建筑工程地下室結構設計分析

文/陳國建 臺州民用建筑設計有限公司 浙江臺州 318000

1、地下室結構中的設計難點

在具體地設計建筑工程地下室結構的過程中，因為施工地域不同，其地質狀況也會存在一定差異。所以，相關設計人員要系統(tǒng)地勘察附近地質條件以及環(huán)境條件，從而求出勘察數(shù)據，在數(shù)據方面給后續(xù)開展設計工作奠定基礎。再者，要全面思量通風狀況，以免由于地質不良而出現(xiàn)質量問題。

2、工程的基本情況

該工程地處某市勞動路和石馬路十字東北側地塊，與高鐵站相連，交通條件優(yōu)越。該工程的總建筑面積是155536m2，其中地上、地下建筑面積分別有97728m2、57808m2。所有單體之間在地上都設縫，且均為相互獨立的、分開的，兩層地下室聯(lián)成一塊。

建筑結構安全等級屬于二級，地下室防水等級是一級，地基基礎設計等級是乙級，抗?jié)B等級是P8；依據設計，結構的使用年限是五十年；結構耐火等級是一級；擬建場地地基土為中硬土，場地屬于II 類。場地抗震設防烈度是七度，設計特征周期是0.4s，設計基本地震加速度值是0.1g。此工程相對標高±0.000m 與絕對標高是517.65m 相同，室外與室內之間的高差為30cm。

3、建筑工程的地下室結構設計分析

3.1 關于結構選型的設計

在進行地下室結構設計時，不單要讓整體框架結構有充分的抗側力剛度，同時還要使其兼具一定的承載力，這樣才能讓整個結構在由于受到水平力而形成的側向位移在可控區(qū)間內。設計人員應當對結構的安全性、實用性等各個方面進行綜合考量，選擇框架結構的方式，使側向力與縱向力能夠作用在混凝土框架結構上。在符合基本建筑功能的基礎上，混凝土框架還應當具備較大的剛度，同時盡可能地減小平面扭轉的負效應。平面設置應當確保荷載分布均勻，且整體較為規(guī)則和簡單。在主樓區(qū)域，本工程地下室的結構與主樓上部結構一致，同時也是把主樓框架-核心筒結構直接貫串到基礎；純地下室區(qū)域與裙房區(qū)域則是鋼筋混凝土框架結構，這樣能夠在有效確保結構的穩(wěn)固性與連續(xù)性。

因為在整體建筑總造價中基礎工程的占比相對較大，所以在挑選地下室基礎的時候，應當對地基承載力進行全面考量，同時還要注意整個工程的經濟性與安全性，防止出現(xiàn)整體不均勻沉降、溫差裂縫與大體積混凝土收縮等問題。

3.2 抗震結構設計

地下室對抗震性能有著相當高的要求，為確保地下室的抗震性能達標，必須確保地下室的墻柱與上部結構的墻柱保持統(tǒng)一與協(xié)調。依據相關規(guī)定，選用梁板結構為地下室頂樓蓋，缺乏梁樓蓋的地下室頂板切勿嵌入至上部結構內。在計算結構的時候，應由上及下進行計算，直到滿足嵌固端規(guī)范的地下室底板位置。同時，要由地面向上計算底部加強區(qū)的剪力墻結構層數(shù)。本工程地處地震七度區(qū)，要分開計算所有單體，從而迎合所有單體的嵌固與抗震要求。當以地下室頂板為上部結構的嵌固部位的情況下，地下一層抗震等級與之相對應的上部結構的抗震等級一致，地下一層之下的抗震構造措施的抗震等級隨著樓層的不斷下降而不斷變低，然而至少應當是四級。沒有上部結構的對地下室抗震等級，則應當結合實際狀況以及抗震規(guī)范要求加以確立下來。

根據地質勘察資料，場地水對混凝土結構具中度腐蝕性，對混凝土中的鋼筋具有微腐蝕性，場地地下水以上的土層對混凝土結構具微腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。同時根據上部所有單體的抗震計算指標，存在上部結構的地下室部分的混凝土等級應保持與上部結構一致，如果地下室沒有上部結構，其混凝土等級應為C35，從而迎合結構的防腐要求與抗震要求。

