建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討與分析

王立梅

(安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥230000)

0 引言

在信息化時(shí)代背景下，隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們對地下室的空間、人流、功能等方面提出了更高的要求。設(shè)計(jì)人員需要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效用，才能夠提升整體建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量[1]。因此，需要明確建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，對其進(jìn)行突破，使得工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)得以達(dá)成。

1 建筑工程地下室常見類型與功能

地下室屬于建筑工程較為常見的結(jié)構(gòu)類型之一，其按照應(yīng)用功能的差異與埋深的差異，可以分為3種應(yīng)用形式，即半地下室、全地下室、人防地下室。在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要按照相關(guān)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定符合需求的層數(shù)。地下室區(qū)域凈高要避免小于2.2 m，層高避免小于3.6 m，確保其能夠在建筑工程中發(fā)揮重要作用。地下室的實(shí)際功能在建筑工程中可以設(shè)置為停車場或大功率設(shè)備房間等，包括風(fēng)機(jī)、配電、消防泵等。除此，地下室還具有隱蔽特性，因此，我國一部分城市在規(guī)劃過程中，對建筑工程提出了強(qiáng)制劃分一定比例地下室面積的要求，確保未來城市功能與居民安保需求得到充分滿足。

2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是由建筑設(shè)備環(huán)境設(shè)計(jì)、建筑使用功能設(shè)計(jì)、建筑用地設(shè)計(jì)等方面組成[2]。將地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在規(guī)范大小、功能定位、層數(shù)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。根據(jù)地理位置情況設(shè)計(jì)專業(yè)性防火、排水區(qū)域，以平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合分析作為核心，將結(jié)構(gòu)底板和頂板都轉(zhuǎn)化為平板或斜板，并與平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做對比，確保地下室設(shè)計(jì)更符合使用要求。如果地下室是建造在山地居多的環(huán)境，受到地形等方面影響，設(shè)計(jì)師可采用高地為平臺的建設(shè)模式，將地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成變階平板或整體大斜坡形式，這樣不但能節(jié)省建設(shè)成本和資源，還能減少工程施工工期，實(shí)現(xiàn)節(jié)材、節(jié)能等的環(huán)保經(jīng)濟(jì)要求。

2.2 地下室抗震性能設(shè)計(jì)

對于現(xiàn)代建筑物，需要在設(shè)計(jì)階段重視項(xiàng)目整體抗震能力，尤其是作為建筑物設(shè)計(jì)重點(diǎn)的地下室，更要關(guān)注抗震質(zhì)量。其是否具備穩(wěn)定抗震能力，對于建筑物整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到重要作用[3]。所以，要保證地下室結(jié)構(gòu)擁有符合國家抗震規(guī)范相應(yīng)抗震級別?？墒?，針對部分高層建筑，其地下室卻并不能全部以國家抗震規(guī)范確定抗震級別，這就要通過嵌固端位置對地下室抗震能力進(jìn)行確定。例如建筑嵌固端位于地下室頂端位置，地下室一層會擁有與上部結(jié)構(gòu)同樣抗震等級，而一層以下則會是以遞減方式下降抗震等級，并降低相應(yīng)抗震措施。所以，需要在設(shè)計(jì)階段，針對建筑整體抗震展開詳細(xì)驗(yàn)算，也要做好多種抗震設(shè)計(jì)。例如提高頂板厚度、配筋率等，從而提升地下室的頂板抗震性能和抗震等級。而且，在設(shè)計(jì)時(shí)要保證地下室上部結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件擁有一致性，保證其獲得完整連接設(shè)計(jì)，通過構(gòu)件相連接，提升建筑整體抗震能力。而且，設(shè)計(jì)人員也需要考慮到后續(xù)建筑施工、投入應(yīng)用的環(huán)境影響等多方面因素，綜合考量抗震設(shè)計(jì)，對各方面內(nèi)容做好權(quán)衡，從而提升地下室抗震能力，提高建筑物整體抗震水平[4]。

2.3 地下室滲透性能設(shè)計(jì)

