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摘要：伴随着大规模的城市建设，建筑用地日益紧张，对地下空间的利用越来越重视，地下工程也越来越多，基本上每个工程都会有地下室，并且建筑空间要求也越来越高。地下室设计中需考虑的因素多，包括周边地质水文情况，基坑支护，基础形式，造价等多方面，其设计难点较多。 本文主要结合工程实例，将作者在结构设计中的一些设计心得加以整理分析，并对相应设计要点展开讨论，供大家参考。由于作者理论水平限制，若有错漏之处，敬请专家同行指正。
关键词：地下室；结构设计；无梁楼盖；抗浮；超长地下室
Abstract: With the large-scale city construction, construction land increasingly tense, more and more attention to the underground space, underground engineering more and more, basically each project will have a basement, and architectural space requirements are also getting higher and higher. In the basement design needs to take many factors into account, including the surrounding geological and hydrologic conditions, excavation, foundation form, cost and other aspects, there are many difficulties in its design. This paper combined with the engineering example, some design experience in the structural design of the author were analyzed, and discuss the corresponding design points, for your reference. Due to the limited level of the author, if any mistakes, please expert peer.
Key words: basement; structure design; beamless roof; anti-floating; long basement
中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
伴随着大规模的城市建设，建筑用地日益紧张，对地下空间的利用越来越重视，地下工程也越来越多，基本上每个工程都会有地下室，并且建筑空间要求也越来越高，结构设计人员必须深度掌握其设计常识及要点，既要满足建筑对空间的利用要求，同时也要保证结构的安全可靠。地下室设计中需考虑的因素多，包括周边地质水文情况，基坑支护，基础形式，造價等多方面，其设计难点较多。现作者联系实际工程谈谈地下室设计中的一些心得体会。本工程为华润大冲旧村改造项目回迁自住区B区大涌都市花园，用地位于整个大冲旧村改造项目的核心区域。由1座3层幼儿园，2座50层超高层住宅塔楼，6座31层住宅塔楼，两层商业裙房及3层地下室组成。地下室面积约41000m2，为停车库及设备用房，并设置战时人防防护单元。
1 楼盖结构体系的选型
由于用地紧张，本工程设置3层地下室。为了降低地下室总层高，本工程地下一层和地下二层采用有柱帽的无梁楼盖的结构形式，地下三层层高3600mm、地下二层层高3500mm。地下室顶板作为上部结构的嵌固端，采用普通梁板结构体系。
无梁楼盖是地下建筑常见结构形式，是近年发展较为迅速的一项建筑结构新技术。无梁楼盖把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系，结构质地更密，抗压性更高，抗振动冲击更强，结构更合理。特别是这种“无梁楼盖”使楼层空间布置摆脱梁的制约，具有明显的经济效益和社会效益。其大致具有以下优点：
(1)地下室采用无梁楼盖结构形式，具有施工方便、室内美观的特点。除柱帽外，模板及钢筋制作工作量少，施工工艺简单，施工进度快。净空利用率高，造型美观，有利于布置各种设备管线;
(2)在保证使用净高要求的前提下，能有效减小地下室的层高，提高基坑坑底的设计标高，降低地下室的抗浮设计水位，减少混凝土用量，降低底板及外墙的钢筋用量，达到节省工程造价的目的。且减小地下室层高，就能减少基坑开挖深度，自然可以降低深基坑支护造价和减少土方开挖量，因而可大大降低地下室综合造价。
但其也有一定的劣势：结构板较厚，结构自重增大；从结构性能方面看，无梁板延性较差，板在柱帽或柱顶处易造成脆性冲切破坏；应用时对于平面规则性、连续跨数及板跨区格长短边的长度比例等有一定的限制要求。
地下室的无梁楼盖计算工作完成后，在完成施工图设计过程中，还有一些容易忽略的问题应多加注意完善。 （1）端跨是地下无梁楼盖设计的重点 计算表明，采用无梁楼盖形式，第一跨中弯矩和第一跨内支座弯矩都是最大值，经验系数法的计算公式也能验证这一点。为减小边跨跨中弯矩，增强边柱和角柱的抗冲切承载力，该区域宜相应对计算钢筋提高放大系数。在外墙顶应设置暗梁，并加强处理，采用有暗梁的平板结构体系，利用暗梁受扭减少边柱和角柱节点内由于竖向荷载引起的弯矩和剪力。 （2）边支座设置端柱帽是保证端跨安全的重点 设置柱帽可以有效地提高边跨外支座板带的抗弯刚度，相比不变截面板带，柱帽将板带负弯矩提高，由柱帽形成的刚域来承担。经验系数法中很重要一点是，利用柱帽形成节点刚域减少板带计算跨度，柱上板带负弯矩是柱帽刚域边缘的削峰值，没有边支座柱帽就等于增加端跨板带计算跨度。
2 地下室抗浮设计
