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摘要：在建筑工程的整体结构中，地下室是其中一种较为重要的结构。由于其所处位置在建筑物的最底部，即建筑的地基基础结构中，所以，地下室结构的设计将是影响建筑整体结构稳定性以及安全性的重要基础。本文主要对建筑工程地下室结构设计相关问题进行了简要分析。
关键词：建筑工程；地下室；结构设计；抗浮抗拔；裂缝控制；最小配筋率；抗震设计。
引言
建筑业作为支撑我国国民经济的三大巨头产业之一，它在近几年的发展极为迅速。就目前而言，在现代城市建筑中，高层建筑，甚至是超高层建筑已经成为了城市建筑的主流，同时也跃升为城市的一种重要标志。然而，随着建筑楼层的不断增高，其建筑工程可能存在的安全隐患也随之得到了增多，尤其是地基基础结构在施工环节所埋下的安全隐患，更是造成高层建筑突然倒塌的罪魁祸首。因此，为了保证现代城市高层建筑的质量及其结构的稳定，相关的建筑施工人员必须把好地基基础结构的质量关，而对于某些需要修建地下室的高层建筑，还需要做好对其地下室工程的施工管理，合理、规范化其地下室结构的设计。
一、地下室结构设计的特点要求分析
地下室结构设计的主要内容包含几个方向：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备）其中出人口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算，出人口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计。三是地下室是否与上部结构一起计算对于计算结果影响较大，其底板经常同时作为结构的基础，需要考虑地基的反作用力，顶板作为工程的重要部位，需要组合核爆炸力的等效静荷载，外墙则需考虑侧向的土、水的水平作用组合。总之，地下室的结构设计可按整体设计和构件的单独设计分别进行。结构设计的可靠性可以降低，一般建筑结构（延性破坏）失效概率为6.8%，而地下室结构（延性破坏）失效概率为6.1%，需考虑结构的动力效应，结构构件可考虑进人塑性工作状态，材料设计强度可以提高。在快速加载的情况下，材料力学性能发生比较明显的变化。主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用。例如钢材强度可提高1.1～1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的，重视构造要求。地下室设计的许多构造要求与一般的建筑设计不同，要求更为严格，故仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。
二、结构平面设计
地下室工程涉及的专业极为复杂，高层建筑的地下室结构设计，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。例如地下室的长度超过设计规定的长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。
设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝土外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长，依靠设置后浇带的方法难以解决，设计时可合理地调整平面，通过分割地下室，用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若采光井位置设计不当，也会影响地下室的结构稳定功能。
三、抗渗抗浮设计与抗浮设计
如果是在地下水位浅，或者在雨水相对较多的地区进行施工，那么，对于地下室层数为一到二层的建筑来讲，常规都要考虑到使用阶段的抗浮问题。纯地下室的部位，以及裙房部位有可能存有抗渗抗浮不符合要求的情况出现。均对这种实际情况，应当采取下面的几个措施来应对：
1、在设计条件允许的前提下，尽可能地提高基坑底设计标高，这样可以起到降低抗浮设防水位的目的。高层建筑基础底板应当应用梁板筏板基础或者是平板阀板基础。
2、倡导应用无梁楼盖与宽扁梁。常规宽扁梁截面高在跨度的十六分之一和二十二分之一中间。宽扁梁可以有效降低地下部分高度，确保建筑功能所需空间。这样，在降低抗浮水位上就占有一定的优势。
3、强化抗渗抗浮设计的另一个有效办
法是增大地下室自重。这个办法大体有三种情况：其一是基板加载，其二是边墙加载，其三是地下室的顶板加载。这种办法的特点是设计与施工都相对简单。但是不足之处在于当建筑物需要抵挡较大的浮力时，因为混凝土和相关的增重材料需求量太大，而使施工费用增加。
4、设抗拔桩
此办法是抗渗抗浮设计加很常用的方法之一。抗拔均一般情况都要嵌入到埋藏浅嵌入坚硬的基岩之内。因为受施工条件和造价因素的制约，抗拔桩入岩一般不深，这就需要施工过程中对桩端进行灌浆处理。若上覆土层厚度太大，抗拔桩进不到基岩处，那就需要在桩下部设扩大头，提高抗拔桩的抗拔能力。
四、地下室外墙结构设计
地下室外墙的设计是整个建筑工程地下室结构设计的关键环节，对整个建筑工程地下室结构的合理性有着十分重要的影响。在设计时候，要综合考虑到水，土压力因素，并通过这些因素来验算外墙的抗裂性能。總体而言，要在综合考虑多种因素的基础上，从以下几个方面做出科学合理的设计。
1、荷载
地下室外墙在整体的荷载中占据着重要地位，其承受的荷载总体而言分别有水平荷载和来自建筑主体和地下室楼盖的传重和自重的竖向荷载。地下室外墙水平的荷载一般都包括侧向的土压力，地下水侧向压力等。在地下室外墙结构设计中，竖向荷载和地震等作用所产生的内力一般而言不会起到控制的作用，在此过程中，要充分重视水平荷载，当水平荷载垂直于墙面时候，会产生弯矩，这对墙体的配筋有着十分重要的意义。