在建筑物正式投入應(yīng)用后，需要在自然天氣影響下保持良好使用狀態(tài)，才能真正證明施工可靠性。所以，在施工時(shí)需要額外重視雨水侵蝕。一旦建筑物建設(shè)質(zhì)量不佳，或者設(shè)計(jì)存在缺陷，極容易造成構(gòu)件在雨季發(fā)生滲透現(xiàn)象，會降低建筑物安全性，減少工程項(xiàng)目可靠性。所以，設(shè)計(jì)人員需要在設(shè)計(jì)地下室結(jié)構(gòu)時(shí)，強(qiáng)化地下室抗?jié)B透性能，避免在下雨時(shí)在該處發(fā)生雨水滲透?？梢酝ㄟ^提升建筑基坑底部高度方式，提升建筑物抗?jié)B能力。也可以通過寬扁梁或是無梁蓋樓方式優(yōu)化地下室抗?jié)B能力，也可以有效節(jié)省地下室層高，提高建筑物整體設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.4 地下室結(jié)構(gòu)超長情況處理

在地下室建造過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超長狀況，一般來說，地下室結(jié)構(gòu)超出40 m比較常見，但是在對其進(jìn)行處理的過程中，對提升地下室質(zhì)量存在很大影響，很容易增加地下室的漏水系數(shù)，部分地下室受到環(huán)境因素影響，產(chǎn)生巨大的約束力和壓縮力，很有可能在地下室表面出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。通常設(shè)計(jì)師要對地下室受到的溫度與濕度影響進(jìn)行分析，采用增設(shè)后澆帶方式或者在混凝土中添加一定膨脹劑，做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，從而提高鋼筋混凝土的抗拉能力，避免地下室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，提高建筑地下室整體質(zhì)量[5]。

2.5 地下室頂板結(jié)構(gòu)區(qū)域設(shè)計(jì)

頂板結(jié)構(gòu)主要指與上層建筑相連接的基礎(chǔ)部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量會直接影響地下室使用安全性。因此，在設(shè)計(jì)過程中需要對相關(guān)管線的高度情況進(jìn)行分析，確保土層的實(shí)際厚度能夠滿足頂板處需求。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際承載狀態(tài)進(jìn)行檢查，保證地下室頂板結(jié)構(gòu)能夠維持穩(wěn)定狀態(tài)，避免出現(xiàn)裂縫或坍塌等負(fù)面問題。在部分情況下，建筑結(jié)構(gòu)可能會遇到爆炸、地震等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要在規(guī)劃頂板結(jié)構(gòu)的過程中，采取針對性防范措施，盡可能提高地下室頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其能夠直面大部分嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，為未來進(jìn)一步應(yīng)用提供理想條件。

2.6 地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般有2種計(jì)算模式：單向板和四邊支撐計(jì)算。單純的大底盤地下室外墻多采用單向板模型計(jì)算，根據(jù)地下室頂、底板厚度初步確定采用鉸接或者固結(jié)的計(jì)算模型。而剪力墻結(jié)構(gòu)的主樓范圍內(nèi)地下室，房間開間通常不大，且平面外有剪力墻支撐，地下室外墻一般采用四邊支撐的計(jì)算模型計(jì)算。地下室外墻要承受豎直和水平方兩個(gè)方向的荷載。豎向荷載主要包括墻體自重、墻體上部荷載、地下室頂板自重以及頂板傳遞過來的豎向荷載。水平荷載主要包括地下室外側(cè)水和土壓力荷載、地下室外上部地面的活荷載，以及當(dāng)有人防設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)人防等級確定的人防荷載。在建筑工程具體設(shè)計(jì)過程中，可根據(jù)地質(zhì)情況和實(shí)際的支撐條件作出不同計(jì)算模型選擇并對地下室外墻進(jìn)行配筋計(jì)算。帶扶壁柱外墻的配筋，可以地下室結(jié)構(gòu)的整體電算為基礎(chǔ)，對扶壁柱的配筋情況進(jìn)行分析。同時(shí)，外墻設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對頂、底板標(biāo)高等的改變加以關(guān)注。車道處外墻應(yīng)根據(jù)對應(yīng)的頂、底板的標(biāo)高及板厚等支撐條件變化的情況另行具體的研究和設(shè)計(jì)，確保墻體滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

3 結(jié)語

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在信息化時(shí)代背景下，建筑工程迎來巨大的發(fā)展空間，建筑設(shè)計(jì)和建筑施工技術(shù)作為建筑工程中重要的因素，在地下室建筑中發(fā)揮著極其重要的作用。建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對科學(xué)性、合理性等因素要求較高，這些問題會直接對地下室整體性能造成嚴(yán)重影響。因此在建筑地下室設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)該從多方面考慮外在因素對地下室的影響，通過合理技術(shù)手段，優(yōu)化設(shè)計(jì)方式和施工方式，從而提高地下室整體質(zhì)量。