建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計探究

【摘要】伴隨我國建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式也變得更加多樣化和復(fù)雜化，現(xiàn)階段，不少建筑工程都有地下室結(jié)構(gòu)，對地下室結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計不僅能顯著提升建筑的空間利用率，同時還能為建筑功能的充分發(fā)揮提供保障，使建筑物始終保持穩(wěn)定安全的狀態(tài)。本文筆者就針對建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了分析和研究。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要特征

對于現(xiàn)代建筑工程來說，其地下室主體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要涉及到底板、外側(cè)墻、頂板等部位，要求設(shè)計人員必須高度重視這些主體部位的設(shè)計工作，尤其是在孔口防護(hù)設(shè)計的時候，應(yīng)重點關(guān)注防護(hù)密封門的選擇、門框墻的計算等環(huán)節(jié)。在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)計算的時候，應(yīng)當(dāng)注重計算方法的科學(xué)性與結(jié)果的精確性，整個地下室結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是地下室底板。

2、建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1頂板設(shè)計環(huán)節(jié)

地下室頂板是建筑工程地下部分與地上部分相互銜接的重要部位，其綜合質(zhì)量的高低將直接影響到整個建筑工程地下部分與地上部分之間功能的協(xié)調(diào)發(fā)揮。所以，在對地下室頂板進(jìn)行設(shè)計的時候必須仔細(xì)謹(jǐn)慎。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)條件、作業(yè)設(shè)備的高度、建筑的基本功能等多方面的因素，對地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

2.2外墻設(shè)計環(huán)節(jié)

在建筑工程的地下室結(jié)構(gòu)中，外墻結(jié)構(gòu)往往需要承受較大的壓力，其壓力主要來源于以下幾個方面：第一是上層建筑的質(zhì)量所造成的壓力；第二是水平方向與垂直方向的外力作用。除了上述兩類主要壓力以外，地下室外墻結(jié)構(gòu)通常還會受到當(dāng)?shù)刈匀粸?zāi)害帶來的壓力作用。這就要求設(shè)計人員在進(jìn)行建筑工程地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，必須全面考慮到各種類型的壓力作用，通過科學(xué)合理的設(shè)計來提升外墻結(jié)構(gòu)抵御外部壓力作用的能力。

第一，荷載。地下室外墻豎向荷載應(yīng)當(dāng)有上部與各層地下室頂板荷載、外墻自重組成，水平荷載主要是指室外地坪活荷載、地下水壓力以及側(cè)向土壓力和人防等效靜荷載。對于室外地坪活荷載而言，主要是民用建筑室外地面，其中包含了停放消防車的地面，活荷載一般為5kN/m2。對于有較重荷載要求者，按照實際工況條件而定。地面活荷載對地下室建筑外墻的壓力是沿墻高度向均布荷載Px，其計算公式為：Px=qx.Ka= qx/3，其中qx代表的是地面活荷載。對于水壓力而言，水位高度建議按照近3至5年內(nèi)最高水位而定，其中上層滯水不包含在內(nèi)。對于土壓力而言，如果地下室選用大開挖方式，而且沒有護(hù)坡樁、連續(xù)墻支護(hù)的情況下，地下室建筑外墻的土壓力建議選取靜止土壓力，其系數(shù)為K0，并且對普通固結(jié)土取K0=1-sinφ（其中φ代表的是土的有效內(nèi)摩擦角），一般以0.5為宜。當(dāng)?shù)叵率沂┕み^程中采用的是護(hù)坡樁或者連續(xù)墻支護(hù)時，計算外墻土壓力時應(yīng)當(dāng)充分考慮基坑支護(hù)以及地下室外墻的作用力，或按靜止土壓力乘以折減系數(shù)0.66近似計算，Ka=0.5x0.66=0.33，與主動土壓力相當(dāng)。地下水位以下土的容重近似為11kn/m2，風(fēng)荷載和地震區(qū)地面運動使土壓力超過靜態(tài)土壓力而有所增加，但其對外墻平面外產(chǎn)生的內(nèi)力較小，可忽略不計。

第二，荷載設(shè)計值。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范要求，如果活荷載占總荷載之比不超過20%，γG=1.35， γQ=1.40，ΨC=0.7，此時綜合分析建筑外墻荷載分項系數(shù)為1.30。

