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[摘要] 随着建筑层数的日益增高,地下结构也日趋复杂化,地下工程的基坑支护、结构设计、施工及防水等问题逐渐成为建筑工程界关注的热点。由于地下工程的施工环境特殊、隐蔽性大、涉及的工种多、施工复杂,也较容易出现质量问题,因而设计时应综合考虑多方面因素，结合工程的具体情况进行一些特殊的处理。本文探讨了地下室结构设计常遇到的一些问题及其解决措施。
[关键词]抗浮设计 防水设计 结构超长 地下室抗震设计 基础型式
随着城市的不断迅速的发展，高层建筑的应用越来越多，由于场地少、用户多,城市规划对绿地和停车都有较为严格的要求,所以在高层建筑下设置大底盘地下室的工程越来越多。随着人们对地下空间需求的不断增长，地下室的层数也随之增加，地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大，因此结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。另外，地下室结构的设计也比较复杂，主要技术问题有：抗浮问题、防水问题、结构超长问题、不均匀沉降问题、基础型式的选取和计算方法问题、人防设计等等；这些技术问题的解决方式对工程的造价问题有很大的影响，先进合理的技术能最大程度的降低工程的造价，使建设项目取得良好的经济效益，而经济因素也在一定程度上制约着一些先进技术的运用和发展。因此，如何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系，是每个设计人员应该认真考虑的。本文探讨了地下室结构设计常遇到的一些问题及其解决措施。
1.地下室平面设计
地下室工程涉及的专业极为复杂,在高层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。地下室的平面尺寸，层高及柱跨也要结合各专业的具体要求确定，以达到经济合理的设计效果。地下室平面设计时也应合理地设置采光通风井,特别是高层建筑，若采光通风井位置设计不当,例如在侧壁外作附加通长采光井,会造成该向地下室侧限缺失,不能有效地将上部的水平力作用传至侧壁及周边土层,达不到底层嵌固的计算假定，而须深挖以满足高层建筑的埋深要求，从而增加工程造价。因此，合理的平面布置是结构经济合理的前提。
2.地下室抗浮设计
地下室的抗浮设计也是一个必须加以重视的问题。以山东日照市为例，城市地处海滨，地下水含量丰富，地下水位一般在地面下2米左右，因此基本上每个地下工程都会遇到地下水浮力的问题。地勘报告提供的抗浮设计水位或常年水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。对于上部有多层或高层塔楼的地下室，正常使用阶段由于上部楼层的压重作用，一般情况下抗浮问题均能满足，因此仅需要解决施工阶段的水浮力作用。具体设计时可根据水浮力大小确定能满足压重要求的楼层数，并要求施工过程进行降水处理，待上部楼层施工到需要的层数后再停止降水。这样就不必要单独为施工阶段设置抗浮措施（如设抗拔桩，抗拔锚杆等）而增加工程造价。对于上部无塔楼的纯地下车库，则须根据正常使用阶段和施工阶段中的最不利情况进行抗浮计算，通常是利用地下车库顶板上的覆土的配重来解决整体抗浮问题，也可以在车库防水地板上增加配重解决抗浮，但是当地下水位比较高时，通过配重解决抗浮问题就会增加结构的整体造价，很不经济，所以可以设置抵抗浮力的抗拔桩或抗拔锚杆等，以满足地下室整体抗浮及局部抗浮的要求。地下室埋深越深，其所受的浮力也越大，因此，在满足各专业要求的前提下，应尽量减小地下室层高和埋深，才能较好的减少此方面的工程造价。
3.地下室防水设计
地下室防水设计是一项十分重要的工作,其决定地下室的正常使用效果。在防水设计时,应根据工程的性质、使用要求和重要性等合理確定防水等级,根据防水等级确定防水层数。无论防水等级为几级,地下室混凝土都应采用结构自防水混凝土,防水混凝土的抗渗等级应根据水头高度与混凝土壁的厚度比确定,不得人为地自行降低。根据防水等级的要求,建筑的地下室仅设一道防水混凝土是不能满足要求的,一般应做卷材防水。防水卷材在地下室外侧的各个部位均应闭合,另外,为了防止少量渗水,便于地下室车道处积水的排放,地下室应设排水明沟和集水坑。
4.地下室结构超长问题
由于建筑布局的要求，有时地下室结构超长，多数情况下都超过了40～60m。地下结构虽然 受温度变化的影响较地上结构小，但周边约束作用较强，结构超长问题的重要性仍然不容忽视。目前比较成熟的做法有以下几种：(1)设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40～60m时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为800～1000mm，钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构，应设置钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。(2)不设置伸缩后浇带，采取其它相应措施。主要有：采用低强度等级混凝土；混凝土中添加微膨胀剂；采用粉煤灰混凝土技术；适当加大分布钢筋配筋量；施工缝处设置膨胀止水条；设置膨胀加强带。事实上，目前已建成的许多建筑结构，由于采取了上述措施，并进行了合理的施工，伸缩缝间距已超过了规范规定的数值。
5．地下室抗震设计
