地下室結構設計優(yōu)化與成本控制

黃 暉

（三盛地產(chǎn)福建區(qū)域公司，福建 廈門 361000）

地下室結構質量會直接影響地上工程的牢固度和穩(wěn)定性，地下室結構設計同時也能對施工起到指導作用，設計質量關乎整體施工效果。因此，設計人員要重點關注地下室結構設計，提高設計水平，完善地下室結構設計，發(fā)揮成本管控作用。以下通過采用案例分析的方法針對相關問題進行研究。

1 工程概況

某高層建筑地下室為三層結構，每一層建筑面積均為22 800m2，地下一層設置設備房，其余空間用于車庫，地下二、三層設計為車庫。地下室中還設有人防區(qū)域，面積約為8 800m2。

2 地下室結構設計

2.1 方案設計

建筑地下室已經(jīng)成為建筑業(yè)縱向空間合理利用的重要方向，在方案設計中要注重實用性，僅憑借經(jīng)驗進行建筑地下室結構設計，難免會產(chǎn)生漏洞。因此，在設計中要運用科學方法設定各項指標，包括設計目標控制指標、設計過程控制指標等，用指標表達并量化分析設計的各項元素，實現(xiàn)設計的有效性，達到合理利用有限地下室空間的目的。

2.2 底部基礎結構選型

地下室的底部基礎結構設計主要采用滿堂基礎，即筏型基礎。通過使用聯(lián)系梁建立柱下獨立基礎和條形基礎的關系，整體澆注底部基礎結構。底部基礎結構工程主要為兩個部分，即底部基礎結構和梁。底部基礎為滿堂基礎，寬度超過3m，且底面積超過20m2。

設計地下室底部基礎要合理評估其結構所具備的抗浮能力和防滲漏程度，根據(jù)評估結果選擇優(yōu)質材料，確保各項指標符合要求，保證地下室具有較強的防滲漏、抗浮能力。地下室底部基礎結構土層的主要成分是淤泥，其自身承載力無法滿足要求，但可以通過技術措施保證承載能力超過持力層，對建筑的地上結構起到支撐作用。在設計過程中，將倒樓蓋法作為標準，計算時采用沒有梁樓蓋的方法。根據(jù)計算結果，設計地下室底部基礎結構厚度要超過60mm。

合理使用鋼筋，避免在同一個基礎面設置鋼筋。如果不能保證鋼筋的設置方向一致，就會導致底部基礎結構的鋼筋形成非常大的保護層，不利于基礎結構的穩(wěn)定性。如果鋼筋數(shù)量過大，超出規(guī)定限度，地下室的底部基礎結構就會變形。因此，可以采用數(shù)學計算方法設計地下室底部基礎結構，保證設計的精確度。根據(jù)計算結果確認抗浮能力，避免地下室的底部基礎結構因無法承受地下室水壓而遭到破壞。地下室水的抗浮系數(shù)通常設定為1.0，其他的分項系數(shù)設定為0.9。計算過程中，如果沒有達到規(guī)定的抗浮標準，需使用撥樁技術提高地下室的抗浮能力。

2.3 樓蓋體系設計

本高層建筑地下室設計采用現(xiàn)澆無梁樓蓋設計，現(xiàn)澆無梁樓蓋支撐在柱上，按照是否有柱帽劃分為兩種類型，即有柱帽無梁樓蓋和無柱帽無梁樓蓋。有柱帽無梁樓蓋設計要確定柱帽的形式和尺寸，通常要考慮建筑的整體美觀度和建筑地下室結構的承載力。設計柱帽厚度時，要考慮受沖切承載力，以此設定厚度。柱帽高度要比板的厚度低一些。托板厚度不能超過柱帽高度的25%，柱帽和托板在平面兩個方向上的尺寸都要超過等同方向上的柱截面寬度和柱帽高度的4倍。

