地下室结构设计要点简介

张兴仙

【摘要】本文结合云南省红河州开远市银发大酒店配套项目地下车库的结构设计，论述了地下室梁、板、柱及基础的设计要点以及车库底板的抗浮计算介绍。

【关键词】地下室 梁 板 柱 基础 抗浮设计

1 工程概况

本工程位于云南省开远市，结构形式为框架结构，地下2层、地上13层，总建筑面积为：28651m2，其中：地上建筑面积：2067m2，地下建筑面积：7973m2。建筑结构安全等级二级，地基基础设计等级为甲级，建筑抗震设防类别为丙类，框架抗震等级二级。基础形式为长螺旋钻孔灌注桩+承台。人防为常6级乙类二等人员掩蔽部。

2 地下室主要构件的结构设计信息

2.1 板厚及配筋情况

本工程地下室顶板作为上部结构嵌固部位，地下室顶板厚180mm，负二层顶板厚度200mm（负二层为人防地下室），板混凝土等级C35，地下室顶板及负二层顶板配筋双层双向且每层每个方向的配筋率不小于0.25%。

2.2 柱尺寸及配筋情况

本工程纯地下室柱截面为600x600，配筋根据计算，混凝土等级C40，塔楼柱截面与上部相同，配筋根据计算与塔楼柱配筋地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积不小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍包络。

2.3 梁尺寸及配筋情况

地下室最常见的功能一般都是地下车库，有时也会用于大型超市等其它用途。一般纯地下室的柱网都是在8.1m～8.4m左右，这样的话可以满足三辆车的停放，梁系的布置一般是根据板上的荷载来选择做“十”字梁还是“井”字梁。一般情况下负三层、二层如果只是停车库的话，顶板可以做成“十”字梁；地下室顶板的话就需要根据覆土荷载，是否过消防车、消防车荷载的大小以及是否有人防荷载来选择。本工程地下室顶板覆土0.6米且有消防车荷载，所以采用“井”字梁。负二层虽是人防地下室，根据《人民防空地下室设计规范》规定，当人防位于负二层时，可不考虑常规武器地面爆炸产生的等效静荷载，但构造要满足《人民防空地下室设计规范》的要求，负二层顶板采用“十”字梁。

2.4 嵌固端上一层与下一层侧向刚度比

当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室一层相关范围的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震等级可逐级递减，一般不低于四级。地下室中无上部结构的部分，抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。

结构地上一层的侧向刚度（剪切刚度），不宜大于相关范围地下一层的侧向刚度（剪切刚度）的0.5倍。抗震等级和刚度比所说的地下室相关范围一般指上部塔楼向四周延伸2～3跨（一般不超过20米）的范围。

本工程经计算后的刚度比满足规范要求。本工程刚度比如表1所示：

2.5地下室外墙

本工程地下室负一层外墙的厚度250mm，负二层外墙的厚度350mm，混凝土强度等级C40。地下室外墙应计算的主要荷载有：挡土墙上的侧压力（包括室外地坪荷载引起的侧向压力、土压力、水压力等）、挡土墙承受的竖向荷载（包括上部结构传来的竖向荷载、挡土墙的重力荷载等）。承载力极限状态计算：受弯承载力计算、受剪承载力计算。正常使用极限状态验算：平面外挠度验算、关键部位裂缝宽度验算。外墙配置的钢筋均满足计算和构造要求。

2.6 防水板

防水板的厚度一般不宜小于250mm，具体需要做多厚应根据地下室层数、层高以及水浮力的大小来确定。本工程经设计确定防水板厚度为500mm，混凝土等级C40。防水板的抗，分为整体抗浮和局部抗浮，整体抗浮是整个结构满足地基规范抗浮稳定性要求，Gk/Nwk> 1.05，才能保证结构不发生整体上浮。一般有地上的多高层结构基本满足，底層和纯地下室的柱很可能不满足，需要配重、抗浮桩等措施。局部抗浮主要是防水底板在水浮力作用下发生较大裂缝或变形，即向上挠度及裂缝过大，需要将防水底板做厚，钢筋配足。

