建筑工程地下室的结构设计分析与探讨

刘力

安徽省城建设计研究总院股份有限公司 安徽 合肥 230051

引言

目前房地产市场日趋成熟，开发商越来越注重开发成本的控制，地下室开发成本相对于地上建筑的开发成本要高很多，尤其是人防地下室造价比普通地下室高出不少，开发商势必要求地下室在设计上需考虑周全、合理，特别是人防地下室的设计上，都希望尽量结合平时停车库功能要求来优化设计，在满足规范要求的前提下尽可能减少人防建设的成本支出，以此达到整个工程项目节约成本的目的[1]。

1 地下室概述

地下室根据埋深和功能不同，分为半地下室、全地下室；普通地下室、人防地下室（战时作为人员隐蔽和疏散场所，平时作为普通停车场的地下室）。地下室的层数根据规划要求，设置不同层数。地下室的净高不应低于2.2m，层高一般不低于3.6m，层高确定需要考虑消防喷淋管道厚度、通风管厚度、结构梁高和使用净高。地下室内部的主要功能是停车和设备用房，如配置风机房、配电室、消防泵房、消防水池，战时人员隐蔽。因停车过程中汽车产生尾气，地下室内需要设置机械通风换气；汽车携带可燃汽油，需要设置自动喷淋系统以备应急使用。地下室顶板覆土厚度，不同的地区有不同的规划要求，一般厚度在1m～2m厚。覆土的目的是将地下室顶部作为景观绿化带、公共活动广场、喷泉水池、消防车通道、扑救场地。地下室顶板还兼做高层建筑的嵌固部位。地下室同比上部结构一层投资要多，单纯从投资收益上看，投资地下室的经济效益并不好，一些开发商并不乐意建造地下室。所以，一些地方政府规划部门，在项目规划审批中，强制规定规划一定比例的地下室面积，以适应当前和未来城市发展的需求[2]。

2 地下室结构优化设计的对策

（1）基础方案选择。地下室基础方案选择，应根据上部裙房层数、塔楼层数、荷载、地基持力层埋深、地勘报告建议，综合考虑确定。当上部结构为多层建筑、单柱荷载不大、地基承载力较高埋深浅时，基础可采用独立基础＋防水板型基础。当上部结构为高层建筑且单柱荷载较大时，基础可采用桩基＋防水板型基础、桩＋筏板型基础。防水板可采用纯板，也可采用梁板式防水板。探讨：柱间防水板内是否需要设置基础梁？在笔者设计的多个竣工投入使用的项目中，有的项目地下室防水底板间设置基础梁，有的没有设置基础梁。防水板之间设与不设基础梁，理论分析和构造处理均是可行的。其差异是：不设基础梁时，优点是底板顶面平齐、排水沟做法简单；缺点是在地下水浮压力作用下，柱位处板抗冲切验算时板厚需增厚，局部配筋增大。防水板内设置基础梁，优点是水压力作用下板抗冲切验算时，板厚相对薄，构造配筋少；缺点是，梁上翻时需要预留一个高差，满足排水沟深度要求。总体上，防水板做成梁板式防水板设置基础梁，桩基承台之间称为系梁，能优化设计、节省一定的投资，故推荐设置基础梁[3]。

（2）人防顶板的计算。根据《人防规范》所表达的精神可知人防地下室有以下特点：①常规武器及核武器爆炸动荷载为偶然性荷载，工程设计按照一次作用进行；②在对防空地下室结构进行结构承载力验算时，应当充分考虑到常规武器与核武器发生爆炸情况时的荷载作用；同时记得不能验算的包括结构与地基的变形、裂缝的开展以及地基的承载力。③当防空地下室构件常规、核武器发生爆炸动的荷载作用时，可考虑进入塑性工作状态。根据以上特点，《人防规范》第4.9.1规定，在对防控地下结构进行设计时，不同的类别应对应不同的规定，具体如下：甲类对应第1、2、3款规定；乙类对应第1、2款规定，而设计依据应当选择各自做不利的效应组合，同时以国家相关规定为准，对平时使用的荷载（效应）进行计算。①结构设计的荷载按照平时使用状态为准；②处于战况下常规武器出现爆炸的等效静荷载与非等效静荷载的同时作用；③处于战况下核武器出现爆炸的等效静荷载与非等效静荷载的同时作用[4]。

（3）合理选用施工所需材料。当混凝土的强度等级越高，其价格也表现得更高，整体的性能价格比值也越高。根据工程中对混凝土强度等级的要求标准进行合理的选择，保障达到最佳的经济效益。根据工程项目对地下室的要求标准，柱的弯矩较小，基本是处于轴心受压的状态，横截面尺寸根据轴压比进行把控。如果地下室柱网较大，那么柱可以采用较高的混凝土强度等级，以减少横截面。地下室外墙属于压弯构件，地下水、土的侧向压力将决定其截面大小，由于该项目地下室外墙较长，施工中存在大体积混凝土的效应，所以采用的混凝土强度等级高，就容易出现收缩变大产生裂缝危害，在此选用C25～C35混凝土强度等级。另外，在设计时还需要考虑钢筋的选择，根据设计计算决定配筋量，一般优先选择HRB500级钢筋，其次是HRB400。除了吊环或者特殊部分要求，不会选用HPB300级钢筋[5]。

3 结束语

在建筑地下室结构设计过程中，设计人员需要综合考虑各方面影响因素，一般建筑地下部分的混凝土用量、含钢量都比较大，大约占据整体造价的40%～60%。因此，为了能有效降低结构成本，避免浪费，必须通过结构的科学、合理设计，不但可以有效提高建筑的安全性和稳定性，也可以有效降低成本造价，为企业带来更多的经济效益。