無梁樓蓋承受豎向荷載。按照縱向和橫向可將其劃分為柱上板帶配筋方式和跨中板帶配筋方式。

（1）柱上板帶縱向受力鋼筋的設計。要求板面鋼筋中一半長度從柱帽邊延伸，延伸長度要超過區(qū)格板凈跨的0.3倍，剩下的鋼筋延伸長度也要超過區(qū)格板凈跨的0.2倍。如果全部是板底鋼筋，設計時要連續(xù)布置。連接鋼筋時，不能采用人工綁扎搭接的方法，需要采用機械連接或焊接連接的方式，保證高板具有較強的抗連續(xù)倒塌能力。鋼筋接頭部位處于中間支座兩側，具體范圍不能超過區(qū)格板凈跨的0.3倍。對于邊支座位置的板底鋼筋設計，需要超過兩根鋼筋穿過柱的核心部位，以保證錨固的可靠性。

（2）跨中板帶縱向受力鋼筋的設計。要求全部板面鋼筋從柱帽邊延伸到區(qū)格板中，延伸長度要超過區(qū)格板凈跨的0.22倍。板底鋼筋需采用通長連續(xù)布置的方式或錨固的方法將其固定在支座中。如果相鄰區(qū)格板存在不同跨度的問題，板面鋼筋延伸長度的最小值也要以較大跨度作為標準確定。

2.4 外墻結構設計

本工程的地下室結構設計中繪制地下室外墻計算簡圖，通常在計算過程按照上端鉸支、下端嵌固的方式展開。設計地下室外墻頂部配筋時應考慮地下室頂板配筋，如果地下室的頂板接近墻身厚度，可使用兩端嵌固方式計算。地下室外墻與建筑其他部位的外墻相比，存在一定特殊性，其承受的荷載包括各種形式的荷載力和源于各方向的荷載力。

地下室外墻等級要與扶壁柱的混凝土強度等級相同，不包括塔樓柱兼作扶壁柱?？v筋之間要相互匹配。為避免產(chǎn)生豎向裂縫或最大程度地減少豎向裂縫，水平構造筋單邊配筋率應超過0.2%，水平筋之間的距離要控制在150mm以內。地下室采用的防水混凝土需具備一定的抗?jié)B等級，按照《地下工程防水技術規(guī)范》選擇防水混凝土。

在實際的建筑工程地下室施工中，要采用科學的方法分析外墻受力情況，優(yōu)化分析過程，簡化處理，提高外墻的設計質量。在設計地下室外墻時，需嚴格按照準則進行設計，地下室的外墻接觸土壤，需設計保護層，要求混凝土保護層的厚度超過40mm；地下室外墻的外側配置水平鋼筋，內側配置豎向鋼筋。在實際設計過程中，還需重點考慮資金投入情況，確保地下室外墻的承載能力符合要求，混凝土的強度符合要求，在保證外墻質量的基礎上控制好成本。此外，混凝土強度不是越高越好，如果過高，收縮力就會非常大，導致地下室出現(xiàn)混凝土裂縫問題。所以，在進行外墻設計過程中，需要設置好一定數(shù)量的后澆帶，保證地下室結構不會存在質量問題。

2.5 建筑工程地下室結構優(yōu)化

2.5.1 合理設計地下室結構

如果未合理設計地下室結構，就會影響其抗震性能。一般要求半地下室要超過外地面的高度，總高度可從室外地面算起，不需要計算層數(shù)。地下室的墻柱與上部結構的墻柱之間要保持協(xié)調統(tǒng)一性。如果頂板室內外板面的標高已經(jīng)超過梁高范圍時，就會產(chǎn)生錯層。此時要采取有效措施處理。按照相關規(guī)范，上部結構部位需要應用梁板結構。如果地下室的頂板沒有梁樓蓋，就不能將其作為上部結構的部位。在計算結構時，需要向下計算，直到滿足地下室樓層或底板為止，但剪力墻底部加強區(qū)層數(shù)需要從地面開始往上計算，還需要將地下層包括在內。