若地下室设计不当,对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点,对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度,才能不计算其层数,总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处,当标高变化超过梁高范围时则形成错层,应采取一定的措施进行处理,否则不应作为上部结构的嵌固部位。要作为上部结构的嵌固端，地下室周边应有足够的侧限，且相对于上部结构应有足够的刚度，一般楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍，同时应满足规范要求的构造措施，如地下室顶板应采用现浇梁板结构，应避免开设大洞口，顶板厚不宜小于180mm等等。
6.基础型式的选取及计算分析方法
现代高层建筑多为大底盘多塔楼式建筑群，由于上部结构荷载差异巨大，导致基底反力相差很大，因此，对基础而言，应根据不同的上部结构型式、荷载大小、地基的承载力及刚度等采用不同的基础型式。目前高层建筑中比较常用的基础型式有：筏板基础、箱型基础、桩筏基础和桩箱基础等。在日照地区筏板基础是应用最多的一种基础型式，因此，就筏板基础的有关问题进行讨论。
(1)平板式筏板基础和梁板式筏板基础的适用范围。相邻柱间距及柱荷载差别较小时适用平板式筏板基础，反之则宜采用梁板式筏板基础。此外，底板标高变化较多时宜采用平板式筏板基础。通常，在材料用量相当的情况下，梁板式筏板基础的刚度较平板式筏板基础大。
(2)梁高、板厚的选取及计算方法。计算筏板基础时，目前常用的方法有“倒楼盖”法、弹性地基梁板方法和有限元分析方法。其中“倒楼盖”是一种传统方法，按该法进行基础设计时，基础内力按基底反力直线分布进行计算。按《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）(以下简称《规范》)的要求进行计算时，要求地基土比较均匀、上部结构刚度较好、荷载分布比较均匀、梁板式筏板基础梁的高跨比或平板式筏板基础的厚跨比不小于1/6，当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。
(3)基础底板抗冲切验算及抗剪切计算。按《规范》第8.4.5条规定，梁板式筏基底板应满足受冲切承载力和受剪切承载力的要求，通过对跨度从6～10m、长宽比从1～3、板厚从400～1000mm变化的梁板式筏基底板的计算来看，梁板式筏基底板都是受冲切承载力起控制作用，因此一般的梁板式筏基底板可以不进行底板受剪切承载力的验算。对于平板式筏基而言，底板的柱下及核心筒边的抗冲切验算则必不可少，且应考虑不平衡弯矩的作用，尤其是边柱和角柱。
7.结语
地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：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等。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，提高设计水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。
[关键词]抗浮设计 防水设计 结构超长 地下室抗震设计 基础型式
随着城市的不断迅速的发展，高层建筑的应用越来越多，由于场地少、用户多,城市规划对绿地和停车都有较为严格的要求,所以在高层建筑下设置大底盘地下室的工程越来越多。随着人们对地下空间需求的不断增长，地下室的层数也随之增加，地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大，因此结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。另外，地下室结构的设计也比较复杂，主要技术问题有：抗浮问题、防水问题、结构超长问题、不均匀沉降问题、基础型式的选取和计算方法问题、人防设计等等；这些技术问题的解决方式对工程的造价问题有很大的影响，先进合理的技术能最大程度的降低工程的造价，使建设项目取得良好的经济效益，而经济因素也在一定程度上制约着一些先进技术的运用和发展。因此，如何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系，是每个设计人员应该认真考虑的。本文探讨了地下室结构设计常遇到的一些问题及其解决措施。
1.地下室平面设计
地下室工程涉及的专业极为复杂,在高层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。地下室的平面尺寸，层高及柱跨也要结合各专业的具体要求确定，以达到经济合理的设计效果。地下室平面设计时也应合理地设置采光通风井,特别是高层建筑，若采光通风井位置设计不当,例如在侧壁外作附加通长采光井,会造成该向地下室侧限缺失,不能有效地将上部的水平力作用传至侧壁及周边土层,达不到底层嵌固的计算假定，而须深挖以满足高层建筑的埋深要求，从而增加工程造价。因此，合理的平面布置是结构经济合理的前提。
2.地下室抗浮设计
地下室的抗浮设计也是一个必须加以重视的问题。以山东日照市为例，城市地处海滨，地下水含量丰富，地下水位一般在地面下2米左右，因此基本上每个地下工程都会遇到地下水浮力的问题。地勘报告提供的抗浮设计水位或常年水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。对于上部有多层或高层塔楼的地下室，正常使用阶段由于上部楼层的压重作用，一般情况下抗浮问题均能满足，因此仅需要解决施工阶段的水浮力作用。具体设计时可根据水浮力大小确定能满足压重要求的楼层数，并要求施工过程进行降水处理，待上部楼层施工到需要的层数后再停止降水。这样就不必要单独为施工阶段设置抗浮措施（如设抗拔桩，抗拔锚杆等）而增加工程造价。对于上部无塔楼的纯地下车库，则须根据正常使用阶段和施工阶段中的最不利情况进行抗浮计算，通常是利用地下车库顶板上的覆土的配重来解决整体抗浮问题，也可以在车库防水地板上增加配重解决抗浮，但是当地下水位比较高时，通过配重解决抗浮问题就会增加结构的整体造价，很不经济，所以可以设置抵抗浮力的抗拔桩或抗拔锚杆等，以满足地下室整体抗浮及局部抗浮的要求。地下室埋深越深，其所受的浮力也越大，因此，在满足各专业要求的前提下，应尽量减小地下室层高和埋深，才能较好的减少此方面的工程造价。
