地下室結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化與成本控制

◎王乾

高層建筑的地下室造價要高于上層建筑結(jié)構(gòu)造價，并且對建筑的穩(wěn)定性有著重要影響，這是由于地下室結(jié)構(gòu)一般先于地上部分施工，并且可以對后續(xù)的施工起到指導作用。因此，設計人員需要對地下室的設計重視起來，確保結(jié)構(gòu)的合理性，并且加強成本控制，以下進行相關(guān)分析。

一、工程概況

某建筑工程為市政辦公樓，規(guī)劃用地面積6800m2，建筑總面積為14800m2，建設高度為38m，其中地上10 層，地下1 層，建筑主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。地下室主要用于停車場，同時可用于人防工程。

二、地下室結(jié)構(gòu)設計

（一）方案設計

當前，建筑的地下室成為了縱向空間合理利用研究的熱點，需要在方案的設計中關(guān)注實用性，如果只憑借經(jīng)驗進行地下室設計可能存在遺漏問題，為此需要對科學的方法加以利用，明確設計的各項指標，其中主要包括設計目標控制指標與設計過程控制指標，之后在這些指標中量化分析設計的各項要素，提升設計的有效性，最終讓地下室的空間得到合理利用。

（二）底部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型

一般情況下，平板式筏板基礎(chǔ)為該地區(qū)地下室的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設計主要形式。本工程基礎(chǔ)持力層為可塑性粉質(zhì)粘土或硬塑性粉質(zhì)粘土，局部的獨立柱基礎(chǔ)并不能完全滿足要求，而采用平板式筏板基礎(chǔ)成本又較高。故本次基礎(chǔ)設計是采用柱下獨立基礎(chǔ)+防水板的做法，對于局部獨立柱基礎(chǔ)下的承載力不足之處進行地基處理。在實際基礎(chǔ)設計的過程中，考慮了獨立基礎(chǔ)和防水板抗浮能力和防滲漏能力，需要結(jié)合評估結(jié)果對材料選擇，進而達到各項指標規(guī)定，讓地下室的防滲漏、抗浮能力得到體現(xiàn)。設計人員采用了倒樓蓋法，結(jié)合計算結(jié)果，本工程基礎(chǔ)平均厚度比平板式筏板基礎(chǔ)減少200 毫米。

此外，在底部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設計中分析了鋼筋使用的合理性，進而避免在同一個基礎(chǔ)面進行重復的鋼筋設置。設計人員分析了以下問題：如果鋼筋與設置方向不一致，底部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)大面積的保護層，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響；如果鋼筋數(shù)量過多，就會超出規(guī)范限值，導致地下室的底部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形。使用需要借助數(shù)學計算方法對地下室底部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析，確保設計的精確性。結(jié)合設計的結(jié)果確定抗浮能力，進而避免底部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由于無法承受地下室水壓被破壞。在設計的過程中對于沒有達到規(guī)定抗浮標準情況，為提高地下室的抗浮能力局部使用了抗撥樁技術(shù)。

（三）樓蓋體系設計

在高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設計中，設計人員采用了現(xiàn)澆無梁樓蓋設計方法，將現(xiàn)澆無梁樓蓋支撐在柱上方，根據(jù)是否有柱劃分為有柱帽無梁樓蓋和無柱帽無梁樓蓋這兩種類型，其中有柱帽無梁樓蓋設計主要是確定柱帽的尺寸、形式，還要分析地下室結(jié)構(gòu)的承載力、整體美觀度。在柱帽厚度設計時分析了受沖切承載力，并以此設定厚度，柱帽高度要低于板的厚度，并且托板厚度低于原有柱帽高度25%，柱帽和托板在平面方向上的尺寸都比同方向上的柱截面寬度、高度多出4 倍。

根據(jù)縱向和橫向可將無梁樓蓋承受豎向荷載劃分為柱上板帶配筋與跨中板帶配筋兩種形式，具體如下：其一，柱上板帶縱向受力鋼筋的設計。將板面鋼筋中一半以上的長度從柱帽邊延伸，長度為超過區(qū)格板凈跨的30%，其余的鋼筋伸長度也要超過區(qū)格板凈跨的20%。發(fā)現(xiàn)板底鋼筋進行了連續(xù)布置，在鋼筋連接時禁止人工綁扎搭接，全部采取機械連接或者焊接連接，進而保證了抗連續(xù)倒塌能力良好。鋼筋接頭設置在中間支座兩側(cè)，范圍在原有區(qū)格板凈跨30%之內(nèi)。設計邊支座位置的板底鋼筋過程中，要求至少兩根鋼筋穿過柱的核心區(qū)域，進而確保錨固效果。其二，跨中板帶縱向受力鋼筋的設計。全部板面鋼筋都柱帽邊延入?yún)^(qū)格板，延伸長度超過原有區(qū)格板凈跨22%。此外，板底鋼筋用通長連續(xù)布置的或者錨固的方法固定在支座中，發(fā)現(xiàn)相鄰區(qū)格板不同跨度將板面鋼筋延伸長度的最小值參考較大跨度。