第三，計算簡圖。如果地下室建筑無橫墻，或者橫墻間距超過層高2倍，底部、剛度較大基礎(chǔ)底板相連時，可作為嵌固端；同時，頂部支座條件應(yīng)當(dāng)視其主體結(jié)構(gòu)而定。如果與建筑外墻對應(yīng)主體結(jié)構(gòu)墻是剪力墻，則首層墻體、地下層建筑外墻連續(xù)，此時對建筑外墻形成約束力。主體結(jié)構(gòu)的外墻往往開有較大的門窗洞口，其對外墻的約束 很有限。當(dāng)外墻頂 部應(yīng)按鉸接考慮。地下室中間層可按連續(xù)鉸支座考慮。地下室外墻就如同下端嵌固、上端鉸支的連續(xù)梁。地下室內(nèi)橫墻較多，而且其間距不超過層高2倍，地下室建筑外墻類似于下端嵌固以及上端鉸支的連續(xù)雙向板。有的工程基礎(chǔ)底板上有較厚的覆土，這時最下層外墻的計算高度應(yīng)視該層地面做法而定。如為混凝土面層較厚的剛性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，則外墻計算高度可算至地下室地坪。

2.3抗浮設(shè)計環(huán)節(jié)

若建筑工程所在地的地下水位較深、埋藏較淺，則一般不用考慮地下室結(jié)構(gòu)的抗浮問題。但對于某些建筑地下室埋藏深度較高的情況，則需要重點關(guān)注抗浮問題。一般來說，高層建筑工程在設(shè)計的時候都必須提高對基坑坑底設(shè)計高度的重視度，在確?；A(chǔ)得到適當(dāng)提升的前提下，對抗浮防水位進(jìn)行適度降低。在對高層建筑的基礎(chǔ)底板進(jìn)行選擇的時候，可考慮梁板式與平板式兩種筏板類型。對于抗浮水位的控制來說，最好選擇平板式筏板基礎(chǔ)。在實際設(shè)計的時候，通過對地下結(jié)構(gòu)的層高進(jìn)行適當(dāng)降低是達(dá)到抗浮設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的有效方法之一。

2.4抗震設(shè)計環(huán)節(jié)

為了避免地震等自然災(zāi)害對建筑工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造成損害，就必須做好地下室結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計工作。對于一般的地下室來說，其層高的1/3應(yīng)比室外地坪頂板的高度高出一些。按照我國出臺的有關(guān)建筑工程抗震設(shè)計的規(guī)范文件，在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候必須滿足以下要求：第一，對于建筑的地上一層來說，其側(cè)向剛度應(yīng)當(dāng)控制在地下一層側(cè)向剛度0.5倍的范圍之內(nèi)，同時，與其頂板相互連接的地下室周圍必須具備設(shè)計科學(xué)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕た拐饓Α?/p>

2.5防水設(shè)計環(huán)節(jié)

對于地下室主體結(jié)構(gòu)的防水來說，普遍采用的是結(jié)構(gòu)自防水，即利用防水混凝土來發(fā)揮防水功能。市場上比較常見的防水混凝土主要包括膨脹水泥防水混凝土、外加劑防水混凝土等類型，在進(jìn)行防水混凝土選擇的時候，應(yīng)當(dāng)充分考慮到建筑地下室結(jié)構(gòu)的抗?jié)B等級要求。而在進(jìn)行節(jié)點防水設(shè)計的時候，則應(yīng)當(dāng)在后澆帶、變形縫等比較薄弱的環(huán)節(jié)采取一些有效的防水舉措。例如，提高滲水路線的長度、設(shè)置止水帶等。

3、建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

在對地下室外墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)當(dāng)尤其注意荷載、配筋計算以及靜止土壓力系數(shù)的確定等問題，在配筋與荷載計算中，應(yīng)當(dāng)考慮到多方面的影響因素，采取科學(xué)有效的計算方法，安排專業(yè)人員來負(fù)責(zé)此項工作，以確保計算結(jié)果的精確性。靜止土壓力主要是通過試驗來進(jìn)行確定的，若遇到不能開展試驗的情況，則可根據(jù)土壤的性質(zhì)進(jìn)行取值，一般來說，粘性土可取0.5～0.7；砂土可取0.34～0.45。在進(jìn)行建筑地下室結(jié)構(gòu)平面設(shè)計的時候，設(shè)計人員應(yīng)注意對建筑采光、通風(fēng)、排水、防火等問題的綜合考慮，盡量使上述各專業(yè)實現(xiàn)密切配合。

結(jié)語：

綜上所述，在開展地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注頂板設(shè)計、外墻設(shè)計、抗浮設(shè)計、防水設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，著力控制好每一細(xì)節(jié)內(nèi)容的設(shè)計質(zhì)量，這樣才能使地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計方案具備科學(xué)性與可行性，從而為整個建筑工程的設(shè)計與建設(shè)質(zhì)量提供保障。

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作者簡介：

蔣維燕，中國美術(shù)學(xué)院風(fēng)景建筑設(shè)計研究總院有限公司，浙江杭州。