建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

陳國建

【摘要】建筑工程設(shè)計師要從一開始的方案制作到接下來的初步設(shè)計以及最后的項目施工圖都將地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計放在舉足輕重的位置，這樣才能夠確保所交付的地下室能充分達(dá)到業(yè)主所期待的使用需求與質(zhì)量需求。本文根據(jù)工程實例對建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要關(guān)注的方面展開了詳細(xì)陳述，同時簡要闡明了對于地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些意見和建議。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計分析;地下室;建筑工程

1、地下室結(jié)構(gòu)中的設(shè)計難點

在具體地設(shè)計建筑工程地下室結(jié)構(gòu)的過程中，因為施工地域不同，其地質(zhì)狀況也會存在一定差異。所以，相關(guān)設(shè)計人員要系統(tǒng)地勘察附近地質(zhì)條件以及環(huán)境條件，從而求出勘察數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)方面給后續(xù)開展設(shè)計工作奠定基礎(chǔ)。再者，要全面思量通風(fēng)狀況，以免由于地質(zhì)不良而出現(xiàn)質(zhì)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(cè)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(shè)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(jié)構(gòu)安全等級屬于二級，地下室防水等級是一級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級是乙級，抗?jié)B等級是P8;依據(jù)設(shè)計，結(jié)構(gòu)的使用年限是五十年;結(jié)構(gòu)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(shè)防烈度是七度，設(shè)計特征周期是0.4s，設(shè)計基本地震加速度值是0.1g。此工程相對標(biāo)高±0.000m與絕對標(biāo)高是517.65m相同，室外與室內(nèi)之間的高差為30cm。

3、建筑工程的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

3.1關(guān)于結(jié)構(gòu)選型的設(shè)計

在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不單要讓整體框架結(jié)構(gòu)有充分的抗側(cè)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(jié)構(gòu)在由于受到水平力而形成的側(cè)向位移在可控區(qū)間內(nèi)。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對結(jié)構(gòu)的安全性、實用性等各個方面進(jìn)行綜合考量，選擇框架結(jié)構(gòu)的方式，使側(cè)向力與縱向力能夠作用在混凝土框架結(jié)構(gòu)上。在符合基本建筑功能的基礎(chǔ)上，混凝土框架還應(yīng)當(dāng)具備較大的剛度，同時盡可能地減小平面扭轉(zhuǎn)的負(fù)效應(yīng)。平面設(shè)置應(yīng)當(dāng)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(jié)構(gòu)與主樓上部結(jié)構(gòu)一致，同時也是把主樓框架-核心筒結(jié)構(gòu)直接貫串到基礎(chǔ);純地下室區(qū)域與裙房區(qū)域則是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，這樣能夠在有效確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與連續(xù)性。

因為在整體建筑總造價中基礎(chǔ)工程的占比相對較大，所以在挑選地下室基礎(chǔ)的時候，應(yīng)當(dāng)對地基承載力進(jìn)行全面考量，同時還要注意整個工程的經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計

地下室對抗震性能有著相當(dāng)高的要求，為確保地下室的抗震性能達(dá)標(biāo)，必須確保地下室的墻柱與上部結(jié)構(gòu)的墻柱保持統(tǒng)一與協(xié)調(diào)。依據(jù)相關(guān)規(guī)定，選用梁板結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)。在計算結(jié)構(gòu)的時候，應(yīng)由上及下進(jìn)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(qiáng)區(qū)的剪力墻結(jié)構(gòu)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(dāng)以地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位的情況下，地下一層抗震等級與之相對應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)的抗震等級一致，地下一層之下的抗震構(gòu)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(yīng)當(dāng)是四級。沒有上部結(jié)構(gòu)的對地下室抗震等級，則應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際狀況以及抗震規(guī)范要求加以確立下來。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場地水對混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。同時根據(jù)上部所有單體的抗震計算指標(biāo)，存在上部結(jié)構(gòu)的地下室部分的混凝土等級應(yīng)保持與上部結(jié)構(gòu)一致，如果地下室沒有上部結(jié)構(gòu)，其混凝土等級應(yīng)為C35，從而迎合結(jié)構(gòu)的防腐要求與抗震要求。

