地下室设计的实践经验总结

        我国国民经济进入持续、稳定、高速发展的新时期，高速的经济发展促使城市化进程加快，城市化的高速发展，迫使人们开发利用地下空间。

        所以地下室设计已日显其重要性。近年来，超长超大的地下室已不再少见。超长地下室外墙裂缝控制、计算模型合理性等问题是结构设计人员设计过程中的难点；超大地下室设计的难点与重点是人防、消防等问题，这些问题各专业的配合显得更重要，特别是人防问题，结构设计人员需要对建筑、暖通等专业有较深入的理解才能把结构设计作好。虽然地下室作为上部嵌固端需要进行概念性的加强，但经济性也是设计人员应该注意的重点，这需要设计人员不断的优化设计，即保证安全又能把握好经济性。以下是笔者几年来在地下室（含人防）设计过程中的几点总结与体会。

1、计算要点

      地下室计算主要有顶板、混凝土墙、底板及地梁等计算。对于人防设计，需注意材料强度调整（对于新版的PKPM、理正人防设计3.0版都可以自动调整，设计人员可不必再考虑，但需要有这方面的概念）。

1.1顶板计算

1.1.1梁系布置：板块大小应尽可能接近，板跨大概为3m～4m,这样顶板配筋基本接近，梁板配筋也相对经济合理。

1.1.2顶板荷载：当顶板标高变化较大时，需分块计算恒载；活载无消防车时为5 KN/m2；人防等效静载标准值6级取60KN/m2，5级取120KN/m2，当覆土较大时（〉500mm），应放大。表1.1.2是笔者对顶板计算荷载的归纳总结，供大家参考。

1.2 混凝土墙计算

1.2.1外墙计算

外墙计算需要注意以下几点：

⑴计算模型。一般情况下，外墙计算模型为单向板，下固端，上简支。但当顶板大开口导致墙顶形成自由端时就得注意，如室外楼梯间、车道的无盖板段，墙顶均为自由端。对于室外楼梯间处的外墙处理方法为：加大梯板及休息平台板厚及加大配筋，这样外墙的支撑条件可以改善；另外，车道无盖板段设计时尽量减小墙高，在满足车道入口最低净高基础上，尽量让顶板往外延伸些。

⑵土压力计算。由于地下室类似一个大箱体，四周均有土约束，各方向在土压力作用下墙体位移可近似认为相互抵消，所以按静止土压力计算。静止土压力系数可根据回填土的类别而定，一般设计要求回填土应用砂质粘土或灰土或中粗砂震动分层夯实，密实度要求≥93%。

⑶裂缝控制。地下室外墙的收缩裂缝是难点，特别是超长地下室。笔者经过几个工程的实践，外墙水平筋采用小直径小间距效果不错（间距100mm为宜），且混凝土强度等级不宜选太高，C30左右为宜；另外，施工养护也非常重要，混凝土从浇灌后水分就开始蒸发，如果不进行有效的养护，早期裂缝将很快产生，所以设计交底时应加以强调养护的重要性，有条件应对施工进行跟踪，确保施工养护能做得更到位，以使裂缝更有效得到控制。

1.2.2临空墙计算

防空地下室的等效静载是对核（常规）武器爆炸地面空气冲击波产生地面超压进行等效而定义的，其大小跟起始压力波速、作用时间大小等有关，其作用在临空墙的压力值与被地面建筑（或障碍）削弱的程度有关，所以不同部位的临空墙荷载有所不同。室外出入口由于冲击波受阻挡不如室内出入口强，因此室外出入口处临空墙等效静载较大。

1.3 底板及地梁计算

底板计算时应注意考虑向下荷载与向上荷载，设计时取两者不利者考虑。向上荷载主要指水浮托力荷载效应、水浮力与人防荷载效应组合；向下恒载主要指底板自重、消防水池最高水位时水的自重、设备自重等。

2、结构专业地下室（包括人防）设计应注意的几个问题

2.1 甲类防空地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载的分别作用。设计时均按一次作用。

设计人员有时可能习惯认为人防是由核爆动起控制，但以下两种情况由常规爆动荷载起控制，设计时应着重注意。

2.1.1顶板底面高出室外地面的常5、常6级防空地下室，其外墙在弹塑性工作阶段设计时，其等效静载标准值qce2较核爆动大。注意，当上部结构为钢筋砼结构时，顶板底面不允许高出室外地面。

2.1.2出入口临空墙的等效静载标准值在室外直通式及室外单向式，且其L（L为室外出入口至防密门的距离）≤5m时，常规武器爆动等效静载标准值较核爆动等效静载标准值大。

