摘要: 目前大部分工程项目都设计有地下室，有些工程的地下室因为设计的不合理造成结构整体上浮、局部底板开裂漏水，或设计过于保守造成成本浪费。
本文根据笔者多个地下工程的设计经验，结合现行规范资料就地下室结构设计的荷载作用取值、抗震设计、外墙设计、抗浮设计等方面与各位同行作一些技术性的探讨。

　　关键词:地下室，结构设计，荷载取值，抗浮设计
　　中图分类号： TU2 文献标识码： A
　　Abstract: At present most of the projects are designed with basements, the basementof some project, because of the unreasonable design, float, part of the floor crack leaking, or the cost of conservative design is too waste. According to a number of underground engineering design experience of the author, combined with information on the existing norms and standards, make ​​some summary on basement construction anti-floating design , together with the peers to explore learning.
　　
　　Keywords: basement, structural Design，load value, anti-floating design
　　
　　伴随着城镇化建设的快速发展，大规模的城市建设使得城市用地越来越紧张，人们对地下空间的需求迅速增长，对地下空间的利用也越来越重视，地下工程越来越多，大多数工程都会有地下室。
地下室结构的设计比较复杂，所涉及的技术问题繁多，地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大，结构设计的好坏将会对整个项目的施工工期、建造成本、安全可靠性产生巨大的影响，作为结构设计人员必须深度掌握其设计常识及要点。

　　地下工程受力情况复杂，本构关系不确定，计算假定多，荷载及相关参数取值众说纷纭，莫衷一是。
设计计算不统一，类似的工程设计内容差别很大，很多时候设计人员没有采用合理的力学计算假定，没有取用合适的荷载参数，盲目设计往往造成地下室抗浮破坏、外墙裂缝渗水或者严重浪费成本。

　　本文将根据多个实际工程的设计经验，就普通非人防地下室结构设计中的荷载取值、地下室结构抗震设计、地下室外墙结构设计及地下室抗浮设计作一些探讨性的总结，希望能为刚开始从事地下室结构设计的各位同仁提供参考指导性的借鉴。

　　
　　一．荷载作用取值
　　作用在地下室上的荷载有自重，覆土重，绿化种植荷载，停车荷载及消防车荷载，施工堆载，土压力、水压力等，荷载种类繁多，取值复杂，目前还没有哪一本规范给出了很全面具体的规定，下面就各种规范、规程及技术资料给出的要求做一总结如下，给各设计人员提供参考。

　　1.恒载：
　　（1）顶、底板自重及面层装修荷载，钢筋混凝土重度一般取约25kN/m2 。

　　（2）顶板覆土重度一般取18kN/m2(或者按实际情况)。

　　2.活荷载：
　　（1）绿化种植荷载及私家车停车荷载一般取值5 kN/m2 。

　　（2）地下室顶板施工堆载荷载5 kN/m2 ，有特殊较重荷载时，按实际情况确定。

　　（3）消防车活荷载：按照荷载规范5.1.1条8款取值，并按照附录B考虑覆土厚度折减。
覆土刚度越大则应力扩散角越大，一般情况下覆土的应力扩散角宜取35°左右，且不应大于45°。
在进行不同部位结构构件设计时，还应按下列要求进行取值：
　　①顶板设计时取考虑覆土折减后的荷载值q 。

　　②顶板梁设计时取考虑覆土折减后的荷载值q ，并考虑5.1.2条1款3）项的折减系数。

　　③墙、柱设计时一般情况下取考虑覆土折减后的荷载值q ，并考虑5.1.2条2款3）项的折减系数。
这是因为消防车活荷载标准值非常大，但出现的概率很小，且作用时间短，设计柱墙时应容许作较大的折减。