2、地下室外墙截面设计
土压力+水压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力宜由试验确定。当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位稳定的水压力按永久荷载考虑，分项系数可取1.2；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑，分项系数宜取1.3。有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时取1.2，有利时取1.0；抗爆等效静荷载分项系数取1.0。 3、地下室外墙的配筋计算
实际设计时，配筋的计算，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。外墙的配筋计算因根据地下室水位情况，必要时应以裂缝控制，保证地下结构的自防水性能。
3、地下室底板、顶板的配筋计算
地下室底板一般较厚，设计为整体等厚的混凝土筏板，设计荷载为侧墙的和柱传递的垂直和水平荷载以及内墙和柱传导的垂直和水平荷载，一般将地下室底板和桩承台顶板合而为一，进行整体计算，考虑底板的抗弯、抗剪、抗冲切，各项指标均满足规范规定的数据后，还要复核是否满足规范规定的最小配筋率指标，只有这样才能做到设计万无一失。
地下室顶板的配筋计算相对简单一点，在布置好的梁板结构前提下，可以通过现有的计算软件，如建研院开发的PM/PK软件，输入相应的荷载，截面几何参数后，很快得出需要的梁、板配筋以及其他结构计算需要关注的参数，如挠度、裂缝等。
五、地下室的抗震设计
地下室抗震设计应以《建筑抗震设计规范》和《高层建筑设计规范》以及《地基基础规范》为依据，确定好地下室的结构尺寸及其埋深。如果地下室的设计存在缺陷，就会对对整个高层建筑的抗震性能产生很大的影响。多层建筑中地下室的埋深必须大于地下室上地面总的高度，这样才能不计算层数，总的高度才能够从室外地面开始算。上部分结构的墙柱应该和地下室的墙柱结构相一致。地下室的顶板板面标高有变化的，如果形成错层，超过了梁高的范围，则必须采取适当的措施处理，否则将影响地下室的设计。地下室的设计规范指出，上部结构的地下室的楼层的顶层，盖应当用梁板的结构。结构计算应向下，直到地下室的楼层或者楼板。
结束语
随着建筑层数的日益增高，地下结构已向多层发展，其结构设计、施工及防水等日益成为建筑工程界关注的热点。只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，才能使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。
参考文献：
[1]文华.论述地下室结构设计存在的问题[J].建材与装饰，2011，（10）.
[2]李享，谭素群.地下室结构设计中的若干问题[J].山西建筑，2011，（08）.
[3]李玉爽.建筑工程中地下室结构设计[J].城市建设理论研究（電子版），2012，（5）.
关键词：建筑工程；地下室；结构设计；抗浮抗拔；裂缝控制；最小配筋率；抗震设计。
引言
建筑业作为支撑我国国民经济的三大巨头产业之一，它在近几年的发展极为迅速。就目前而言，在现代城市建筑中，高层建筑，甚至是超高层建筑已经成为了城市建筑的主流，同时也跃升为城市的一种重要标志。然而，随着建筑楼层的不断增高，其建筑工程可能存在的安全隐患也随之得到了增多，尤其是地基基础结构在施工环节所埋下的安全隐患，更是造成高层建筑突然倒塌的罪魁祸首。因此，为了保证现代城市高层建筑的质量及其结构的稳定，相关的建筑施工人员必须把好地基基础结构的质量关，而对于某些需要修建地下室的高层建筑，还需要做好对其地下室工程的施工管理，合理、规范化其地下室结构的设计。
一、地下室结构设计的特点要求分析
地下室结构设计的主要内容包含几个方向：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统（防护设备）其中出人口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算，出人口通道（包括风井）的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室（箱）的设计。三是地下室是否与上部结构一起计算对于计算结果影响较大，其底板经常同时作为结构的基础，需要考虑地基的反作用力，顶板作为工程的重要部位，需要组合核爆炸力的等效静荷载，外墙则需考虑侧向的土、水的水平作用组合。总之，地下室的结构设计可按整体设计和构件的单独设计分别进行。结构设计的可靠性可以降低，一般建筑结构（延性破坏）失效概率为6.8%，而地下室结构（延性破坏）失效概率为6.1%，需考虑结构的动力效应，结构构件可考虑进人塑性工作状态，材料设计强度可以提高。在快速加载的情况下，材料力学性能发生比较明显的变化。主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用。例如钢材强度可提高1.1～1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的，重视构造要求。地下室设计的许多构造要求与一般的建筑设计不同，要求更为严格，故仅只考虑受力计算，不考虑构造措施是不合理的。
二、结构平面设计
地下室工程涉及的专业极为复杂，高层建筑的地下室结构设计，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。例如地下室的长度超过设计规定的长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。
