建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與探討

申亞青

（國策眾合 （北京） 建筑工程設(shè)計(jì)有限公司晉城太行分公司， 山西 晉城 048000）

近年來， 隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快， 人們對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的需求越來越高。 雖然有些建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)沒有地下室， 但在遇到相應(yīng)的工程時(shí)， 還是要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。 在整個(gè)工程中， 由于地下室的結(jié)構(gòu)與人類的綜合發(fā)展有關(guān)， 因此， 為了改善整個(gè)建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量， 必須保證其效果。 為此， 為滿足建筑的使用功能及結(jié)構(gòu)本身的需要， 解決建設(shè)工程地下室的結(jié)構(gòu)問題， 提高其結(jié)構(gòu)的質(zhì)量， 促進(jìn)其設(shè)計(jì)就很關(guān)鍵。

1 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1 高效選擇構(gòu)造測量圖表

在地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中， 必須以測量圖紙為主要依據(jù)， 若不能根據(jù)不同的實(shí)際狀況選擇合理的計(jì)算方案， 將會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工造成不利的后果， 會(huì)給住宅建設(shè)質(zhì)量和安全性帶來風(fēng)險(xiǎn)。 因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者應(yīng)該仔細(xì)地對(duì)建筑物的優(yōu)勢、 規(guī)律等進(jìn)行細(xì)致的剖析， 并在綜合考量的基礎(chǔ)上， 選取相應(yīng)的評(píng)估方案， 保證測量圖表嚴(yán)謹(jǐn)、 科學(xué)。

1.2 合適的設(shè)計(jì)方案

在施工條件、 地質(zhì)環(huán)境條件、 工程材料等方面，運(yùn)用規(guī)范等因素進(jìn)行全面的分析， 確定地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法， 不斷修改和提高設(shè)計(jì)規(guī)劃， 最終得出具有良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計(jì)規(guī)劃。

1.3 合理選擇地下室結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

由于工程建設(shè)的地理位置、 施工條件和周圍的條件不同， 選擇的規(guī)劃方案也不盡相同。 因此， 必須對(duì)影響地下結(jié)構(gòu)的各種因素進(jìn)行全面的研究， 在進(jìn)行全面的綜合考量后， 才能確定合理的地下空間結(jié)構(gòu)的基本特征及影響， 確保建筑物的安全[1]。

2 當(dāng)下建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

近年來， 隨著我國的建設(shè)規(guī)模越來越大， 地下室的特點(diǎn)也越來越多樣化。 從最初單純的儲(chǔ)藏性質(zhì)到目前的多功能建筑， 例如大型的商業(yè)區(qū)和新的人防工程， 這樣的功能必須有更高層次的體系。 不僅要具備較高的設(shè)計(jì)水平， 還要具備先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想。地下室的地下結(jié)構(gòu)是整個(gè)建筑的基礎(chǔ)[2]， 因此地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)建筑的設(shè)計(jì)與應(yīng)用起著舉足輕重的作用。

3 建筑工程材料控制

為了能夠保證整個(gè)施工的質(zhì)量， 必須加強(qiáng)對(duì)混凝土和鋼筋的質(zhì)量控制， 以確保在所有的工程中，不會(huì)因?yàn)榛炷恋墓橇项w徑和混凝土的崩塌， 以及鋼筋的承載性而導(dǎo)致的施工進(jìn)度和質(zhì)量受到影響。不符合要求的產(chǎn)品絕不能用于工程建設(shè)中， 是確保工程建設(shè)能夠順利進(jìn)行的， 在完工后能合理地發(fā)揮自身的功能的先決條件[3]。

4 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題分析

4.1 建筑地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)難點(diǎn)

在進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)， 應(yīng)認(rèn)真地進(jìn)行地震設(shè)計(jì)，做好地震的規(guī)劃， 并嚴(yán)格排除存在的缺陷。 如果地下室的建筑被毀或者坍塌， 那么整個(gè)建筑的性能就會(huì)變得不穩(wěn)定。 不同的住宅結(jié)構(gòu)， 其地震作用也存在著差異， 因此， 在進(jìn)行地震反應(yīng)時(shí)， 需要進(jìn)行科學(xué)的研究。 其中確定地下室抗震等級(jí)、 地下室結(jié)構(gòu)水平及豎向地震作用、 內(nèi)力設(shè)計(jì)值、 梁、 板、 柱的計(jì)算； 在進(jìn)行混凝土強(qiáng)度、 斷面的設(shè)計(jì)時(shí)， 必須按照工程結(jié)構(gòu)的抗震規(guī)范進(jìn)行， 并保證地下室具有足夠的埋置深度， 而隨著建筑物的高度增加， 地基的深度也相應(yīng)增加， 從而保證結(jié)構(gòu)的可靠度， 增強(qiáng)其抗震性能。 所以， 做好結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)， 是實(shí)現(xiàn)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理化的先決條件。

