地下室结构设计浅谈

地下室结构设计浅谈

梁志

南宁市建筑设计院

摘要：随着我国对房屋建筑的刚性需求不断增加，地下室的使用价值也随之越来越大。而合理地下室设计，可以明显提高地下室的使用价值。其中地下室的构建不仅仅局限于我们常识认为的建筑物地下室，还包括其它用途的地下室。但是必须要在确保其安全性和稳定性的前提下，拓大对地下室的使用价值。目前在设计地下室结构中还存在着这样和那样的问题，本文将围绕这些问题进行分析讨论，提出几点相应的应对措施。

关键词：内力计算；顶板结构；嵌固端；底板结构；抗浮设计；外墙计算；

一、地下室的计算

内力计算最为常用的就是有限元法，而用的最为普遍的两个软件是PKPM和SATWE两款软件，其中SATWE软件主要是针对地下室进行整体及梁、板、柱配筋的计算。另外还可利用理正工具箱等软件对单个构件进行复核计算。例如：地下室外墙配筋的计算和柱下独基在人防工况下的复核计算等等。

二、地下室的设计

地下室顶板的结构形式种类很多，如十字梁结构、井字梁结构，单向双次梁结构、无梁楼盖结构和空心楼盖结构等，具体设计时应根据实际使用荷载及场地状况等因素，以安全。经济、适用等原则进行选取。例如，在一般情况下无梁楼盖结构的造价比普通梁板结构的造价高，但无梁楼盖结构具有减小层高的优点；在地下室工程中，特别是在需要破岩开挖和地下水位较高场地，采用无梁楼盖结构尽量减小地下室层高，能减少土石方工程、缩短工期和降低抗浮成本，综合费用或许不高。

地下室顶板在设计时，首先需要确定好嵌固端的位置。只有选择正确的嵌固端，才能保证设计的正确性。如果要选择地下室顶板为嵌固端，地下室需满足一定的要求，如地下室的顶板不能与室外的地平线高度差过大，地下室顶板的结构要为梁板体系，侧壁要有明确的侧限等。当地下室为非全埋地下室或为部分开敞地下室时，则应按实际情况慎重确定上部结构嵌固部位的位置。设置嵌固端时需要根据地下室的层数，如果仅为一层时可以采用基础底板作为结构嵌固端，提高了精准度和灵活性，且不会提高地下室的整体结构造价，对经济效益产生影响。也可根据投影面积来确定嵌固端，因为不同的投影面积比例，其地下室侧限的位置不同，对其所产生的内力不同，因此需要根据实际情况进行确定。

若作为上部结构嵌固部位，应注意控制地下室顶板室内外高差，在高差处应设置为连接高低处楼板的整体梁，宜采取梁板加腋措施，也可将高差周边一跨做成斜板，防止出现错层结构；地下室顶板应避免开设大洞口，宜在洞口周边采取措施增加刚度；地下室顶板厚度不宜小于180mm。当地下室顶板不作为上部结构嵌固部位时，楼板厚度不宜小于160mm，地下室顶板人防及防水混凝土厚度一般不应小于250mm。顶板计算时，应注意荷载的选取，特别是人防荷载和消防车荷载。

地下室外墙厚度一般不应小于250mm，可按以层高为计算跨度的单向板计算，地下室顶板处按铰接考虑，地下室底板处按固接考虑。地下室外墙的主要荷载为：结构自重、楼盖传来的荷载、地面活荷载、侧向土压力、地下水压力等，侧向土压力一般采用古典的朗肯理论和库伦理论进行计算。地下室外墙应根据内外表面的裂缝宽度限值要求进行裂缝验算与控制。地下室外墙配筋的间距宜控制在150MM以内，而配筋的数量也要控制在百分之三以内，这样在加强墙体牢固的同时，还能够达到最小配筋率。

地下室的底板主要可分为两大类，梁板式和无梁楼板式。地下室底板人防范围厚度一般不应小于300mm，非人防范围厚度一般不应小于250mm。地下室底板在厚度或标高变化交界处或与不同厚度基础连接处，应加腋并加强构造配筋。地下室底板在设计中，应考虑各种工况下的不同荷载作用，例如：人防荷载、地下水浮力、回填土自固结引起的竖向荷载等。

