產生的彎矩確定，而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用，僅按墻板彎曲計算彎曲的配筋。
　　1.2.2靜止土壓力系數
　　靜止土壓力宜由試驗確定。當不具備試驗條件時，砂土可取0.34-0.45,豺性土可取0.5-0.7。
　　1.2.3地下室外墻的配筋計算
　　實際設計時，在外墻的配筋計算中，對于帶扶壁柱的外墻，不是根據扶壁柱的尺寸大小進行計算，而是均按雙向板計算配筋；扶壁柱則按地下室結構的整體電算分析結果進行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。根據外墻與扶壁柱變形協調的原理，這種設計將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。
　　因此，在計算地下室外墻的配筋時，對于垂直于外墻方向、有鋼筋混凝土內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大的外墻板塊，如建筑外框架柱之間，按雙向板計算配筋為宜，如圖1所示，其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋。對豎向荷載(軸力)較小的外墻扶壁樁，其一內外側主筋也應予以適當加強。外墻的水平分布筋應根據扶壁柱截面尺寸的大小，適當地配以外側附加短水平負筋加強，外墻轉角處也應適當加強。地下室外墻計算時，底為固定支座(即底板作為外墻的嵌固端)，側壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩相等，底板的抗彎能力應不小于側壁的抗彎能力，其厚度應與配筋量相匹配。這種情況在地下車道中最為典型，車道側壁為懸臂構件，底板的抗彎能力應不小于側壁底部的抗彎能力。

                     
　　              　　圖1建筑外框架柱之間按雙向板計算配筋
　　
　　1.2.4地下室底板標高的設計
　　地下室底板標高變化處僅設1根梁，梁寬甚至小于底板的厚度，梁內僅靠兩側箍筋傳遞板的支座彎矩難以滿足要求。地面層開洞位置(如樓梯間)外墻頂部無樓板支撐，計算模型和配筋構造均應與實際相符。車道緊靠地下室外墻時，車道底板位于外墻的中部，應注意車道底板作用于外墻的水平集中力，該荷載常被忽略。
　　1.3地下室結構超長的問題
　　由于建筑布局的要求，有時地下室結構超長，多數情況下都超過了40-60M。地下結構雖然受溫度變化的影響較地上結構小，但周邊約束作用較強，結構超長問題的重要性仍然不容忽視。目前比較成熟的做法有以下幾種:
　　1.3.1設置伸縮后澆帶
　　地下結構一般在結構長度大于40-60M時宜設置一道伸縮后澆帶，普通的伸縮后澆帶寬度約為800-1000MM，鋼筋貫通不切斷。對于平面尺寸特別長的地下結構，應設置鋼筋斷開的伸縮后澆帶，后澆帶的寬度按鋼筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空間確定。
　　1.3.2不設置伸縮后澆帶，采取其它相應措施
　　主要有:采用低強度等級混凝土；混凝土中添加微膨脹劑；采用粉煤灰混凝土技術；適當加大分布鋼筋配筋量；施工縫處設置膨脹止水條；設置膨脹加強帶。事實上，目前已建成的許多建筑結構，由于采取了上述措施，并進行了合理的施工，伸縮縫間距已超過了規范規定的數值。
　　1.3.3以上兩種方法結合使用
　　1.4地下室抗浮設計