3.3 超長結構的不均勻沉降防控設計

超長混凝土結構指的是伸縮縫間距在規(guī)定范圍之內，但是結構豎向抗側構件對樓屋蓋約束大、混凝土收縮嚴重、構件溫差變化大的鋼筋混凝土構件，抑或是伸縮縫間距大于標準值的鋼筋混凝土結構。通常來說，超長構件對于施工水平的要求比較嚴苛，且工程條件比較復雜。除了一定要達到的整體性、強度、耐久性、剛度的標準外，還要解決好地下室不均勻沉降、超長結構的裂縫防控等問題。對于框架結構的房屋來說，建筑結構基礎的不均勻沉降是非常巨大的安全隱患，嚴重的會導致房屋部分或者整體坍塌或傾斜，輕的也會導致房屋墻體出現(xiàn)裂縫，所以，設計員應當對這一問題給予足夠的關注。本項目建筑平面是323 米×115 米，屬于超長結構，而為了妥善處理裙房與塔樓不均勻沉降、混凝土收縮及大體積混凝土澆筑易出現(xiàn)的問題等問題，可以把地下室部分聯(lián)為一個整體之后再設置后澆帶處理，地上各單位則予以分縫處理。結合地質報告中的土質情況，西、東翼塔樓樁基所用的是0.8 米直徑的泥漿護壁鉆孔灌注樁基礎，而裙房則用的是整體筏板，柱下加下柱墩用于處理筏板沖切。在以上的設計下，可以很好地對柱間的沉降差進行管控，同時避免了整體建筑的不均勻沉降，使其符合相關的規(guī)定標準。

3.4 抗?jié)B抗浮設計

在地下室抗浮設計的過程中，地下水位與其和它的變化幅度是一項主要參考因素，但是在具體設計的時候，通常會忽略洪期和施工過程的影響而只會考量常規(guī)情況下的使用極值，因此也就經常發(fā)生因抗浮不足而導致的局部破壞的事件。

本項目設計的地下室有兩層，其埋深大約有12 米，按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》相關規(guī)定，地下室應使用P8 抗?jié)B級別的防水混凝土。地下室各設備留洞處、外墻水平施工縫處進行止水鋼板的設計，地下室頂板、外墻、地板的后澆帶處進行止水條的設計，同時配以各種相關的建筑防水手段可以很好地防控滲漏問題，從而使地下室的使用性能得到有效的保障。

從地勘資料中可以了解到，本項目區(qū)一年的水位是1 到3 米。結合從漢臺區(qū)這幾年水位的變幅，設計人員將場地抗浮水位標高確定到489.89 米。本項目的底板高程大致是517.6 米，地下室大致為11 米，因此本項目可以忽略抗浮水位與施工降水的問題。如果其他工程的地下水位偏高，則需要對地下室的汽車坡道、下沉庭院、大開洞等部位的抗浮問題。為了更好的處理抗浮問題，可以結合具體環(huán)境選取相應的抗浮手段，比如說設置抗浮樁、增加底板配重或者頂板覆土等。

3.5 綜合考慮設備管線布設要求

由于建筑功能的需要，本項目的地下室規(guī)劃有變電所、冷凍機房、鍋爐房、柴發(fā)機房、排風機房等設備房，同時地下一層的汽車坡道要對小貨車的行車道凈空問題進行考量，由于商鋪分布及車位問題致使管線的排布比較密集，所以地下室結構設計需要對各類管線的走勢與排布進行考量，梁高的設計應在確保整體框架結構安全的基礎上盡可能地符合凈空需求，且開洞大小與位置要符合設備的需求，從而確保設備能夠很好的運轉，進而防止各種安全事故的出現(xiàn)。

3.6 基坑支護設計

在設計地下室的結構時應同時設計基坑支護，而基坑支護的基礎是準備好可用的防水帷幕，這樣能夠有效確保整個施工環(huán)境的安全性。與此同時，還應當按照施工標準明確基坑開挖與打樁的次序，并對周圍的環(huán)境進行整體摸排，如有發(fā)現(xiàn)某些潛在的不良因子，則要采用相應的防護手段。