地下室底板在进行抗浮设计时，抗浮设防水位应按勘察单位提供取值；抗浮验算时水压力按永久荷载考虑，对地下室整体稳定性进行验算。当抗浮验算不满足时，应采取抗浮措施。一般可采用设置抗拔桩、抗浮锚杆、增加结构自重、降排水等有效措施。例如，在底板下设砂垫层或导流盲沟，将底板下的地下水引至集水井或抽水井中抽排降水；对于地基相对较浅的地下室，可以采用配重的方法来抗浮，通过使用较为廉价的混凝土放在底板上部进行增重，或是利用廉价混凝土悬挂于底板上进行增重；抗拔桩可以通过增加桩体的长度和数量靠增大总的摩擦力来达到抗浮效果；抗浮锚杆则是设置在底板与土层之间的拉杆，通过科学合理的计算来安排放置地点、防止方式等，来达到抗浮效果。

除了根据抗浮水位进行抗浮设计外，我们还应注意地表水对地下室的不利影响。特别是地下室底板下土层为不透水层和半透水层时，随着地下室完工使用，地表水慢慢的积累，无法排出形成肥槽。当肥槽的水位积累到对底板产生的水压力高于底板的抗浮能力时，底板在薄弱部位将会出现破坏，就象下面这个例子就非常有可能是地表水肥槽引起的地下室破坏。

例：某工程上部两栋高层住宅，下部两层地下室，两栋高层住宅采用的是静压预应力管桩基础，以圆砾⑥为桩端持力层，纯地下室采用柱下独立基础，以粉质黏土③、粉质粘土③1、粉土④为持力层。地勘报告揭示本工程场地的地表至负二层底板之间有较厚粘土层。根据地勘报告，地下水抗浮水位为66.3米，低于地下室底板高程67.5米，因此不用做抗浮设计，据此设计的结构底板是安全的，基础施工时，基槽内也确实未见地下水。此工程于2011年底竣工验收。

一）现场情况概述

2016年8月开始发现底板有多道裂缝，裂缝分布大致与大板块跨中及后浇带位置相符；裂缝开始渗水量不大，2017年9月渗水现象严重，局部连续不断涌水。部分墙柱根部有溢出灰浆，个别抹灰层开裂剥落，观察已剥落的墙柱抹灰层未见裂缝，也未见钢筋砼主体，墙柱周边底板未见裂缝渗水。

二）产生裂缝的原因分析

地下水可能的来源有地表雨水沿肥槽下渗、地下管网破损漏水、承压孔隙水等，而属于地表雨水沿肥槽下渗，从地下室地板薄弱部位渗漏的可能性最大。墙柱根部有溢出灰浆，估计是从其它位置的底板裂缝渗水，沿着钢筋混凝土底板面与建筑面层之间的结合面渗到墙柱根部，将其抹灰层浸湿，导致灰浆流析乃至崩裂。

三）地下室底板裂缝的处理与防止措施

1、如果能确认地下水源自地表雨水常年沿肥槽下渗，可在地下室负二层底板的排水沟底，大致一个柱跨内打一个引水孔，将水排到集水井抽走，打孔时应探明钢筋位置以避开，孔内塞虑水包，避免流水带走土中粘粒造成土体疏松、塌陷。因为地表雨水沿肥槽下渗量不会很大，目前只是数年累积的水量较大，才会出现涌水情况。待孔内涌水停止后再封堵底板裂缝。

2、如果是附近地下雨水或污水管网渗漏，排查维修堵漏管路，断绝补水来源后，仍可按上述1措施处理。

3、墙柱根部，由于渗水的钢筋混凝土底板裂缝被建筑面层覆盖，可将墙柱根部1米范围的建筑面层凿除清理干净，检查砼底板有无裂缝。如果无法确定裂缝位置并进行封堵，即使采取措施把地下水位降平底板，在毛细作用下，外部地下水仍可由下往上浸润进入底板与面层之间，进而到达墙柱根部的抹灰层，可将墙柱根部的抹灰层凿槽至砼表面，嵌塞止水胶条，灌胶封填。

4、如果地下水为承压水，需由有相应资质的地下水处理单位给出专业的处理方案。

随着地下室越来越多，地下室常会出现各种各样的问题，严重之处会影响到地下室的使用及安全，甚至影响上部结构的安全。地下室在设计之初就应根据各种问题产生的原因，有针对的进行相应合理的计算、验算、复核并采取有效的构造措施，以保证地下室的安全及耐用。

结语：在地下室结构设计的过程中，首先要充分考虑起安全性、可靠性，在这基础上对其进行合理的设计。在设计中会遇到很多问题，通过对问题的一一探讨，利用先进科学仪器和计算方式对其进行科学有效的计算，最后得出精准度高的数据为地下室的建筑设计提供基础保障数据。另外需要根据实际情况，得出实际测得数值，为后面的建筑施工提供保障的依据，提高工作人员的责任心和精益求精的工作态度，设计出符合客户需求的满意设计方案。