对于整体抗浮，一般我们可以先采取一种简单的判断方法，先手算，看Gk（每一层板自重+每一层的装修层自重）是否大于等于1.05Nwk，如果大于等于则不需要通过建立模型来验算；如果小于那就需要建立一个整体抗浮模型来验算，就是把地梁层模型和上部整体模型组装在一起，把水浮力按反向的恒荷载输入模型，因为我们在考虑整体抗浮是按最不利的情况不考虑活荷载的贡献，其次这只是荷载正反向的叠加，不存在内力的计算，所以水浮力按恒荷载输入模型，通过PM的竖向导荷1.0恒+0活看柱子是否存在拔力，如果不存在拔力，则不需要采取措施，如果存在拔力，在实际工程中一般可采取以下几种抗浮措施：

1、增加结构自重、在基础底板上加压重材料或增加基础底板挑边，利用挑板上的土提供有效地压重；

2、设置抗拔桩、抗拔锚杆等抗拔构件提供有效的抗浮力；

3、采取有效、可靠的降低水位的措施。

防水底板以及地梁作为局部构件，需要建模计算，板厚、梁高需要根据计算看多少合适，配筋需要根据水浮力和正向荷载两个模型包络配筋。本工程水浮力计算如下：根据地勘报告，地下室抗浮设计水位标高为：1094.850m，建成地面标高为：1097.00m恤0.000）地下室底板标高为1089.20m，底板厚度为500mm，水浮力F=（1094.850-1089.200+0.5）×10=61.5Kpa。计算底板反向时，水浮力按61.5Kpa考虑。

以下是分析是否需要整体抗浮（整体抗拔）：

1、水浮力F=61.5×1.05=64.575Kpa，计算取值64.5Kpa

2、结构自重G=（0.5+0.2+0.18）×26+1.5+1.5 +1.5 =27.38Kpa <64.5Kpa

故本工程需要验算整体抗浮。通过模型计算部分纯地下室柱存在拔力，则在该柱下设置了抗拔桩。

2.7 基础

基础作为整个建筑中最重要的一个环节，在设计时必须小心谨慎，仔细认真的设计。基础设计时宜采用当地成熟可靠的技术；宜考虑基础与上部结构相互作用的影响。基础应有一定的埋置深度，在确定埋置深度时，应综合考虑建筑物的高度、体型、地质情况、抗震设防烈度等因素。基础的埋置深度是从室外地面算至基础底面，一般天然地基可取房屋高度的1/15，桩基础不计桩长可取房屋高度的1/18。

地下室基础设计首先要看上部塔楼的情况，高层的话一般采用桩基础+承台或桩基础+筏板，也有当持力层较好的时候采用独立基础或纯筏板基础。多层和纯地下室的话一般采用独立基础等浅基础，当然这个是在整体抗浮验算后没有拔力存在的情况下；如果地质情况不太好，基础持力层比较差或存在拔力的情况下，则可采用桩基础+承台。

本工程基础采用长螺旋钻孔灌注桩+承台，桩混凝土等级C35。由于本工程上部荷载差异比较大，采用了两种桩长的形式，高层部分采用了桩长更长、刚度更大、承载力更高的25米桩，纯地下室采用了桩长更短、刚度更小、承载力更低的15米桩，其中部分桩兼做抗拔桩。

3 结论

随着国家的发展日新月异，城市建设用地的日趋紧张和城市停车位的紧缺，带地下室的建筑工程将会越来越多，本文针对已设计工程进行了几点总结，希望在以后类似工程设计中能做的更好，发挥地下室更大的用途。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范（GB 50007-2016）

[2]建筑抗震设计规范幅（GB 50011-2010）

[3]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）

[4]建筑结构荷载规范（GB50009-2012）

[5]人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）

[6]全国民用建筑工程设计技术措施.