本工程塔楼范围采用结构自重抗浮，纯地下室及裙房范围采用预应力混凝土管桩作为抗压兼抗拔桩。《岩土工程勘察报告》指出：“拟建场地测得地下水混合水位埋深1.3~6.0m，标高7.26~10.23m。考虑到场地的特点以及雨季水位变化等因素，建议抗浮设计水位按设计室外地坪±0.000标高以下1.0m考虑。”
本场地为一狭长地段，约为70mx200m，北高南低，高差有1600mm，整个地下室也分为3个标高，高差各800mm，随室外道路坡向。本工程位于珠三角地区，夏季可能出现暴雨、洪涝等自然灾害，结合本工程的实际地坪标高走向，在分析处理高差分界处的抗浮时，需特别谨慎小心，保证局部抗浮的设计要求。
在设计中，往往由于设计人员对抗浮认识不足，未对地下室进行整体或局部剖析，导致在施工或使用过程中出现局部破坏甚至是整体上浮的工程事故。下面就地下室抗浮设计略为展开讨论。
地下室抗浮设计的常用方法不外乎有以下几种：
(1)自重平衡法，即：采用回填土、石或混凝土等手段，来平衡地下水浮力；
(2)抗力平衡法，即：设置抗拔锚杆或抗拔桩，来消除或部分消除地下水对结构的影响。本工程也就是采用设置抗拔桩的方法来抵抗水浮力；
(3)浮力消除法，即：采用疏、排水措施，使地下水位保持在预定的标高之下，减小或消除地下水对建筑物的浮力，从而达到建筑物抗浮的目的；
通常设计中，大多数工程均采用第一和第二种结合的方法，第三种采用的较少。采用抗浮力消除法时应注意的事项：a.地下室底板宜位于弱透水层;b.地下室四周及底板下应设置截水盲沟，并在适当位置设置集水井及排水设备；c.设置排水盲沟，应具有成熟的地方经验，必要时应进行相关的水工试验。应采取确保盲沟不淤塞的技术措施（如设置砂砾反滤层，铺设土工布等），并加以定期监测和维护，保证排水系统的有效运转。
此处需特别指出的是，由于塔楼在使用过程中不存在抗拔的问题，设计人员往往忽略了其在施工阶段的抗浮验算。地下室设计中，应对地下室进行施工阶段的抗浮验算，应在设计图纸中明确标明停止地下室施工降水的具体条件。往往有施工单位在地下室顶板施工完成后就马上停止降水，此时地下室顶板的覆土还未完成，塔楼施工层数也还不足以抵抗水浮力，就会造成地下室底板拱起，底板裂缝渗水甚至地下室上浮及结构破坏等工程事故，处理起来非常棘手。
3 超长地下室设计
本工程为一狭长形，约为70mx200m，本工程采用每隔30m~40m左右的间距设置1000mm宽后浇带，将整个地下室划分成若干个独立的小区格，在40~60天以后用添加膨胀剂的高一级别的混凝土浇筑成整体，以消除在混凝土结硬过程中因其收缩变形引起的超长结构的内部应力。
因混凝土结硬初期收缩变形发展得很快，半个月大约就完成全部收缩的25%，一个月可完成约50%，两个月可完成约75%。实践证明，后浇带是一种常用的、有效的方法，成熟可靠。在施工过程中，严格控制混凝土配合比中的水灰比、水泥用量、砂率、骨料质量，严格控制养护条件：底板、地下室各层板、顶板采用浸水养护，外墙采用挂麻袋浇水养护，以及混凝土中掺入有效补偿收缩的外加剂等一系列措施，能够保证地下室的裂缝控制。
另外在设计中需注意，后浇带应避开承台，不应穿过集水坑，应避开消防水池或生活水池，人防工程中也不应穿过人防口部。多层地下室各层楼板处后浇带可以不对齐，但在地下室外墙处应使其上下各层对齐。
设置后浇带是一种“先放后抗”的方法，目前有的工程采用“抗”的方法解决超长地下室在施工过程中的温度应力，即设置膨胀加强带。在收缩应力较大的地方浇筑加強带，使其产生较大的膨胀来补偿混凝土的收缩。设置后浇带虽然成熟可靠，但后浇带的清理与凿毛给填缝施工带来一定麻烦，且填缝需要40~60天才能浇筑，这样延长了工期，而且填缝处理不好还会留下渗漏隐患。设置膨胀加强带，并严格控制混凝土的水灰比、水泥用量、砂率、骨料质量、养护条件等，也能达到很好的效果。
4 结束语
地下室的设计错综复杂，专业间交叉多，因此，地下室的设计应遵循安全、适用和合理的原则，进行全盘考虑，将各专业间的冲突降至最低，最终给出一个安全、合理、经济的设计图纸。并且只有在参建各方的通力合作下，不断探索和创新，才能更加合理、有效的开发和利用地下空间。
关键词：地下室；结构设计；无梁楼盖；抗浮；超长地下室
Abstract: With the large-scale city construction, construction land increasingly tense, more and more attention to the underground space, underground engineering more and more, basically each project will have a basement, and architectural space requirements are also getting higher and higher. In the basement design needs to take many factors into account, including the surrounding geological and hydrologic conditions, excavation, foundation form, cost and other aspects, there are many difficulties in its design. This paper combined with the engineering example, some design experience in the structural design of the author were analyzed, and discuss the corresponding design points, for your reference. Due to the limited level of the author, if any mistakes, please expert peer.