4.2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理

由于地下室的防水構(gòu)造在設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用， 許多地下室的結(jié)構(gòu)前期不具備實(shí)地調(diào)研和踏勘， 使得準(zhǔn)確的檢測地下室的防水性能變得更加困難。 地下室防水的質(zhì)量好壞， 與地下室的安全和壽命密切相關(guān)， 如果防水設(shè)計(jì)有問題， 會(huì)導(dǎo)致地下室局部滲漏， 影響正常的地下室功能。 局部滲漏的面積大小不一， 但對(duì)地下室的使用非常不利， 其影響尤其嚴(yán)重， 若是不合理的地下室構(gòu)造造成局部滲漏， 會(huì)造成涌水、 潛流、 泥沙運(yùn)動(dòng)等問題， 同時(shí)也表明， 地下室結(jié)構(gòu)剛性自防水功能已經(jīng)失效， 而防水涂層的整體防水層也被破壞， 地下室設(shè)計(jì)決定著防水工作能力是好是壞。 因此， 首先要強(qiáng)化地下室的品質(zhì)， 注意到地下排水的難點(diǎn)， 避免由于不合理的地下室構(gòu)造造成的工程漏水問題。

4.3 抗?jié)B、 抗浮設(shè)計(jì)問題

雖然在建造的時(shí)候， 也會(huì)受到周圍土壤的影響，但是在經(jīng)過了處理之后， 還是會(huì)出現(xiàn)一些意外。 在進(jìn)行地下室的工程設(shè)計(jì)時(shí)， 一定要做好防滲透工作，把防滲透作為一個(gè)重要的環(huán)節(jié)來加強(qiáng)。 為了達(dá)到抗?jié)B層的目標(biāo)， 主要方法包括: 采用補(bǔ)償式收縮混凝土， 有效設(shè)置伸縮后澆帶或膨脹加固帶， 選用抗壓強(qiáng)度低的混凝土， 適當(dāng)提高配筋數(shù)量等。

地下室位于地面以下， 由于某些工程所處地區(qū)的地下水位較高， 因此， 必須根據(jù)地下室的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)研究和現(xiàn)場勘察， 確定合理的抗浮設(shè)計(jì)水位， 以保證設(shè)計(jì)、 施工的合理性。 通過選擇平板式筏型基礎(chǔ)， 增加地下室凈重， 設(shè)置抗拔樁、 抗拔錨桿等措施， 解決了地基抗浮性問題[4]。

5 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

某工程總建筑面積155536m2， 地上建筑面積97728m2， 地下建筑面積57808m2， 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析如下。

5.1 外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)考慮到其所承受的垂直和水平方向壓力。 在垂直方向上， 住宅建筑的底層結(jié)構(gòu)應(yīng)承受上層結(jié)構(gòu)所帶來的豎向壓力， 而其水平工作的壓力是建筑周邊土和水層的壓力、 地下室外墻人防等效靜荷載以及室外地坪周邊道路的堆載和載荷。但在地下室外墻結(jié)構(gòu)中， 由于豎向荷載和地震荷載產(chǎn)生影響， 通常不能起到控制所用， 應(yīng)充分注意水平荷載， 水平荷載影響外墻產(chǎn)生的彎矩對(duì)墻體配筋有根本性的影響。 因此， 在進(jìn)行墻體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要準(zhǔn)確確定其所承受的工作荷載， 并需要確定墻體各種材料的標(biāo)號(hào)及規(guī)格， 并通過計(jì)算使得整個(gè)地下室墻壁的承載力滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的需要。 如圖1 所示。

圖1 地下室墻轉(zhuǎn)角以及與板轉(zhuǎn)角相交節(jié)點(diǎn)做法

5.2 地下室抗震結(jié)構(gòu)

