淺談地下室結構設計優化及成本控制

陳亮

摘要：基于小區停車需求以及節約建筑用地，當前在建設建筑工程項目的時候，都會設置地下室，地下室的結構設計不僅會影響其使用功能，還關系到整體建筑的穩定性和安全性，是建筑工程施工過程中的一項重要工作。為了實現地下室結構設計的最優化，需要從其建筑方案優化、結構的底部基礎、樓蓋體系、基本構造、外墻結構等多方面進行綜合考慮，在確保地下室結構具有良好穩定性和安全性的基礎上，降低工程成本，提高工程建設效益，文章結合工程實例，對其進行了詳細分析。

關鍵詞：地下室；結構優化；成本控制；樓蓋體系

中圖分類號：TU723.3文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2017）01-102-02

前言

建筑施工技術的不斷成熟和完善，使得建筑形式越來越多樣化，逐漸向高空和地下發展，地下室已經成為現代建筑中的重要組成部分，在緩解建筑用地緊張、方便居民停車方面發揮著越來越重要的作用。地下室結構組成復雜，并且其穩定性會直接影響到地面建筑的安全性，同時地下室施工成本較高，在工程總成本中所占比重較大，如何在優化地下室結構設計的同時，加強施工成本控制，已經引起了各界人士的廣泛關注，是當前建筑工程建設過程中亟需解決的一個問題。

1.工程概況

某建筑工程為滿足停車需求，建設一層總面積為3萬平方米非人防地下停車庫。地下室頂板覆土為10m～1.2m，地震設防烈度為6度，設計地震分組及場地類別分別為一組II類。在設計抗浮水位的時候，抗浮水位取在室外地坪下1.0m處，持力層為③粉質黏土層，承載力特征值為220kPa。

2.方案優化

地下室原方案布置：柱網-8.1x（5.1+6.2+5.1）m，柱子600x600，車位尺寸2.5x5.5：層高-3.8m，主跨梁500（b）x 800（h），次跨梁400（b）x700（h）。

經各專業協調，對原設計方案優化如下：柱網-7.8x（5.0+6.1+5.0）m，柱子400x550，車位尺寸2.4x5.3（滿足國家規范標準）層高-3.4米，主跨梁350（b）x 750（h），次跨梁3000x600hk優化后層高主要是將地下室風道由走車道上方，改為.走短跨的停車位方向，風道寬度盡量控制在1.2m內，使風道下不設噴淋，這樣短跨梁高控制在600高，設備管道預留600高，規范要求凈高2200，因此層高可降為3.4m。

據統計，地下室層高每增加100mm，綜合成本增加約18-30元/²：覆土厚度每增加300，綜合成本增加約30-60元/²：建筑墊層每增加100mm，綜合成本增加約28-50元/²。

由此可見，地下室層高對地下室造價影響至關重要，在滿足規范要求和使用功能的前提下，地下室層高應盡可能減小，并應盡量整體抬高，這樣不僅降低了基坑支護成本還減少了土方開挖量及外運費用，減小水浮力對地下室整體或局部的影響，對地下室底板配筋和抗拔設計都有有利作用。

3.底部基礎選型

地下室底部基礎所用成本在地下室結構造價中所占比重較大，通常情況下，天然地基施工成本最低，樁基礎施工成本最高，地基處理介于兩者之間，所以根據工程實際情況，選擇合適的底部基礎類型，對加強工程成本控制是非常關鍵的。

本工程地下室基礎持力層地質條件良好，采用天然基礎是最為劃算的，優化過后的地下室層高較原方案減少400mm，根據計算結果現有地下室均不需設置抗拔樁，基礎為薄筏板形式，水浮力靠結構自重平衡，因此，基礎造價得以大幅下降。當考慮采用獨立基礎加防水板形式的基礎時，底板配筋主要控制指標是裂縫，而且底板承受較大水浮力作用，為保證其剛度，底板厚度不應設置過薄，且須在相鄰基礎間防水板內增設暗梁，因該基礎形式的受力特點決定了其施工較平筏板基礎復雜：若采用梁板式，底板可以薄一些，但底板上浮力均要傳至基礎梁上，基礎梁配筋勢必很大，無形中就會造成結構上的浪費，而且設置基礎梁也會增加基礎施工難度，鑒于此種考慮底板一般設置為無梁樓蓋體系，對減少地庫的成本更合理。如果地下室地質條件較差、需要采取必要的處理措施時，要對天然地基與處理地基造價進行比較，也可以根據工程特點從筏形基礎和樁基礎中進行選擇。一般情況下，筏板基礎的施工成本和施工周期分別為總工程的15%±5%和20%±2%，而樁基的施工成本和施工周期占到了總工程的20%±10%和20%±5%。