2.5.2 提高抗浮和抗?jié)B能力

地下水位會發(fā)生變化對地下室的影響很大。地下室抗浮指標的主要參考依據(jù)是地下水位的變化幅度。在進行地下室抗浮設計過程中，需要充分考慮地下室的使用極限，避免地下室施工過程中由于抗浮不夠導致的局部破壞。在進行鋼筋混凝土結構施工的過程中，使用后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的技術措施，可以有效提高地下室的抗?jié)B能力。

3 控制地下室結構成本的有效方法

3.1 地下車庫的成本控制

通常而言，地下車庫屬于不可售出的面積，地下車庫的面積越大，意味著需要投入的資金量就越大，這就需要合理控制可出售的面積與建設總建筑面積的比率，如果比值超過規(guī)定值，就會影響經(jīng)濟效益。所以，地下車庫面積越小越好，可以降低成本。另外，要合理控制地下車庫的車位配比，車位的配比越低，投入的成本也就越低。車位配比需控制在0.85，車位配比越大，意味著成本增加越多。所以，在設計地下車庫時，每個車位的面積都要合理控制。通常地下車庫鋼筋混凝土結構的經(jīng)濟跨度大約為8m，按照3個小車位的柱距設計，柱網(wǎng)需要控制在8～8.2m之間，保持車位通道垂直，車位的布置緊湊，且不會影響車輛通行。

3.2 地下室深度的成本控制措施

地下室深度的設計主要是指層高和層數(shù)，與土方開挖量和運輸量都有直接關系，涉及的成本包括基坑圍護面積所投入的資金量、地下室的底板和側壁配筋方面的投入資金量、抗拔樁和抗浮錨桿費用等。地下室的深度越淺，就越容易控制造價。

如果工程項目占地面積大，設置一層地下室要比二層地下室更節(jié)約成本。二層地下室由于豎向布置采用的方法不同，投入的資金量也存在差別。投入的資金量與地下一層面積和地下二層面積成反比。如果地下一層面積超過地下二層面積，超出的量越多，投入的資金量就越少。造價最底一層的占地面積達到最小值，投入的資金量也意味著最少。

地下室層高與工程造價成正比，層高每降低100mm，投入資金就減少1%。所以，較為經(jīng)濟的建筑地下室會將層高控制在3.6m以內。要對地下室的層高有效控制：（1）合理選用樓蓋體系，將結構梁高控制在合理范圍內。（2）合理布置各個專業(yè)設備的管線和管網(wǎng)，進行分析并不斷優(yōu)化，這樣可節(jié)省至少200mm的空間。（3）對地下車庫進行自然通風排煙設計，這樣，地下室安裝的機械通風排煙設備就會減少，有效高度可以減低大約400mm，投入的資金量大大減少，從而有效控制成本。

3.3 人防面積的成本控制

人防面積有規(guī)定的指標，不能隨意作出調整，如果必須調整，調整的數(shù)量很局限。人防地下室面積是硬性指標，不能多建，與非人防地下室投入的資金相比，人防地下室投入的資金量較多，通常每平方米600元。所以，要想控制人防面積的成本，可減少最底層投入的資金量。

3.4 覆土厚度的有效成本控制

地下室頂板的覆土厚度平均每增加100mm，地下室平均每平方米的成本就會增加10元。通常而言，地下如果為車庫，頂板覆土的厚度不能超過1.2m。這是由于覆土的厚度增加，結構荷載就會相應增加，處于相同柱網(wǎng)的情況下，梁越高，經(jīng)濟指標就會越大，投入的資金也會越多。所以，適當降低覆土厚度可減少資金投入量。

4 結語

綜上所述，在設計高層建筑的地下室基本結構時，除了保證設計質量外，還要注重成本控制，在不超過成本預算的同時，保證地下室結構的質量，更好地發(fā)揮其實用功能。在設計中，最基本的工作是制定設計方案，后續(xù)的各項工作按照方案展開設計。在設計成本控制中，要做到精細化設計，設計與成本預算相結合，避免造成資金浪費，使地下室結構設計滿足實用需求，且能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。