（四）外墻結(jié)構(gòu)設計

在本工程中，地下室結(jié)構(gòu)設計進行了外墻計算簡圖繪制，設計人員根據(jù)端鉸支、下端嵌固方法展開，并且在地下室外墻頂部配筋設計時分析了地下室頂板配筋，在地下室的頂板厚度接近墻身時選擇兩端嵌固方式加以計算。相較于建筑其他部位，地下室外墻較為特殊性，主要包括了各種形式的荷載力以及各方向的荷載力。等同于扶壁柱的混凝土強度等級，并且縱筋之間相互匹配。設計人員考慮到豎向裂縫問題以及如何減少豎向裂縫，所以水平構(gòu)造筋單邊配筋率開展在原有基礎(chǔ)上0.2倍之內(nèi)，并且水平構(gòu)造筋單邊配筋率在原有基礎(chǔ)的0.2 倍之內(nèi)，水平筋之間的距離在150 毫米之內(nèi)。在方案設計中，地下室采用的防水混凝土參考《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，分析了抗?jié)B等級。在建筑工程地下室施工中，主要是分析外墻受力情況，并且優(yōu)化分析過程，進而提升外墻的設計質(zhì)量，而地下室外墻設計也要參照相關(guān)準則。地下室的外墻與土壤接觸，所以設計了保護層，將混凝土保護層設置至少40 毫米，然后在外側(cè)和內(nèi)側(cè)分別配置水平鋼筋、豎向鋼筋。此外，設計過程中還需要分析資金問題，在確保地下室外墻的承載性、強度的前提下控制好成本。此外，設計中并非將混凝土強度設置越高越好，偏高等級的混凝土收縮力更大，容易出現(xiàn)裂縫問題，因此需要設置后澆帶。

（五）建筑工程地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.設計地下室結(jié)構(gòu)。

對地下室結(jié)構(gòu)合理設計可以保證其抗震性能，設計過程中將半地下室高于外地面，也就是從室外地面算起，總高度無需計算層數(shù)，并且地下室的墻柱和上部結(jié)構(gòu)的墻柱保持協(xié)調(diào)。當頂板室內(nèi)外板面的標高超過梁高范圍會產(chǎn)生錯層，為此需要及時處理。根據(jù)相關(guān)規(guī)范上部結(jié)構(gòu)部位應使用梁板結(jié)構(gòu)，對于地下室的頂板沒有梁樓蓋這種情況，不得將上部結(jié)構(gòu)部位計算其中，而是向下計算，確保達到地下室樓層的位置，不過剪力墻底部加強區(qū)層數(shù)計算需要從地面開始往上，并且包括地下層。

2.提高抗浮和抗?jié)B能力。

由于地下水位會變化影響地下室明顯，需要在設計的過程中分析地下室抗浮指標，并且將地下水位的變化幅度作為參考。在地下室抗浮設計期間，設計人員需要確定地下室的使用極限，這樣可以避免由于抗浮不夠?qū)植吭斐善茐摹Ｔ阡摻罨炷两Y(jié)構(gòu)施工期間，進行后澆帶使用時作為混凝土早期釋放約束力的技術(shù)，作用在于可以增強地下室的抗?jié)B能力。

三、控制地下室結(jié)構(gòu)成本的有效方法

（一）地下車庫的成本控制

一般來說地下車庫不屬于可售出的面積，所以地下車庫的面積越大代表投入的資金量越多，需要在設計的過程中對可出售的面積和建設總建筑面積的比率加以控制，一旦超過規(guī)定值將對效益產(chǎn)生影響。因此在結(jié)構(gòu)設計的過程中需要將地下車庫面積較小的設計。此外，需要分析地下車庫的車位配比。一般車位的配比越低則投入的建設資金越低，并且車位配比越大則代表成本投入越多，在本工程中車位配比為0.85，并且對每個車位的面積加以控制，一般來說，地下車庫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)跨度為8米，根據(jù)3 個小車位的柱距設置，將柱網(wǎng)控制在8-8.2 米，并且保證車位通道垂直，不影響車輛通行的前提下實現(xiàn)車位的緊湊布置。

（二）地下室深度的成本控制

這一過程中需要分析層高和層數(shù)，都和施工期間的土方開挖量關(guān)系密切，主要影響因素包括基坑圍護投入的資金、地下室底板和側(cè)壁配筋的投入資金、抗拔樁和抗浮錨桿費用，并且地下室的深度小更容易控制造價。某工程的項目占地面積大，只能設置一層地下室，但是比二層地下室節(jié)約更多成本，這是由于二層地下室豎向布置，使得投入的資金存在差別。當?shù)叵乱粚用娣e大于地下二層面積，超出的面積越多，節(jié)約的資金越多。此外，地下室層高和工程造價成為正比關(guān)系，一般層高每降低100 毫米可減少資金1.5%，綜合以上分析，一般將地下室將層高設置在3.6 米之內(nèi)，具體說來：其一，對樓蓋體系合理選擇，把結(jié)構(gòu)梁高控制在一定范圍內(nèi)；其二，對地下專業(yè)設備管線和管網(wǎng)合理布置，至少可以節(jié)約200 毫米的空間；其三，進行地下車庫通風排煙設計，由此減少機械通風排煙設備，并且節(jié)約成本。

（三）人防面積的成本控制

根據(jù)建筑施工的相關(guān)規(guī)定，對人防面積設計有著具有要求，不得隨意作出調(diào)整，這是由于人防地下室面積不能多建，在工程建設初期就形成了硬性指標。從資金投入情況看，相較于非人防地下室，人防地下室投入資金更多，每平方米資金大約多600 元。因此，在設計的過程中需要控制人防面積的成本，進而減少投入的資金量。

結(jié)束語：

綜上所述，高層建筑的地下室的設計中，不僅需要分析基本結(jié)構(gòu)，還需要考慮成本控制，也就是在成本預算范圍內(nèi)保證施工質(zhì)量。設計方案制定需要高度關(guān)注，做到精細化設計才能提升成本控制效果，為建設單位帶來更大效益。