　　④基础设计时可不考虑消防车活荷载。
根据荷规5.1.3条条文说明:根据习惯和经验，同时为减小平时使用时产生的不均匀沉降，基础设计时允许不考虑消防车活荷载。

　　⑤地下室结构进行正常使用极限状态设计计算（即梁、板的裂缝和挠度计算）时，不考虑消防车荷载。
详见荷载规范5.1.1条8款中规定消防车荷载准永久值系数ψq为0。

　　3.水压力：对水位稳定的地下水压力可按永久荷载考虑，荷载分项系数可取 1.2或1.35；对于水位急剧变化的地下水压力应按可变荷载考虑，荷载分项系数可取 1.4。
一般建议在进行地下室底梁、板强度、裂缝、挠度计算时对起控制作用的水浮力按永久荷载考虑。

　　4.土压力：一般情况下土压力按照永久荷载考虑，计算地下室外墙或挡土墙时取静止土压力系数KO=0.5；当地下室施工采用护坡桩或地下连续墙进行基坑支护时，宜将静止土压力乘以折减系数0.66 。
土压力应根据土体性质的不同采用不同的计算方法，对于粘性土可采用水、土合算，对于砂性土可采用水、土分算。

　　5.地下室外墙计算时应考虑地面附加活载不低于5 kN/m2 。

　　
　　二.地下室结构抗震设计
　　抗震设计时，附建式地下室应和上部结构一样进行地震作用计算。
一般情况下应尽量采取措施使上部结构的嵌固端做在地表附近的地下室顶板，这样既符合抗震计算所选取的地表面处的地震动设计参数，同时又经济合理。
地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，结构地上一层的侧移刚度不宜大于相关范围地下一层侧移刚度的0.5倍，地下室周边应有与其顶板相连的抗震墙；顶板应避免开设大洞口，顶板应采用现浇梁板结构，顶板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每个方向的配筋率不宜小于0.25%；地下一层相关范围的抗震等级应取与上部结构相同的抗震等级，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐级降低，但不得低于四级；地下室中超出上部主楼相关范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或者四级。

　　
　　三．地下室外墙结构设计
　　地下室外墙结构设计时应考虑由回填土、地下水、地面附加荷载等引起的侧向荷载作用，还应考虑上部结构传来的竖向荷载作用。
外墙上的水、土侧压力应根据土性的不同而采取不同的计算方法，对于粘性土应该按照水、土合算的原则进行计算，对于砂性土应该按照水、土分算的原则进行计算，水平侧向土压力宜取静止土压力。
当室外地面无堆载或仅停放小汽车时地面附加荷载可取5 kN/m2 ，当室外地面有较重堆载时应按实际情况考虑。

　　地下室外墙配筋计算中目前设计人员采用的有两种计算方法。
一种是将带扶壁柱的外墙按双向板计算配筋，扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋，忽视了侧向水平力对扶壁柱的作用，一般情况下这个水平作用力是很大的，往往造成扶壁柱超筋，甚至破坏。
按外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种计算方法造成实际外墙竖向受力筋配筋不足，扶壁柱配筋偏少，外墙的水平分布筋有较大富余量。
另一种计算方法是将外墙按竖向单向板计算配筋，这种方法对于扶壁柱间距较大且在垂直方向无内隔墙与之相连的外墙计算是合理的，但是对于扶壁柱间距很小及在垂直方向有内隔墙与之相连的外墙计算还应考虑墙板荷载的水平方向传递。

　　结合力学分析和工程经验总结，建议一般情况下外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥，但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、间距很小时的外墙板块同时按双向板计算复核墙板及扶壁柱的配筋。
按竖向单向板计算的地下室外墙底部为固定支座，中间层及顶部为铰接支座，外墙底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配。
严格来讲，外墙应按偏心受压构件计算配筋。
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，地下室外墙配筋主要由垂直墙面的水平荷载（水、土侧压力）产生的弯矩确定，通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板受弯计算配筋，一般由受弯裂缝计算控制配筋量。
当竖向荷载很大时，也可以分别按受弯和偏心受压计算墙体配筋，然后将二者取包络值。
地下室外墙设计在满足受力要求的条件下，外墙水平和竖向分布钢筋应双层双向布置，钢筋间距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%。