Key words: basement; structure design; beamless roof; anti-floating; long basement
中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
伴随着大规模的城市建设，建筑用地日益紧张，对地下空间的利用越来越重视，地下工程也越来越多，基本上每个工程都会有地下室，并且建筑空间要求也越来越高，结构设计人员必须深度掌握其设计常识及要点，既要满足建筑对空间的利用要求，同时也要保证结构的安全可靠。地下室设计中需考虑的因素多，包括周边地质水文情况，基坑支护，基础形式，造價等多方面，其设计难点较多。现作者联系实际工程谈谈地下室设计中的一些心得体会。本工程为华润大冲旧村改造项目回迁自住区B区大涌都市花园，用地位于整个大冲旧村改造项目的核心区域。由1座3层幼儿园，2座50层超高层住宅塔楼，6座31层住宅塔楼，两层商业裙房及3层地下室组成。地下室面积约41000m2，为停车库及设备用房，并设置战时人防防护单元。
1 楼盖结构体系的选型
由于用地紧张，本工程设置3层地下室。为了降低地下室总层高，本工程地下一层和地下二层采用有柱帽的无梁楼盖的结构形式，地下三层层高3600mm、地下二层层高3500mm。地下室顶板作为上部结构的嵌固端，采用普通梁板结构体系。
无梁楼盖是地下建筑常见结构形式，是近年发展较为迅速的一项建筑结构新技术。无梁楼盖把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系，结构质地更密，抗压性更高，抗振动冲击更强，结构更合理。特别是这种“无梁楼盖”使楼层空间布置摆脱梁的制约，具有明显的经济效益和社会效益。其大致具有以下优点：
(1)地下室采用无梁楼盖结构形式，具有施工方便、室内美观的特点。除柱帽外，模板及钢筋制作工作量少，施工工艺简单，施工进度快。净空利用率高，造型美观，有利于布置各种设备管线;
(2)在保证使用净高要求的前提下，能有效减小地下室的层高，提高基坑坑底的设计标高，降低地下室的抗浮设计水位，减少混凝土用量，降低底板及外墙的钢筋用量，达到节省工程造价的目的。且减小地下室层高，就能减少基坑开挖深度，自然可以降低深基坑支护造价和减少土方开挖量，因而可大大降低地下室综合造价。
但其也有一定的劣势：结构板较厚，结构自重增大；从结构性能方面看，无梁板延性较差，板在柱帽或柱顶处易造成脆性冲切破坏；应用时对于平面规则性、连续跨数及板跨区格长短边的长度比例等有一定的限制要求。
地下室的无梁楼盖计算工作完成后，在完成施工图设计过程中，还有一些容易忽略的问题应多加注意完善。 （1）端跨是地下无梁楼盖设计的重点 计算表明，采用无梁楼盖形式，第一跨中弯矩和第一跨内支座弯矩都是最大值，经验系数法的计算公式也能验证这一点。为减小边跨跨中弯矩，增强边柱和角柱的抗冲切承载力，该区域宜相应对计算钢筋提高放大系数。在外墙顶应设置暗梁，并加强处理，采用有暗梁的平板结构体系，利用暗梁受扭减少边柱和角柱节点内由于竖向荷载引起的弯矩和剪力。 （2）边支座设置端柱帽是保证端跨安全的重点 设置柱帽可以有效地提高边跨外支座板带的抗弯刚度，相比不变截面板带，柱帽将板带负弯矩提高，由柱帽形成的刚域来承担。经验系数法中很重要一点是，利用柱帽形成节点刚域减少板带计算跨度，柱上板带负弯矩是柱帽刚域边缘的削峰值，没有边支座柱帽就等于增加端跨板带计算跨度。
2 地下室抗浮设计
本工程塔楼范围采用结构自重抗浮，纯地下室及裙房范围采用预应力混凝土管桩作为抗压兼抗拔桩。《岩土工程勘察报告》指出：“拟建场地测得地下水混合水位埋深1.3~6.0m，标高7.26~10.23m。考虑到场地的特点以及雨季水位变化等因素，建议抗浮设计水位按设计室外地坪±0.000标高以下1.0m考虑。”