3.地下室防水设计
地下室防水设计是一项十分重要的工作,其决定地下室的正常使用效果。在防水设计时,应根据工程的性质、使用要求和重要性等合理確定防水等级,根据防水等级确定防水层数。无论防水等级为几级,地下室混凝土都应采用结构自防水混凝土,防水混凝土的抗渗等级应根据水头高度与混凝土壁的厚度比确定,不得人为地自行降低。根据防水等级的要求,建筑的地下室仅设一道防水混凝土是不能满足要求的,一般应做卷材防水。防水卷材在地下室外侧的各个部位均应闭合,另外,为了防止少量渗水,便于地下室车道处积水的排放,地下室应设排水明沟和集水坑。
4.地下室结构超长问题
由于建筑布局的要求，有时地下室结构超长，多数情况下都超过了40～60m。地下结构虽然 受温度变化的影响较地上结构小，但周边约束作用较强，结构超长问题的重要性仍然不容忽视。目前比较成熟的做法有以下几种：(1)设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40～60m时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为800～1000mm，钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构，应设置钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。(2)不设置伸缩后浇带，采取其它相应措施。主要有：采用低强度等级混凝土；混凝土中添加微膨胀剂；采用粉煤灰混凝土技术；适当加大分布钢筋配筋量；施工缝处设置膨胀止水条；设置膨胀加强带。事实上，目前已建成的许多建筑结构，由于采取了上述措施，并进行了合理的施工，伸缩缝间距已超过了规范规定的数值。
5．地下室抗震设计
若地下室设计不当,对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点,对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度,才能不计算其层数,总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处,当标高变化超过梁高范围时则形成错层,应采取一定的措施进行处理,否则不应作为上部结构的嵌固部位。要作为上部结构的嵌固端，地下室周边应有足够的侧限，且相对于上部结构应有足够的刚度，一般楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍，同时应满足规范要求的构造措施，如地下室顶板应采用现浇梁板结构，应避免开设大洞口，顶板厚不宜小于180mm等等。
6.基础型式的选取及计算分析方法
现代高层建筑多为大底盘多塔楼式建筑群，由于上部结构荷载差异巨大，导致基底反力相差很大，因此，对基础而言，应根据不同的上部结构型式、荷载大小、地基的承载力及刚度等采用不同的基础型式。目前高层建筑中比较常用的基础型式有：筏板基础、箱型基础、桩筏基础和桩箱基础等。在日照地区筏板基础是应用最多的一种基础型式，因此，就筏板基础的有关问题进行讨论。
(1)平板式筏板基础和梁板式筏板基础的适用范围。相邻柱间距及柱荷载差别较小时适用平板式筏板基础，反之则宜采用梁板式筏板基础。此外，底板标高变化较多时宜采用平板式筏板基础。通常，在材料用量相当的情况下，梁板式筏板基础的刚度较平板式筏板基础大。
(2)梁高、板厚的选取及计算方法。计算筏板基础时，目前常用的方法有“倒楼盖”法、弹性地基梁板方法和有限元分析方法。其中“倒楼盖”是一种传统方法，按该法进行基础设计时，基础内力按基底反力直线分布进行计算。按《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）(以下简称《规范》)的要求进行计算时，要求地基土比较均匀、上部结构刚度较好、荷载分布比较均匀、梁板式筏板基础梁的高跨比或平板式筏板基础的厚跨比不小于1/6，当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。
(3)基础底板抗冲切验算及抗剪切计算。按《规范》第8.4.5条规定，梁板式筏基底板应满足受冲切承载力和受剪切承载力的要求，通过对跨度从6～10m、长宽比从1～3、板厚从400～1000mm变化的梁板式筏基底板的计算来看，梁板式筏基底板都是受冲切承载力起控制作用，因此一般的梁板式筏基底板可以不进行底板受剪切承载力的验算。对于平板式筏基而言，底板的柱下及核心筒边的抗冲切验算则必不可少，且应考虑不平衡弯矩的作用，尤其是边柱和角柱。
7.结语
地下室的结构设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，有些问题至今尚未得到很好的解决，如：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等。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，提高设计水平，真正做到技术与经济同步、安全与适用协调。