4.樓蓋體系設計

地下汽車庫頂板的結構型式可以有多種選擇：普通梁板式、普通無梁樓蓋及新興的現澆空心無梁樓蓋。相對而言普通梁板式布置傳力明確、受力簡單因此使用廣泛，但缺點在于影響建筑層高、含鋼量也較高：普通無梁樓蓋布置簡單、節約層高，但屬不利結構型式，對建筑平面布局、柱網要求較高且混凝土含量大；現澆空心無梁樓蓋特性基本與無梁樓蓋相同，但其含鋼量最小，混凝土含量居中，是今后發展的重點方向。本工程經與甲方討論并結合當地施工實際情況還是采用傳統的梁板式地下室頂板設計。梁板式頂板的結構布局形式大致有：主次梁布置、井字梁布置以及十字交叉梁布置，當室外覆土為1.0m-1.5m范圍時，經濟性順序為：主次梁布置、井字梁布置、十字交叉梁布置。

影響梁、板配筋的最大因素是覆土厚度及活荷載取值，覆土厚度一般與景觀布置及管線綜合埋設有關系，該部分應在方案階段提前介入，做好精細化設計和專業配合工作，控制好覆土厚度。有些設計單位將非人防和消防車道范圍的地下室頂部活荷載取10KN/²，而規范中規定這個活荷載取值是考慮在上部結構施工過程中加在地下室頂板上的腳手架等施工荷載，但是實際施工過程中這個活荷載往往是不與覆土荷載組合的，因此在跟施工單位充分溝通確定施工工藝后，該活荷載可以按4KN/²取值，這樣就可以大幅降低地下室頂梁、板配筋，節約成本。

5.基本構造設計

構件配筋是地下室構造設計時首先考慮的問題。該地下室樓蓋體系類型為梁板式，在對板、外墻進行配筋時，應采用通常鋼筋+附加支座筋形式，在保證頂板配筋率滿足地下室結構設計規范的基礎上，盡量降低配筋率，并計算支座處鋼筋受力情況，設置相應的附加鋼筋，實現地下室板和外墻配筋方案的最優化。在設計梁配筋方案的時候，優先符合使用標準、直徑較小的貫通筋，控制好鋼筋密度及貫通長度，減少鋼筋使用量。同時，還需要考慮地下室結構的抗震性能，根據GB 50011-2015建筑抗震設計規范內容可知，當地下室沒有上部結構時，地下室構件抗震等級一般為四級：當地下室有上部結構的時候，應以地面建筑的抗震等級作為標準，對地下室構件進行抗震設計，該工程中便是根據地面建筑的抗震等級要求進行設計的。

6.外墻結構設計

在設計地下室外墻結構的時候，確定合適的載荷取值范圍是非常重要的。根據載荷方向的不同，可以將其分為豎向載荷和水平載荷兩種，豎向載荷主要包括地下室樓蓋、外墻自身以及地面建筑所施加的壓力，水平載荷包括土壓力、水壓力以及溫度應力，在實際工程設計中，考慮到豎向荷載產生的截面應力很小，而且為了方便計算，通常僅按墻板平面外受彎計算配筋。外墻水平分布筋為構造鋼筋，應按照“細而密”的原則，即直徑宜小，最大間距不宜超過200mm配置；同時考慮地下室外墻較長，混凝土硬化過程產生收縮裂縫和溫度應力產生的溫度裂縫的現象極為普遍，水平筋配筋率宜適當增大。外墻豎向、水平向鋼筋均應采用分離式配筋，達到節省鋼筋的目的。

7.結束語

地下室結構組成復雜，施工成本較高，對其結構設計進行優化，并加強成本控制，可以有效提高地下室的建設效益。在設計地下室結構的時候，要根據工程實際情況，從底部基礎、材料選擇、樓蓋體系、基本構造以及外墻設計等多方面進行綜合考慮，提高地下室施工質量，以保證地下室結構具有較強的穩定性及安全性為前提，盡可能的節省施工材料，降低結構造價。