　　地下水位及其變幅是地下室抗浮設計的重要依據。實際在地下室抗浮設計時僅考慮正常使用的極限狀態，而對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成地下室施工過程中因抗浮不夠而出現局部破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建筑，由于地下室的面積較大、形狀又不規則，且地下室上方的局部沒有建筑，此類抗浮問題相對比較難以處理，須作細致分析后再進行處理。地下室抗浮，是指設計考慮不利條件下，由于地下水設計水位高于地下室基礎底板，地下水在底板就會產生浮托力，如果這個浮托力大于地下室的自重，就可能導致地下室上浮變形，所以地下室的抗浮，不是指基礎底面土的隆起，雖然這有一定關系，但基坑底面隆起一般發生于基坑開挖過程中，屬于地基土變形的范疇。考慮抗浮問題必須通過計算，一般在作用于基礎底板的地下水浮托力大于地下室的自重時，應該考慮抗浮設計，這與土類關系不大，主要受地下水位和地下室結構荷載大小控制，當然基礎底面地層屬于弱透水或隔水層，對抗浮設計是有利的。就目前而言，國內抗浮設計主要采用抗拔樁或抗拔錨桿，其它坑浮結構幾乎很少見，且抗拔樁或抗拔錨桿必須嵌入基礎底板才能起到阻止基礎上浮的目的。
　　2地下室側墻分析
　　2.1荷載組合
　　需要對地下室側墻進行組合的荷載有:頂板傳來的活荷載與恒荷載；側墻自重；側土壓力和水壓力:
　　處于地下水位以上的側墻所受的側向土壓力可按下式計算:
　　
　　式中ekx——側墻上位置K處的土側壓強度；
　　Vi—第i層土在天然狀態下的容重；
　　hi—各層土的厚度；
　　ψ—位置K處土層的內摩擦角，工程上常不考慮內聚力而將ψ值提高。
　　處于地下水位以下的側墻所受的土、水側向壓力。可將土、水分別計算，其中土仍按上式計算，但土層重度應以土的飽和重度代替，而側向水壓力按下式計算:eks=vshs
　　式中eks——側墻在位置K處的水壓力強度；
　　hs——K處離開地下水位的距離。
　　人防工程中的核爆壓縮波形成的水平方向動載，可通過計算將該動載轉化為等效靜載。
　　3人防工程中地下室的計算
　　3.1人防作用效應組合
　　地下室構件的截面驗算(如梁柱墻等)，除考慮恒、活、風、地震作用效應組合外，對于考慮人防地下室的普通構件，應考慮兩組人防作用效應組合:①2SGK+1.OSQK；②1.OSGK+1.OSQK。其中，SGK為恒載作用效應，SQK為相應于Qe1的人防設計荷載作用效應；對于臨空墻，考慮的人防作用效應組合同上，其中SQK為相應于Qel和Qc的人防設計荷載作用效應，截面驗算內容包括墻平面內強度驗算和平面外強度驗算；對于地下室外墻，考慮的人防作用效應組合有:①1.2SGK+1.OSEK+1.OSQK；②1.OSGK+1.OSEK+1.OSQK其中，SEK為地下室外墻的側向土、水壓力作用效應，SQK為相應于Qe1和Qe2的人防設計荷載作用效應，截面驗算內容包括墻平面內強度驗算和平面外強度驗算。
　　3.2構件材料強度的調整
　　3.2.1材料動力設計強度的調整硅、鋼筋和鋼材的動力強度設計值取靜荷載作用下的強度設計值乘以強度綜合調整系數
　　3.2.2硅強度的修正：①進行鋼筋硅梁斜截面承載力驗算時，考慮硅強度等級影響的修正；②進行梁、柱斜截面承載力驗算時，硅的動力強度設計值乘以折減系數0.8；③進行墻、柱受壓構件正截面承載力驗算時，硅軸心抗壓動力強度設計值乘以折減系數0.8。
　　3.2.3鋼筋矽構件縱向鋼筋的最小配筋率。
　　4結束語
　　地下室的設計應遵循安全、適用和合理的原則，合理的設計是前提。地下室往往作為高層上部結構的嵌固部位，地下室的外墻剛度大，結構布置時應根據JGJ3-2002(建筑混凝土結構技術規程》來保證其剛度，平面上盡量保持剛度均勻，各層板包括頂板的厚度應盡可能符合設計要求，盡量能使得地下室形成一個堅固的箱體。只有在參建各方的通力合作下，不斷地進行探索和創新，才能更加合理、更加有效地開發和利用地下空間。
　　參考文獻:
　　[1]陳新農.地下室結構設計的影響因素與技術措施.建材技術與應用.2007年3月.
　　[2]徐建等.建筑結構設計常見及疑難問題解析[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.