2.2 概念设计

地下室作为上部结构的嵌固部位，应保证其具有足够的刚度，规范要求其侧刚不小于相邻楼层的2倍。当地下室剪力墙数量不多时，特别是非人防区域，可以在适当部位加设剪力墙以增加整体刚度；在地下室顶板梁整体计算时，主楼范围内梁端负弯矩不宜调幅；当上部结构高宽比较大时，其柱底弯矩很大，所以当主楼范围外的地下室顶板梁与主楼落地墙柱相连时，应加大连接端梁负筋及梁腰筋,用于平衡上部柱底弯矩。

2.3两层及两层以上的地下室，当人防地下室设在底层时，需注意以下几点：

2.3.1人防顶板板厚可适当减小。为了防早期核辐射，板厚得满足规范给出的数值，但当人防地下室设于底层时，其早期核辐射已经很有效被削弱，所以板厚可以减小。

2.3.2通道顶板抗力按人防设计，通道顶板抗力等级按共用同一通道的防空地下室较高级别者设计。

2.4 当人防顶板高低差较大时，高低槛处梁截面及配筋应满足人防墙设计及构造要求，一般梁宽≥300mm，相应的梁腰筋及箍筋≥Ф12@150(即满足墙单侧配筋率0.25％的要求，砼为C30~C35)。受力情况类似于埋置于土中的人防外墙。

1  与建筑配合问题

与建筑的配合问题是地下室设计过程中很重要的环节，特别是人防问题。如果结构设计人员没做好这个环节，可以说是做不好人防地下室设计的。

3.1  总平配合。地下室电算前应与建筑师协调定出合理的标高。合理的总平标高应该是标高变化均匀平稳的，突变较小，且变化方向大体上是单向的；室内外高差小。另外，应注意消防车的走向、位置。如果建筑可以调整的话，应尽量避免消防车道设在覆土很大的顶板，这种情况荷载很大，经济性不好。

3.2  几点防空地下室设计中容易被忽略或容易出错的问题：

3.2.1  五级人防地下室附壁式临空墙厚度应不小于650mm；

3.2.2  平战结合柴油发电站应考虑发电机等大型设备运输与安装，留有较大的运输口；其平时及战时都需要较大的进排风量，且需设排烟系统，设计时得提醒相关专业选对扩散室活门型号及作对扩散室内部净尺寸。

3.2.3  上部建筑为钢筋砼结构的甲类防空地下室，其顶板底面不得高出室外地平面。当建筑室内外高差较大时易犯错，此时应降低室内结构顶板标高以满足此规定。      

3.2.4  当防护密闭门两侧较为空旷时，为了避免防护密闭门绞页直接被冲击波破坏，应在门框墙处适当位置加一突垛；类似地，当防护密闭门沿通道设置时，门扇应嵌入墙内设置，且门扇的外表面不得突出通道的内墙面,如图3.2.4。 

1  与设备专业配合的问题

与设备配合问题是结构设计人员容易忽略的问题，经常下工地的结构师会比较敏感。有时去现场会发现设备管线预留（埋）不太合理，如果设计时没配合好，很可能会影响结构安全。对于人防地下室，主要是与暖通的配合量较大，设计人员应着重把握好。

4.1  暖通

竖井洞口等孔洞配合是配合的重点。结构设计人员应注意校核其预留（埋）的孔洞大小、位置及标高，以定出最合理的方案。应避免风管穿临空墙及人防单元隔墙，当不可避免时，应采取可靠的防护密闭措施，应在土建施工时一次预埋到位（交底时强调），且洞口不宜过大（控制在800mm×800mm以内）。

4.2  水电

4.2.1  应了解顶板水管埋设走向。对于水专业一般希望覆土越大越好，这与结构经济性的控制是矛盾的，结构设计只有了解水管走向、坡度，才能把覆土降到最低。

4.2.2  设备用房需注意净高问题。公用变配电所应注意净高≥3900mm（建筑面到梁底），注意电缆沟深（一般800mm）。

5  小结

   地下室设计相对较烦琐，但主要能把握好以下几点，相信大家在设计过程不会有太大障碍：

5.1  地下室计算应把握好梁系布置、顶板恒载取值、外墙计算模型与土压力计算，人防等效静荷载的正确选取，应能解决概念设计与经济性的矛盾。

5.2  地下室设计的难点之一是人防设计。想做好人防，光掌握结构专业知识远远不够，还需要对建筑、暖通这两个专业有较深入的了解。如果结构设计人员对这两个专业不了解，相当于对人防基理不了解，设计将无从下手，更谈不上专业间配合了。

5.3  关于人防地下室的设计规范、参考书籍和设计软件已不断完善，设计人员如果能灵活应用，可以做到事半功倍。