淺談地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及成本控制

陳亮

摘要：基于小區(qū)停車需求以及節(jié)約建筑用地，當(dāng)前在建設(shè)建筑工程項(xiàng)目的時候，都會設(shè)置地下室，地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅會影響其使用功能，還關(guān)系到整體建筑的穩(wěn)定性和安全性，是建筑工程施工過程中的一項(xiàng)重要工作。為了實(shí)現(xiàn)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，需要從其建筑方案優(yōu)化、結(jié)構(gòu)的底部基礎(chǔ)、樓蓋體系、基本構(gòu)造、外墻結(jié)構(gòu)等多方面進(jìn)行綜合考慮，在確保地下室結(jié)構(gòu)具有良好穩(wěn)定性和安全性的基礎(chǔ)上，降低工程成本，提高工程建設(shè)效益，文章結(jié)合工程實(shí)例，對其進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：地下室；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；成本控制；樓蓋體系

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

前言

建筑施工技術(shù)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(fā)展，地下室已經(jīng)成為現(xiàn)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(fā)揮著越來越重要的作用。地下室結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，并且其穩(wěn)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(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時，加強(qiáng)施工成本控制，已經(jīng)引起了各界人士的廣泛關(guān)注，是當(dāng)前建筑工程建設(shè)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(shè)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(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組及場地類別分別為一組II類。在設(shè)計(jì)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(zhì)黏土層，承載力特征值為220kPa。

2.方案優(yōu)化

地下室原方案布置：柱網(wǎng)-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(jīng)各專業(yè)協(xié)調(diào)，對原設(shè)計(jì)方案優(yōu)化如下：柱網(wǎng)-7.8x（5.0+6.1+5.0）m，柱子400x550，車位尺寸2.4x5.3（滿足國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)）層高-3.4米，主跨梁350（b）x 750（h），次跨梁3000x600hk優(yōu)化后層高主要是將地下室風(fēng)道由走車道上方，改為.走短跨的停車位方向，風(fēng)道寬度盡量控制在1.2m內(nèi)，使風(fēng)道下不設(shè)噴淋，這樣短跨梁高控制在600高，設(shè)備管道預(yù)留600高，規(guī)范要求凈高2200，因此層高可降為3.4m。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jià)影響至關(guān)重要，在滿足規(guī)范要求和使用功能的前提下，地下室層高應(yīng)盡可能減小，并應(yīng)盡量整體抬高，這樣不僅降低了基坑支護(hù)成本還減少了土方開挖量及外運(yùn)費(fèi)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(shè)計(jì)都有有利作用。

3.底部基礎(chǔ)選型

地下室底部基礎(chǔ)所用成本在地下室結(jié)構(gòu)造價(jià)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(chǔ)施工成本最高，地基處理介于兩者之間，所以根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇合適的底部基礎(chǔ)類型，對加強(qiáng)工程成本控制是非常關(guān)鍵的。

本工程地下室基礎(chǔ)持力層地質(zhì)條件良好，采用天然基礎(chǔ)是最為劃算的，優(yōu)化過后的地下室層高較原方案減少400mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果現(xiàn)有地下室均不需設(shè)置抗拔樁，基礎(chǔ)為薄筏板形式，水浮力靠結(jié)構(gòu)自重平衡，因此，基礎(chǔ)造價(jià)得以大幅下降。當(dāng)考慮采用獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板形式的基礎(chǔ)時，底板配筋主要控制指標(biāo)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(yīng)設(shè)置過薄，且須在相鄰基礎(chǔ)間防水板內(nèi)增設(shè)暗梁，因該基礎(chǔ)形式的受力特點(diǎn)決定了其施工較平筏板基礎(chǔ)復(fù)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(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁配筋勢必很大，無形中就會造成結(jié)構(gòu)上的浪費(fèi)，而且設(shè)置基礎(chǔ)梁也會增加基礎(chǔ)施工難度，鑒于此種考慮底板一般設(shè)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(zhì)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(jià)進(jìn)行比較，也可以根據(jù)工程特點(diǎn)從筏形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)中進(jìn)行選擇。一般情況下，筏板基礎(chǔ)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(shè)計(jì)

地下汽車庫頂板的結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(diǎn)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(jié)約層高，但屬不利結(jié)構(gòu)型式，對建筑平面布局、柱網(wǎng)要求較高且混凝土含量大；現(xiàn)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(fā)展的重點(diǎn)方向。本工程經(jīng)與甲方討論并結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕?shí)際情況還是采用傳統(tǒng)的梁板式地下室頂板設(shè)計(jì)。梁板式頂板的結(jié)構(gòu)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(dāng)室外覆土為1.0m-1.5m范圍時，經(jīng)濟(jì)性順序?yàn)椋褐鞔瘟翰贾谩⒕至翰贾谩⑹纸徊媪翰贾谩?/p>

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(shè)有關(guān)系，該部分應(yīng)在方案階段提前介入，做好精細(xì)化設(shè)計(jì)和專業(yè)配合工作，控制好覆土厚度。有些設(shè)計(jì)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(guī)范中規(guī)定這個活荷載取值是考慮在上部結(jié)構(gòu)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(shí)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(jié)約成本。

5.基本構(gòu)造設(shè)計(jì)

構(gòu)件配筋是地下室構(gòu)造設(shè)計(jì)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(jìn)行配筋時，應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，盡量降低配筋率，并計(jì)算支座處鋼筋受力情況，設(shè)置相應(yīng)的附加鋼筋，實(shí)現(xiàn)地下室板和外墻配筋方案的最優(yōu)化。在設(shè)計(jì)梁配筋方案的時候，優(yōu)先符合使用標(biāo)準(zhǔn)、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(jié)構(gòu)的抗震性能，根據(jù)GB 50011-2015建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)容可知，當(dāng)?shù)叵率覜]有上部結(jié)構(gòu)時，地下室構(gòu)件抗震等級一般為四級：當(dāng)?shù)叵率矣猩喜拷Y(jié)構(gòu)的時候，應(yīng)以地面建筑的抗震等級作為標(biāo)準(zhǔn)，對地下室構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，該工程中便是根據(jù)地面建筑的抗震等級要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

6.外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)地下室外墻結(jié)構(gòu)的時候，確定合適的載荷取值范圍是非常重要的。根據(jù)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(yīng)力，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，考慮到豎向荷載產(chǎn)生的截面應(yīng)力很小，而且為了方便計(jì)算，通常僅按墻板平面外受彎計(jì)算配筋。外墻水平分布筋為構(gòu)造鋼筋，應(yīng)按照“細(xì)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(chǎn)生收縮裂縫和溫度應(yīng)力產(chǎn)生的溫度裂縫的現(xiàn)象極為普遍，水平筋配筋率宜適當(dāng)增大。外墻豎向、水平向鋼筋均應(yīng)采用分離式配筋，達(dá)到節(jié)省鋼筋的目的。

7.結(jié)束語

地下室結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，施工成本較高，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并加強(qiáng)成本控制，可以有效提高地下室的建設(shè)效益。在設(shè)計(jì)地下室結(jié)構(gòu)的時候，要根據(jù)工程實(shí)際情況，從底部基礎(chǔ)、材料選擇、樓蓋體系、基本構(gòu)造以及外墻設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行綜合考慮，提高地下室施工質(zhì)量，以保證地下室結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性及安全性為前提，盡可能的節(jié)省施工材料，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)。