建筑工程地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與探討

劉力

安徽省城建設(shè)計研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230051

引言

目前房地產(chǎn)市場日趨成熟，開發(fā)商越來越注重開發(fā)成本的控制，地下室開發(fā)成本相對于地上建筑的開發(fā)成本要高很多，尤其是人防地下室造價比普通地下室高出不少，開發(fā)商勢必要求地下室在設(shè)計上需考慮周全、合理，特別是人防地下室的設(shè)計上，都希望盡量結(jié)合平時停車庫功能要求來優(yōu)化設(shè)計，在滿足規(guī)范要求的前提下盡可能減少人防建設(shè)的成本支出，以此達到整個工程項目節(jié)約成本的目的[1]。

1 地下室概述

地下室根據(jù)埋深和功能不同，分為半地下室、全地下室；普通地下室、人防地下室（戰(zhàn)時作為人員隱蔽和疏散場所，平時作為普通停車場的地下室）。地下室的層數(shù)根據(jù)規(guī)劃要求，設(shè)置不同層數(shù)。地下室的凈高不應(yīng)低于2.2m，層高一般不低于3.6m，層高確定需要考慮消防噴淋管道厚度、通風(fēng)管厚度、結(jié)構(gòu)梁高和使用凈高。地下室內(nèi)部的主要功能是停車和設(shè)備用房，如配置風(fēng)機房、配電室、消防泵房、消防水池，戰(zhàn)時人員隱蔽。因停車過程中汽車產(chǎn)生尾氣，地下室內(nèi)需要設(shè)置機械通風(fēng)換氣；汽車攜帶可燃汽油，需要設(shè)置自動噴淋系統(tǒng)以備應(yīng)急使用。地下室頂板覆土厚度，不同的地區(qū)有不同的規(guī)劃要求，一般厚度在1m～2m厚。覆土的目的是將地下室頂部作為景觀綠化帶、公共活動廣場、噴泉水池、消防車通道、撲救場地。地下室頂板還兼做高層建筑的嵌固部位。地下室同比上部結(jié)構(gòu)一層投資要多，單純從投資收益上看，投資地下室的經(jīng)濟效益并不好，一些開發(fā)商并不樂意建造地下室。所以，一些地方政府規(guī)劃部門，在項目規(guī)劃審批中，強制規(guī)定規(guī)劃一定比例的地下室面積，以適應(yīng)當前和未來城市發(fā)展的需求[2]。

2 地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的對策

（1）基礎(chǔ)方案選擇。地下室基礎(chǔ)方案選擇，應(yīng)根據(jù)上部裙房層數(shù)、塔樓層數(shù)、荷載、地基持力層埋深、地勘報告建議，綜合考慮確定。當上部結(jié)構(gòu)為多層建筑、單柱荷載不大、地基承載力較高埋深淺時，基礎(chǔ)可采用獨立基礎(chǔ)＋防水板型基礎(chǔ)。當上部結(jié)構(gòu)為高層建筑且單柱荷載較大時，基礎(chǔ)可采用樁基＋防水板型基礎(chǔ)、樁＋筏板型基礎(chǔ)。防水板可采用純板，也可采用梁板式防水板。探討：柱間防水板內(nèi)是否需要設(shè)置基礎(chǔ)梁？在筆者設(shè)計的多個竣工投入使用的項目中，有的項目地下室防水底板間設(shè)置基礎(chǔ)梁，有的沒有設(shè)置基礎(chǔ)梁。防水板之間設(shè)與不設(shè)基礎(chǔ)梁，理論分析和構(gòu)造處理均是可行的。其差異是：不設(shè)基礎(chǔ)梁時，優(yōu)點是底板頂面平齊、排水溝做法簡單；缺點是在地下水浮壓力作用下，柱位處板抗沖切驗算時板厚需增厚，局部配筋增大。防水板內(nèi)設(shè)置基礎(chǔ)梁，優(yōu)點是水壓力作用下板抗沖切驗算時，板厚相對薄，構(gòu)造配筋少；缺點是，梁上翻時需要預(yù)留一個高差，滿足排水溝深度要求?？傮w上，防水板做成梁板式防水板設(shè)置基礎(chǔ)梁，樁基承臺之間稱為系梁，能優(yōu)化設(shè)計、節(jié)省一定的投資，故推薦設(shè)置基礎(chǔ)梁[3]。

（2）人防頂板的計算。根據(jù)《人防規(guī)范》所表達的精神可知人防地下室有以下特點：①常規(guī)武器及核武器爆炸動荷載為偶然性荷載，工程設(shè)計按照一次作用進行；②在對防空地下室結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)承載力驗算時，應(yīng)當充分考慮到常規(guī)武器與核武器發(fā)生爆炸情況時的荷載作用；同時記得不能驗算的包括結(jié)構(gòu)與地基的變形、裂縫的開展以及地基的承載力。③當防空地下室構(gòu)件常規(guī)、核武器發(fā)生爆炸動的荷載作用時，可考慮進入塑性工作狀態(tài)。根據(jù)以上特點，《人防規(guī)范》第4.9.1規(guī)定，在對防控地下結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，不同的類別應(yīng)對應(yīng)不同的規(guī)定，具體如下：甲類對應(yīng)第1、2、3款規(guī)定；乙類對應(yīng)第1、2款規(guī)定，而設(shè)計依據(jù)應(yīng)當選擇各自做不利的效應(yīng)組合，同時以國家相關(guān)規(guī)定為準，對平時使用的荷載（效應(yīng)）進行計算。①結(jié)構(gòu)設(shè)計的荷載按照平時使用狀態(tài)為準；②處于戰(zhàn)況下常規(guī)武器出現(xiàn)爆炸的等效靜荷載與非等效靜荷載的同時作用；③處于戰(zhàn)況下核武器出現(xiàn)爆炸的等效靜荷載與非等效靜荷載的同時作用[4]。

（3）合理選用施工所需材料。當混凝土的強度等級越高，其價格也表現(xiàn)得更高，整體的性能價格比值也越高。根據(jù)工程中對混凝土強度等級的要求標準進行合理的選擇，保障達到最佳的經(jīng)濟效益。根據(jù)工程項目對地下室的要求標準，柱的彎矩較小，基本是處于軸心受壓的狀態(tài)，橫截面尺寸根據(jù)軸壓比進行把控。如果地下室柱網(wǎng)較大，那么柱可以采用較高的混凝土強度等級，以減少橫截面。地下室外墻屬于壓彎構(gòu)件，地下水、土的側(cè)向壓力將決定其截面大小，由于該項目地下室外墻較長，施工中存在大體積混凝土的效應(yīng)，所以采用的混凝土強度等級高，就容易出現(xiàn)收縮變大產(chǎn)生裂縫危害，在此選用C25～C35混凝土強度等級。另外，在設(shè)計時還需要考慮鋼筋的選擇，根據(jù)設(shè)計計算決定配筋量，一般優(yōu)先選擇HRB500級鋼筋，其次是HRB400。除了吊環(huán)或者特殊部分要求，不會選用HPB300級鋼筋[5]。

3 結(jié)束語

在建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要綜合考慮各方面影響因素，一般建筑地下部分的混凝土用量、含鋼量都比較大，大約占據(jù)整體造價的40%～60%。因此，為了能有效降低結(jié)構(gòu)成本，避免浪費，必須通過結(jié)構(gòu)的科學(xué)、合理設(shè)計，不但可以有效提高建筑的安全性和穩(wěn)定性，也可以有效降低成本造價，為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟效益。