设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝土外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长，依靠设置后浇带的方法难以解决，设计时可合理地调整平面，通过分割地下室，用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若采光井位置设计不当，也会影响地下室的结构稳定功能。
三、抗渗抗浮设计与抗浮设计
如果是在地下水位浅，或者在雨水相对较多的地区进行施工，那么，对于地下室层数为一到二层的建筑来讲，常规都要考虑到使用阶段的抗浮问题。纯地下室的部位，以及裙房部位有可能存有抗渗抗浮不符合要求的情况出现。均对这种实际情况，应当采取下面的几个措施来应对：
1、在设计条件允许的前提下，尽可能地提高基坑底设计标高，这样可以起到降低抗浮设防水位的目的。高层建筑基础底板应当应用梁板筏板基础或者是平板阀板基础。
2、倡导应用无梁楼盖与宽扁梁。常规宽扁梁截面高在跨度的十六分之一和二十二分之一中间。宽扁梁可以有效降低地下部分高度，确保建筑功能所需空间。这样，在降低抗浮水位上就占有一定的优势。
3、强化抗渗抗浮设计的另一个有效办
法是增大地下室自重。这个办法大体有三种情况：其一是基板加载，其二是边墙加载，其三是地下室的顶板加载。这种办法的特点是设计与施工都相对简单。但是不足之处在于当建筑物需要抵挡较大的浮力时，因为混凝土和相关的增重材料需求量太大，而使施工费用增加。
4、设抗拔桩
此办法是抗渗抗浮设计加很常用的方法之一。抗拔均一般情况都要嵌入到埋藏浅嵌入坚硬的基岩之内。因为受施工条件和造价因素的制约，抗拔桩入岩一般不深，这就需要施工过程中对桩端进行灌浆处理。若上覆土层厚度太大，抗拔桩进不到基岩处，那就需要在桩下部设扩大头，提高抗拔桩的抗拔能力。
四、地下室外墙结构设计
地下室外墙的设计是整个建筑工程地下室结构设计的关键环节，对整个建筑工程地下室结构的合理性有着十分重要的影响。在设计时候，要综合考虑到水，土压力因素，并通过这些因素来验算外墙的抗裂性能。總体而言，要在综合考虑多种因素的基础上，从以下几个方面做出科学合理的设计。
1、荷载
地下室外墙在整体的荷载中占据着重要地位，其承受的荷载总体而言分别有水平荷载和来自建筑主体和地下室楼盖的传重和自重的竖向荷载。地下室外墙水平的荷载一般都包括侧向的土压力，地下水侧向压力等。在地下室外墙结构设计中，竖向荷载和地震等作用所产生的内力一般而言不会起到控制的作用，在此过程中，要充分重视水平荷载，当水平荷载垂直于墙面时候，会产生弯矩，这对墙体的配筋有着十分重要的意义。
2、地下室外墙截面设计
土压力+水压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力宜由试验确定。当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。水位稳定的水压力按永久荷载考虑，分项系数可取1.2；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑，分项系数宜取1.3。有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时取1.2，有利时取1.0；抗爆等效静荷载分项系数取1.0。 3、地下室外墙的配筋计算
实际设计时，配筋的计算，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。外墙的配筋计算因根据地下室水位情况，必要时应以裂缝控制，保证地下结构的自防水性能。
3、地下室底板、顶板的配筋计算
地下室底板一般较厚，设计为整体等厚的混凝土筏板，设计荷载为侧墙的和柱传递的垂直和水平荷载以及内墙和柱传导的垂直和水平荷载，一般将地下室底板和桩承台顶板合而为一，进行整体计算，考虑底板的抗弯、抗剪、抗冲切，各项指标均满足规范规定的数据后，还要复核是否满足规范规定的最小配筋率指标，只有这样才能做到设计万无一失。
地下室顶板的配筋计算相对简单一点，在布置好的梁板结构前提下，可以通过现有的计算软件，如建研院开发的PM/PK软件，输入相应的荷载，截面几何参数后，很快得出需要的梁、板配筋以及其他结构计算需要关注的参数，如挠度、裂缝等。
五、地下室的抗震设计
地下室抗震设计应以《建筑抗震设计规范》和《高层建筑设计规范》以及《地基基础规范》为依据，确定好地下室的结构尺寸及其埋深。如果地下室的设计存在缺陷，就会对对整个高层建筑的抗震性能产生很大的影响。多层建筑中地下室的埋深必须大于地下室上地面总的高度，这样才能不计算层数，总的高度才能够从室外地面开始算。上部分结构的墙柱应该和地下室的墙柱结构相一致。地下室的顶板板面标高有变化的，如果形成错层，超过了梁高的范围，则必须采取适当的措施处理，否则将影响地下室的设计。地下室的设计规范指出，上部结构的地下室的楼层的顶层，盖应当用梁板的结构。结构计算应向下，直到地下室的楼层或者楼板。
结束语
随着建筑层数的日益增高，地下结构已向多层发展，其结构设计、施工及防水等日益成为建筑工程界关注的热点。只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，才能使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。
参考文献：
[1]文华.论述地下室结构设计存在的问题[J].建材与装饰，2011，（10）.
[2]李享，谭素群.地下室结构设计中的若干问题[J].山西建筑，2011，（08）.
[3]李玉爽.建筑工程中地下室结构设计[J].城市建设理论研究（電子版），2012，（5）.