本场地为一狭长地段，约为70mx200m，北高南低，高差有1600mm，整个地下室也分为3个标高，高差各800mm，随室外道路坡向。本工程位于珠三角地区，夏季可能出现暴雨、洪涝等自然灾害，结合本工程的实际地坪标高走向，在分析处理高差分界处的抗浮时，需特别谨慎小心，保证局部抗浮的设计要求。
在设计中，往往由于设计人员对抗浮认识不足，未对地下室进行整体或局部剖析，导致在施工或使用过程中出现局部破坏甚至是整体上浮的工程事故。下面就地下室抗浮设计略为展开讨论。
地下室抗浮设计的常用方法不外乎有以下几种：
(1)自重平衡法，即：采用回填土、石或混凝土等手段，来平衡地下水浮力；
(2)抗力平衡法，即：设置抗拔锚杆或抗拔桩，来消除或部分消除地下水对结构的影响。本工程也就是采用设置抗拔桩的方法来抵抗水浮力；
(3)浮力消除法，即：采用疏、排水措施，使地下水位保持在预定的标高之下，减小或消除地下水对建筑物的浮力，从而达到建筑物抗浮的目的；
通常设计中，大多数工程均采用第一和第二种结合的方法，第三种采用的较少。采用抗浮力消除法时应注意的事项：a.地下室底板宜位于弱透水层;b.地下室四周及底板下应设置截水盲沟，并在适当位置设置集水井及排水设备；c.设置排水盲沟，应具有成熟的地方经验，必要时应进行相关的水工试验。应采取确保盲沟不淤塞的技术措施（如设置砂砾反滤层，铺设土工布等），并加以定期监测和维护，保证排水系统的有效运转。
此处需特别指出的是，由于塔楼在使用过程中不存在抗拔的问题，设计人员往往忽略了其在施工阶段的抗浮验算。地下室设计中，应对地下室进行施工阶段的抗浮验算，应在设计图纸中明确标明停止地下室施工降水的具体条件。往往有施工单位在地下室顶板施工完成后就马上停止降水，此时地下室顶板的覆土还未完成，塔楼施工层数也还不足以抵抗水浮力，就会造成地下室底板拱起，底板裂缝渗水甚至地下室上浮及结构破坏等工程事故，处理起来非常棘手。
3 超长地下室设计
本工程为一狭长形，约为70mx200m，本工程采用每隔30m~40m左右的间距设置1000mm宽后浇带，将整个地下室划分成若干个独立的小区格，在40~60天以后用添加膨胀剂的高一级别的混凝土浇筑成整体，以消除在混凝土结硬过程中因其收缩变形引起的超长结构的内部应力。
因混凝土结硬初期收缩变形发展得很快，半个月大约就完成全部收缩的25%，一个月可完成约50%，两个月可完成约75%。实践证明，后浇带是一种常用的、有效的方法，成熟可靠。在施工过程中，严格控制混凝土配合比中的水灰比、水泥用量、砂率、骨料质量，严格控制养护条件：底板、地下室各层板、顶板采用浸水养护，外墙采用挂麻袋浇水养护，以及混凝土中掺入有效补偿收缩的外加剂等一系列措施，能够保证地下室的裂缝控制。
另外在设计中需注意，后浇带应避开承台，不应穿过集水坑，应避开消防水池或生活水池，人防工程中也不应穿过人防口部。多层地下室各层楼板处后浇带可以不对齐，但在地下室外墙处应使其上下各层对齐。
设置后浇带是一种“先放后抗”的方法，目前有的工程采用“抗”的方法解决超长地下室在施工过程中的温度应力，即设置膨胀加强带。在收缩应力较大的地方浇筑加強带，使其产生较大的膨胀来补偿混凝土的收缩。设置后浇带虽然成熟可靠，但后浇带的清理与凿毛给填缝施工带来一定麻烦，且填缝需要40~60天才能浇筑，这样延长了工期，而且填缝处理不好还会留下渗漏隐患。设置膨胀加强带，并严格控制混凝土的水灰比、水泥用量、砂率、骨料质量、养护条件等，也能达到很好的效果。
4 结束语
地下室的设计错综复杂，专业间交叉多，因此，地下室的设计应遵循安全、适用和合理的原则，进行全盘考虑，将各专业间的冲突降至最低，最终给出一个安全、合理、经济的设计图纸。并且只有在参建各方的通力合作下，不断探索和创新，才能更加合理、有效的开发和利用地下空间。