中國的現(xiàn)代建筑在設(shè)計(jì)上越來越注重對(duì)其進(jìn)行抗洪、 防震等多種因素的影響。 尤其是在高震地區(qū)，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和地基的設(shè)計(jì)越來越受到人們的關(guān)注。 隨著中國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展， 許多高層小區(qū)和多層建筑都需要加強(qiáng)工程建筑整體和地下室的抗震性能。 地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是地下室設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 它與地下室的深層結(jié)構(gòu)、 墻壁結(jié)構(gòu)、原材料等有著緊密的聯(lián)系。 在地下室的施工和設(shè)計(jì)中， 設(shè)計(jì)師必須要對(duì)地下室的所處位置及周邊環(huán)境等進(jìn)行全面的了解， 了解地下室的具體地形、 自然地理?xiàng)l件， 結(jié)合地下室墻面結(jié)構(gòu)加固處理技術(shù)， 確保地下室的墻壁、 地下室埋深的規(guī)范化， 使地下室的抗震工作能力完成標(biāo)準(zhǔn)化。 另外， 要保證地下室的防震等級(jí)規(guī)范要求， 另外， 還必須保證地下室的防震等級(jí)相應(yīng)等級(jí)， 確保在地震中地下室的整體抗震能力， 避免重大災(zāi)難的發(fā)生[5]。

5.3 平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑場地的基礎(chǔ)設(shè)施的布置是進(jìn)行地下室規(guī)劃的前提。 方案的結(jié)構(gòu)不僅要保證良好的面積和合理的布置， 而且要提高總體的承載力。 在保證建筑用地的占地和合理的布置類型的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行有效的規(guī)劃操作。 對(duì)于居住建筑， 可以進(jìn)行相應(yīng)的地下空間相應(yīng)的縮減， 提高地下室的整體面積。 如賓館飯店和寫字樓等， 應(yīng)在地下室內(nèi)設(shè)置足夠的地下車庫，同時(shí)滿足總的承重要求。 建筑師要結(jié)合建筑布局的設(shè)計(jì)， 將整個(gè)建筑的效果分解開來， 從而保證了建筑的功能。

5.4 結(jié)構(gòu)選型的設(shè)計(jì)

在地下室的設(shè)計(jì)中， 不僅要保證建筑的抗側(cè)向力剛度， 還要保證其承重性能， 這樣才能將水平作用力所引起的側(cè)向力控制在允許的限度內(nèi)。 應(yīng)全面度量和分析構(gòu)件的應(yīng)用領(lǐng)域、 安全因子等因素， 以體系的構(gòu)造形式為基礎(chǔ)， 以承載縱向和橫向荷載為主。 混凝土框架必須具有很高的抗壓能力， 從而降低了結(jié)構(gòu)在整個(gè)工程中的破壞。 布置方案相對(duì)性簡單， 對(duì)稱， 使負(fù)荷分布均衡。 該工程的地下室構(gòu)造形式是在主樓區(qū)域內(nèi)與主樓上部構(gòu)造， 環(huán)繞著主體結(jié)構(gòu)， 裙房和地下室部分采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，保證了整個(gè)建筑的連貫性和平滑度。

5.5 抗浮、 防滲設(shè)計(jì)

在地下室抗浮防滲設(shè)計(jì)中， 往往存在地下水與檢測結(jié)果不符合要求或檢測資料中未將地下水的浮力和變幅計(jì)算在內(nèi)， 抗浮法測量不符合國家標(biāo)準(zhǔn)等。地下室抗浮力的主要依據(jù)是地下水及水位線的變化情況。 其實(shí)， 在地基抗浮力的計(jì)算中， 僅僅是滿足地基的正常使用階段， 而忽視了建設(shè)施工期間和洪水暴雨期間的情況， 就會(huì)造成部分的損壞。 因?yàn)榈叵率业恼嫉孛娣e比較大， 所以地下室上邊并沒有什么建筑。 這種情況導(dǎo)致了地下室防浮的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜、 很難處理。 因此， 必須對(duì)結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告對(duì)建設(shè)場地地層作詳細(xì)分析， 然后再進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。

