建筑工程地下室的結構設計分析與探討

劉力

安徽省城建設計研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230051

引言

目前房地產市場日趨成熟，開發商越來越注重開發成本的控制，地下室開發成本相對于地上建筑的開發成本要高很多，尤其是人防地下室造價比普通地下室高出不少，開發商勢必要求地下室在設計上需考慮周全、合理，特別是人防地下室的設計上，都希望盡量結合平時停車庫功能要求來優化設計，在滿足規范要求的前提下盡可能減少人防建設的成本支出，以此達到整個工程項目節約成本的目的[1]。

1 地下室概述

地下室根據埋深和功能不同，分為半地下室、全地下室；普通地下室、人防地下室（戰時作為人員隱蔽和疏散場所，平時作為普通停車場的地下室）。地下室的層數根據規劃要求，設置不同層數。地下室的凈高不應低于2.2m，層高一般不低于3.6m，層高確定需要考慮消防噴淋管道厚度、通風管厚度、結構梁高和使用凈高。地下室內部的主要功能是停車和設備用房，如配置風機房、配電室、消防泵房、消防水池，戰時人員隱蔽。因停車過程中汽車產生尾氣，地下室內需要設置機械通風換氣；汽車攜帶可燃汽油，需要設置自動噴淋系統以備應急使用。地下室頂板覆土厚度，不同的地區有不同的規劃要求，一般厚度在1m～2m厚。覆土的目的是將地下室頂部作為景觀綠化帶、公共活動廣場、噴泉水池、消防車通道、撲救場地。地下室頂板還兼做高層建筑的嵌固部位。地下室同比上部結構一層投資要多，單純從投資收益上看，投資地下室的經濟效益并不好，一些開發商并不樂意建造地下室。所以，一些地方政府規劃部門，在項目規劃審批中，強制規定規劃一定比例的地下室面積，以適應當前和未來城市發展的需求[2]。

2 地下室結構優化設計的對策

（1）基礎方案選擇。地下室基礎方案選擇，應根據上部裙房層數、塔樓層數、荷載、地基持力層埋深、地勘報告建議，綜合考慮確定。當上部結構為多層建筑、單柱荷載不大、地基承載力較高埋深淺時，基礎可采用獨立基礎＋防水板型基礎。當上部結構為高層建筑且單柱荷載較大時，基礎可采用樁基＋防水板型基礎、樁＋筏板型基礎。防水板可采用純板，也可采用梁板式防水板。探討：柱間防水板內是否需要設置基礎梁？在筆者設計的多個竣工投入使用的項目中，有的項目地下室防水底板間設置基礎梁，有的沒有設置基礎梁。防水板之間設與不設基礎梁，理論分析和構造處理均是可行的。其差異是：不設基礎梁時，優點是底板頂面平齊、排水溝做法簡單；缺點是在地下水浮壓力作用下，柱位處板抗沖切驗算時板厚需增厚，局部配筋增大。防水板內設置基礎梁，優點是水壓力作用下板抗沖切驗算時，板厚相對薄，構造配筋少；缺點是，梁上翻時需要預留一個高差，滿足排水溝深度要求。總體上，防水板做成梁板式防水板設置基礎梁，樁基承臺之間稱為系梁，能優化設計、節省一定的投資，故推薦設置基礎梁[3]。

（2）人防頂板的計算。根據《人防規范》所表達的精神可知人防地下室有以下特點：①常規武器及核武器爆炸動荷載為偶然性荷載，工程設計按照一次作用進行；②在對防空地下室結構進行結構承載力驗算時，應當充分考慮到常規武器與核武器發生爆炸情況時的荷載作用；同時記得不能驗算的包括結構與地基的變形、裂縫的開展以及地基的承載力。③當防空地下室構件常規、核武器發生爆炸動的荷載作用時，可考慮進入塑性工作狀態。根據以上特點，《人防規范》第4.9.1規定，在對防控地下結構進行設計時，不同的類別應對應不同的規定，具體如下：甲類對應第1、2、3款規定；乙類對應第1、2款規定，而設計依據應當選擇各自做不利的效應組合，同時以國家相關規定為準，對平時使用的荷載（效應）進行計算。①結構設計的荷載按照平時使用狀態為準；②處于戰況下常規武器出現爆炸的等效靜荷載與非等效靜荷載的同時作用；③處于戰況下核武器出現爆炸的等效靜荷載與非等效靜荷載的同時作用[4]。

（3）合理選用施工所需材料。當混凝土的強度等級越高，其價格也表現得更高，整體的性能價格比值也越高。根據工程中對混凝土強度等級的要求標準進行合理的選擇，保障達到最佳的經濟效益。根據工程項目對地下室的要求標準，柱的彎矩較小，基本是處于軸心受壓的狀態，橫截面尺寸根據軸壓比進行把控。如果地下室柱網較大，那么柱可以采用較高的混凝土強度等級，以減少橫截面。地下室外墻屬于壓彎構件，地下水、土的側向壓力將決定其截面大小，由于該項目地下室外墻較長，施工中存在大體積混凝土的效應，所以采用的混凝土強度等級高，就容易出現收縮變大產生裂縫危害，在此選用C25～C35混凝土強度等級。另外，在設計時還需要考慮鋼筋的選擇，根據設計計算決定配筋量，一般優先選擇HRB500級鋼筋，其次是HRB400。除了吊環或者特殊部分要求，不會選用HPB300級鋼筋[5]。

3 結束語

在建筑地下室結構設計過程中，設計人員需要綜合考慮各方面影響因素，一般建筑地下部分的混凝土用量、含鋼量都比較大，大約占據整體造價的40%～60%。因此，為了能有效降低結構成本，避免浪費，必須通過結構的科學、合理設計，不但可以有效提高建筑的安全性和穩定性，也可以有效降低成本造價，為企業帶來更多的經濟效益。