建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與探討

尚勇兵

摘要：地下室的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：荷載合計(jì)、抗震設(shè)計(jì)、外墻設(shè)計(jì)、頂板設(shè)計(jì)、抗浮抗?jié)B設(shè)計(jì)等，高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要在綜合分析高層建筑情況，靈活調(diào)整設(shè)計(jì)方案，提高地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，優(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)，為建筑行業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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

隨著城市化進(jìn)程的加快，出現(xiàn)了越來(lái)越多的高層建筑，并且土地使用面積越來(lái)越緊張，須建地下室以滿足人們的需求。但是因?yàn)榈叵鹿ぷ鞅仍诘厣瞎ぷ骼щy得多，因此，地下室的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計(jì)相對(duì)更加嚴(yán)格，以確保地下室與地上部分之間的連接不會(huì)產(chǎn)生任何問(wèn)題。

1 地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

與其他建筑相比，地下室樓層的建設(shè)非常嚴(yán)格且極其復(fù)雜，在規(guī)劃地下室結(jié)構(gòu)時(shí)，必須綜合考慮許多因素，比如消防通風(fēng)、功能用途、民防要求、設(shè)備線路等。在規(guī)劃中應(yīng)充分考慮專業(yè)設(shè)計(jì)概念，如通道、排水和照明等。在具有底部結(jié)構(gòu)的地下室中，地上部分通常不會(huì)遇到問(wèn)題，然而在純粹的地下室設(shè)計(jì)中，滲水問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生。同時(shí)，由于地下室設(shè)計(jì)的施工往往只考慮到正常的使用環(huán)境，而對(duì)施工過(guò)程和防洪、防潮等不夠重視，對(duì)建筑物經(jīng)常造成局部損壞，并在以后的使用過(guò)程中出現(xiàn)裂縫和其他問(wèn)題。另外，基礎(chǔ)施工和材料選擇的設(shè)計(jì)和施工是相同的，這給基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的施工帶來(lái)了一些困難。主要包括基本施工、地下室防浮結(jié)構(gòu)、下水道結(jié)構(gòu)、地下室施工和地下室外墻體結(jié)構(gòu)等。

2 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 荷載合計(jì)

高層建筑工程的地下室結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)主要包括：爆動(dòng)荷載、土壓力荷載、地面建筑荷載、自重荷載及人防荷載我國(guó)建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范指出：設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合地下室各個(gè)部門的綜合荷載，考慮各工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)定開(kāi)展荷載組合，并確定地下室結(jié)構(gòu)中參與荷載部分，主要為：頂板、側(cè)墻、外墻、內(nèi)承重墻、基礎(chǔ);設(shè)計(jì)人員要分別確定頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值、側(cè)墻豎向核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、上方建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值、外墻橫向核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、內(nèi)墻重墻自重標(biāo)準(zhǔn)值、底板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、地下室墻身自重標(biāo)準(zhǔn)值高層建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行地下室的防控荷載組合時(shí)，要重點(diǎn)解決核爆動(dòng)荷載作用與靜荷載共同存在的問(wèn)題。

2.2 水平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于底層的地下室高層建筑設(shè)計(jì)，有必要在地下室考慮一些專業(yè)問(wèn)題，如防火、通風(fēng)、公用設(shè)施、人防、機(jī)房、管道、通道、排水、照明等。如果長(zhǎng)度超過(guò)預(yù)定長(zhǎng)度，有必要使用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)確定是否應(yīng)在結(jié)構(gòu)中進(jìn)行設(shè)置。但是，在正常情況下，最好盡可能地調(diào)整變形接頭。如果需要進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)師必須通過(guò)調(diào)整相關(guān)設(shè)置來(lái)解決問(wèn)題。此外，設(shè)計(jì)師應(yīng)注意地下室的照明設(shè)計(jì)。對(duì)于地下室的照明設(shè)計(jì)并不容易，因此，在側(cè)墻上可以附加額外的光照，設(shè)置不需要燈座的外壁，它可以連接到整個(gè)地下室的屋頂，以確保地下室整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，有效地將風(fēng)效應(yīng)和地震等外部因素轉(zhuǎn)移到側(cè)墻或地板上，以滿足高層建筑的要求。

2.3 抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)是地下室設(shè)計(jì)中必不可少的組成部分，在建筑物中，抗震設(shè)計(jì)取決于建筑物的高度。如果地下室的抗地震水平不足，將直接影響建筑工程結(jié)構(gòu)的安全性能。一般來(lái)說(shuō)，墻柱應(yīng)在混凝土中與底部的墻柱結(jié)構(gòu)相匹配，要改變地下室頂板上的內(nèi)外板的高度，如果高度變化高于梁的高度，就會(huì)形成誤差層，這時(shí)應(yīng)采取一些措施進(jìn)行處理。在地下室施工設(shè)計(jì)中，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)地下室的頂層結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用梁和頂部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，同時(shí)地下室屋頂不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的組成部分。如果是高架地板，則應(yīng)向下計(jì)算靜態(tài)應(yīng)力，以滿足地下室地面或建筑物的抗震要求。但是，剪力墻底部的層數(shù)應(yīng)從地面計(jì)算，并包括地下室部分。