5.6 結(jié)構(gòu)超長處理

當(dāng)?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)比較長時(shí)， 應(yīng)考慮到施工中存在的問題。 一般來講， 40m以上的建筑比較常見， 但是在處理的時(shí)候， 還是要注意質(zhì)量的問題。 在進(jìn)行工程的時(shí)候， 設(shè)計(jì)者要考慮到地下室所受到的溫度的影響， 特別要注意周圍的荷載對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的影響， 以免產(chǎn)生裂縫。 在處理更大的地下室裂縫時(shí)，設(shè)計(jì)者可以清楚的建議選用補(bǔ)償混凝土， 設(shè)置后澆帶﹑在混凝土中摻入聚丙烯纖維和抗裂防水劑、 控制混凝土的內(nèi)外溫度差總降差及入模溫度， 搞好混凝土的維護(hù)保養(yǎng)工作等方法并對(duì)抗壓強(qiáng)度工作能力等做好保障， 提升地下室整體質(zhì)量。

5.7 防水設(shè)計(jì)

為確保地下室的防水性， 在前期對(duì)現(xiàn)場氣候進(jìn)行詳細(xì)細(xì)致的考察， 確定年平均降水量， 便于確定防水層的厚度。 選用防水材質(zhì)時(shí)， 應(yīng)盡量選用高質(zhì)量、 防水性能好的防水卷材， 以提高產(chǎn)品的壽命，防止防水失效、 地下室雨水入侵等問題。 此外， 在選擇防滲砼的同時(shí)， 還應(yīng)適當(dāng)提高墻體的厚度和高度， 并使其達(dá)到防水要求。 在進(jìn)行排水設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)注意做好排水系統(tǒng)的排水， 改善其品質(zhì)， 并對(duì)水槽的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。 如圖2 所示。

圖2 地下室防水做法匯總及節(jié)點(diǎn)處理

5.8 頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室的頂板結(jié)構(gòu)作為與上層建筑連接的一環(huán)，要保證其整體的質(zhì)量和安全。 因此， 在建筑設(shè)計(jì)工作中， 要提高上層建筑與地下室結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)作用， 同時(shí)要注重頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在進(jìn)行具體的工程施工時(shí)， 要對(duì)機(jī)械裝置的管線進(jìn)行高精度的計(jì)算，以便達(dá)到護(hù)土層厚度的要求。 在估算地基上的承載量時(shí)， 既要考慮地基的高度和作用， 又要顧及工程建設(shè)中可能遇到的各種復(fù)雜的自然條件。 一些設(shè)計(jì)者在進(jìn)行地下室屋頂結(jié)構(gòu)的規(guī)劃時(shí)， 會(huì)考慮可能的爆破事故中， 從而使得頂板的設(shè)計(jì)保持其可靠度。

5.9 地下室的側(cè)壁設(shè)計(jì)

影響到地下室墻壁結(jié)構(gòu)的因素很多， 例如結(jié)構(gòu)本身的重量、 地面堆載、 防核爆炸等。 土壤側(cè)面壓力、 地下水工作壓力等因素較多。 由于地下室的特殊， 所以在承受不同方向的荷載時(shí)， 會(huì)受到不同方向的影響， 所以在承受能力較強(qiáng)的時(shí)候， 應(yīng)該采用更合理的方法來簡化墻壁的結(jié)構(gòu)。 所以， 在地下室側(cè)壁的特殊設(shè)計(jì)中， 必須要有40mm以上的混凝土加固， 兩邊都要有水平的鋼筋配置， 而在側(cè)壁的內(nèi)側(cè)， 則要有豎向鋼筋配置。 但是由于需要控制側(cè)壁的成本， 所以在滿足側(cè)壁載荷要求的情況下， 不能設(shè)置過高的混凝土強(qiáng)度， 從而降低了混凝土的收縮應(yīng)力。

6 結(jié)語

工程施工中， 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作具有特殊的專業(yè)性， 涉及到的行業(yè)和生產(chǎn)流程五花八門， 錯(cuò)綜復(fù)雜。 所以， 對(duì)地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了更高的要求，首先要滿足這些要求， 提高安全性和可靠性， 以達(dá)到最大限度的經(jīng)濟(jì)效益。 為了使地下室的深度能夠得到最佳的利用， 有效的預(yù)防滲漏問題， 從而使地下室的功能得到最佳的實(shí)現(xiàn)， 從而進(jìn)一步推進(jìn)中國的工程建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。