　　四．地下室抗浮设计
　　水对地下建筑物的浮力作用遵循阿基米德原理和连通管原理，水对建筑物的浮力大小等于建筑物排开同体积水的重量。

　　抗浮设计是地下室结构设计的一个重难点。
抗浮设计的关键是确定一个科学合理的抗浮设防水位，认真做好各阶段的抗浮设计验算，采取可靠的抗浮措施。

　　抗浮水位的确定是一个非常复杂问题，应根据地形、地貌、地下水类型、土质等多种因素综合分析，根据勘察、设计规范中规定的原则确定。
一般情况下设计人员应取用地勘报告提供的抗浮设防水位。
当地勘报告没有明确提供抗浮设防水位时，可结合当地水文地质资料，建筑场地地形地势，地下水渗流等情况综合确定，通常抗浮设防水位不应高于地下室顶室外地面标高。

　　地下室在水位稳定的地下水作用下按照静水压力计算水浮力。
地下室抗浮设计应进行抗浮稳定性验算和底板构件强度验算。
抗浮稳定安全系数一般情况下可取1.05。
地下室在施工和使用阶段都必须满足抗浮稳定性要求。
抗浮验算除了整体抗浮稳定验算以外，还应对局部自重较小的区域进行局部抗浮稳定验算，特别是对上部结构楼层缺失或楼板开大洞的部位。
在水浮力作用下，基础底板应具有足够的强度和刚度，须进行水浮力作用下的抗弯、抗剪和抗冲切承载力验算，以及挠度、裂缝验算。

　　在自重稳定抗浮验算不满足抗浮稳定性要求的情况下应采取相应的抗浮措施。
目前，工程上一般采用配重法、设置抗浮桩或抗浮锚杆来解决地下工程的抗浮问题。
当整体抗浮稳定性不满足要求时，可以采用增加顶板覆土厚度或增加底板面层厚度来加大压重以平衡水浮力。
在采用增加配重法不合适的情况下，也可以采用抗拔桩或抗浮锚杆来解决地下室的抗浮问题。
抗拔桩或抗浮锚杆的抗拔承载力应采用抗拔静载荷试验确定。
抗拔桩可采用混凝土预制桩和钻孔灌注桩，应慎用预应力混凝土管桩。
抗拔桩还应进行桩身受拉承载力和裂缝宽度验算。
应尽量将抗拔桩布置在独立基础下、基础梁下或柱底筏板下。
当筏板抗弯刚度较大时也可将抗拔桩均匀布置在地下室底板下，此时应考虑当底板受到的浮力很大时将上拱，使得抗拔桩受力不均匀的不利影响。

　　五． 结 语
　　总之，地下室的结构设计是一个综合性很强问题，涉及到的内容繁多且复杂。
目前地基与基础的相互作用问题、上部结构刚度对地基基础的影响等都未得到很好的解决。
现代高层建筑由于地下工程庞大，建设工程在地下的投资已经接近甚至超过了地上，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要我们更深入地研究地下室结构设计的技术问题，提高地下室结构设计的水平，真正做到安全适用、经济合理。
本文根据目前的新版设计规范及相关资料结合多个工程实践经验就地下室结构设计的荷载取值、荷载分项系数，地下室外墙结构设计和地下室抗浮设计等做了一个技术性的总结，由于本人知识水平有限，恳请各位同仁批评指正。

　　
　　参考文献：1. 2009全国民用建筑工程设计技术措施――结构（结构体系）
　　2. 2009全国民用建筑工程设计技术措施――结构（地基与基础）
　　3. 建筑结构荷载规范GB50009―2012
　　4. 建筑地基基础设计规范GB50007―2011
　　5. 建筑地基基础技术规范DB42/242―2003
　　6. 岩土工程勘察规范(2009年版) GB50021-2001
　　7. 高层建筑岩土工程勘察规范 JGJ72-2004
　　8. 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010
　　9. 朱丙寅.建筑结构设计问答及分析.2013年第二版