2.4 外墻設(shè)計(jì)

地下外墻的設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體的水質(zhì)和土壤條件進(jìn)行計(jì)算。地下室外墻上的負(fù)荷分為兩部分：水平荷載和垂直荷載。垂直荷載分為上部和下部、重量和自重;水平荷載包括地面荷載、剪切荷載和人防工程。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，垂直承載能力一般沒(méi)有影響，因此，只考慮設(shè)計(jì)中的水平承載抗震能力。此外，必須通過(guò)有效驗(yàn)證確定靜態(tài)土壓力。如果靜土壓力沒(méi)有顯示驗(yàn)證條件，則砂應(yīng)在0.34～0.45 MPa之間，黏土應(yīng)在0.5～0.7 MPa之間。另外，在用支撐柱計(jì)算外壁的地下外墻的加固時(shí)，計(jì)算不是基于支撐的尺寸，而是使用雙向板的平均值來(lái)計(jì)算加固，基臺(tái)的計(jì)算要基于地下室的整體結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中，不應(yīng)根據(jù)外壁的雙向板的傳遞載荷來(lái)測(cè)試支撐柱的加強(qiáng)。另外，根據(jù)外壁和支撐件之間的變形協(xié)調(diào)原理，該結(jié)構(gòu)對(duì)外壁的垂直壁的加強(qiáng)不充分，支撐件的加固較少，并且外壁的水平分布過(guò)大。因此，要精確計(jì)算外壁部分或外壁支撐部分的地下外壁的加強(qiáng)處，其中鋼筋混凝土和內(nèi)部分隔壁垂直于外壁方向連接。

2.5 頂板設(shè)計(jì)

高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，頂板設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作，地下室頂板就是高層建筑中地上結(jié)構(gòu)的水平約束支座，水平約束支座的剛度越大，其約束效果越強(qiáng)地下室結(jié)構(gòu)頂板需要具有一定厚度，頂板厚度指數(shù)要≧160mm設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的頂板設(shè)計(jì)時(shí)，要確定其厚度指數(shù)符合建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，充分滿足地下室人防的需求，設(shè)計(jì)人員還要嚴(yán)格依照“抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)頂板嵌固，并嚴(yán)格設(shè)計(jì)頂板強(qiáng)度、板配筋率、側(cè)向剛度此外，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范，采用梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)嵌固工作隊(duì)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要向下算直到滿足嵌固端要求的地下室底板，并且在計(jì)算剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)時(shí)要從地面向上計(jì)算，將地下層包括在內(nèi)。

2.6 地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)

通常而言，對(duì)高層建筑進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中常遇到的問(wèn)題大致可分為以下幾類：①?zèng)]有按照相關(guān)規(guī)定對(duì)地下水位進(jìn)行勘察，并且編成準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)報(bào)告，或者是這類數(shù)據(jù)報(bào)告中沒(méi)有涉及到浮力計(jì)算及地下水位的變動(dòng)幅度，沒(méi)有對(duì)地下室的斜坡道的抗浮能力進(jìn)行計(jì)算，地下室主體和修建的斜坡道之間的連接縫沒(méi)有得到良好的處理;②沒(méi)有進(jìn)行合理的抗浮驗(yàn)算，依據(jù)準(zhǔn)確的地下水位數(shù)據(jù)可以有效驗(yàn)算出地下室的抗浮力能力。在具體的設(shè)計(jì)方案中只考慮到通常情況下地下室的最大限度載荷量，以此推算出其抗浮能力。而沒(méi)有考慮到建設(shè)過(guò)程中自然變化情況下地下室的抗浮力的影響，如汛期。這就會(huì)導(dǎo)致地下室在修建過(guò)程中由于設(shè)計(jì)的抗浮能力小于實(shí)際需求抗浮能力，而造成地下室部分位置出現(xiàn)損壞。除此之外，還會(huì)存在一個(gè)大面積地下室的上面同時(shí)修建多個(gè)建筑物的情況，這樣就會(huì)因?yàn)榈孛娼ㄖ植疾痪?，就?huì)很難控制地下室的抗浮力，這就需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格詳細(xì)的分析之后才可以進(jìn)行地下室建設(shè)和地上建筑物的修建。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，只有地下室的設(shè)計(jì)符合規(guī)定的要求，才能有效保證整個(gè)建筑的安全。因此，在實(shí)際工作中，應(yīng)科學(xué)合理地采取有效措施，提高建筑工程地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)建筑工程整體質(zhì)量的提升，實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)良好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付臻瑜.建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討[J].綠色環(huán)保建材，2019（01）.

[2] 趙蜀閩.簡(jiǎn)析建筑地下室人防結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的原則及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（28）.

[3] 林巖青.建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018（21）.

（作者單位：湖北華宇高科建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司）