3.3超長結(jié)構(gòu)的不均勻沉降防控設(shè)計

超長混凝土結(jié)構(gòu)指的是伸縮縫間距在規(guī)定范圍之內(nèi)，但是結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)構(gòu)件對樓屋蓋約束大、混凝土收縮嚴(yán)重、構(gòu)件溫差變化大的鋼筋混凝土構(gòu)件，抑或是伸縮縫間距大于標(biāo)準(zhǔn)值的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。通常來說，超長構(gòu)件對于施工水平的要求比較嚴(yán)苛，且工程條件比較復(fù)雜。除了一定要達(dá)到的整體性、強(qiáng)度、耐久性、剛度的標(biāo)準(zhǔn)外，還要解決好地下室不均勻沉降、超長結(jié)構(gòu)的裂縫防控等問題。對于框架結(jié)構(gòu)的房屋來說，建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的不均勻沉降是非常巨大的安全隱患，嚴(yán)重的會導(dǎo)致房屋部分或者整體坍塌或傾斜，輕的也會導(dǎo)致房屋墻體出現(xiàn)裂縫，所以，設(shè)計員應(yīng)當(dāng)對這一問題給予足夠的關(guān)注。本項目建筑平面是323米×115米，屬于超長結(jié)構(gòu)，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(shè)置后澆帶處理，地上各單位則予以分縫處理。結(jié)合地質(zhì)報告中的土質(zhì)情況，西、東翼塔樓樁基所用的是0.8米直徑的泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，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(shè)計下，可以很好地對柱間的沉降差進(jìn)行管控，同時避免了整體建筑的不均勻沉降，使其符合相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

3.4抗?jié)B抗浮設(shè)計

在地下室抗浮設(shè)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(shè)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(jīng)常發(fā)生因抗浮不足而導(dǎo)致的局部破壞的事件。

本項目設(shè)計的地下室有兩層，其埋深大約有12米，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，地下室應(yīng)使用P8抗?jié)B級別的防水混凝土。地下室各設(shè)備留洞處、外墻水平施工縫處進(jìn)行止水鋼板的設(shè)計，地下室頂板、外墻、地板的后澆帶處進(jìn)行止水條的設(shè)計，同時配以各種相關(guān)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(jié)合從漢臺區(qū)這幾年水位的變幅，設(shè)計人員將場地抗浮水位標(biāo)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(jié)合具體環(huán)境選取相應(yīng)的抗浮手段，比如說設(shè)置抗浮樁、增加底板配重或者頂板覆土等。

3.5綜合考慮設(shè)備管線布設(shè)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(jī)房、鍋爐房、柴發(fā)機(jī)房、排風(fēng)機(jī)房等設(shè)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(jìn)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(jié)構(gòu)設(shè)計需要對各類管線的走勢與排布進(jìn)行考量，梁高的設(shè)計應(yīng)在確保整體框架結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上盡可能地符合凈空需求，且開洞大小與位置要符合設(shè)備的需求，從而確保設(shè)備能夠很好的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而防止各種安全事故的出現(xiàn)。

3.6基坑支護(hù)設(shè)計

在設(shè)計地下室的結(jié)構(gòu)時應(yīng)同時設(shè)計基坑支護(hù)，而基坑支護(hù)的基礎(chǔ)是準(zhǔn)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(yīng)當(dāng)按照施工標(biāo)準(zhǔn)明確基坑開挖與打樁的次序，并對周圍的環(huán)境進(jìn)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(yīng)的防護(hù)手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊榮.高層房建工程中的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計探究[J].建材與裝飾，2019（25）：135.

[2]王華梅.住宅和地下車庫連片建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計運(yùn)用[J].綠色環(huán)保建材，2019（07）：70-72.