浅谈对一般地下室常见设计的优化方向

张丽媛

（广东博意建筑设计有限公司）

0 引言

以往已有大量文献对地下室结构设计做了经济性比对，内容主要集中在地下室顶板采用的梁板结构形式比对：比如对大板结构、主次梁结构、十字梁结构、单向次梁结构等进行技术优势和成本优劣比较。通过实际工程案例，试图从其他角度针对地下室目前比较普遍的设计习惯进行优化。比如梁截面尺寸在常规设计中主要选择300×700、300×800、400×800等，本案例从缩小梁截面以减少构造钢筋角度出发，寻求最优含钢量下的梁截面尺寸建议；对车库框架柱混凝土标号普遍采用C30的设计习惯进行方案比对等，以寻求得出更经济合理的地下室顶板设计思路。

1 项目概况

拟建项目位于广西壮族自治区南宁市。全部地下室建筑面积15423m2，地下一层。室内场地地坪±0.000相当于绝对标高117.10m，整体设有1层地下室，地下室顶板面标高116.00m，底板标高112.55m（普通停车）、111.10m（机械停车库）。

项目设计信息：

结构使用年限：50年。建筑结构安全等级：二级。设防类别：丙类。设防烈度7度，设计基本加速度0.15g，设计地震分组第一组，场地特征周期0.35s。场地类别II类。抗震等级：纯地下室四级，塔楼相关范围三级。地基土非液化。地下室防水等级：种植顶板及地下室内电房防水等级一级，其余部位防水等级为二级。抗浮水位：场地西侧108.0m；场地东侧109.0m。风荷载：基本风压（50年）：0.35kPa，地面粗糙度类别B类。基础设计等级：乙级。

项目图纸概况详见图1。

图1 地下室顶板平面图

2 结构布置

该项目纯地下室部分为框架结构，在上部结构的相关范围内抗震等级为三级，相关范围以外抗震等级为四级。纯地下室部分采用大小跨柱网设计，主要柱网尺寸为7900×6500、7900×4600。顶板为单向次梁结构，顶板厚160mm（一般地下室）、250mm（人防顶板），顶板设计为单向板结构。

2.1 梁截面优化

在地下室顶板结构设计中，梁截面尺寸主要有300×700、300×800、400×800 等几种，本案例从减小主次梁梁截面，减少不必要构造筋角度出发，对两种方案下的含钢量及混凝土用量进行比对：

⑴主梁

优化前：无消防车荷载的区域X方向主梁截面300×700；

优化后：无消防车荷载的区域X方向主梁截面250×650。

⑵次梁

优化前：无消防车荷载的区域X方向次梁截面300×700；

优化后：无消防车荷载的区域X方向次梁截面250×650。

优化前后结构布置及配筋结果见图2。

图2 梁截面及配筋结果比对

调整主次梁截面后，梁腹板高度hw由500mm减小至450mm，根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.2.13条，可不设构造腰筋及拉筋。其中hw的取值参照《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第6.3.1条及9.2.13条之规定，以650高梁为例，hw=h（梁高）－hf（板厚）－as=650－160－40=450。

本案例钢筋价格按照6000元/吨来进行计算，混凝土按照C30混凝土500元/吨来进行计算。

经济性对比：每平米可节省造价7.48元。

减小梁高后，箍筋及混凝土用量也可减少。梁支座面筋增加,配筋率达到1.6%～1.85%，底筋基本不变，整体造价降低。但同时还要考虑到地下室顶板将来要堆土，且有施工车辆行走，配筋率太大会使结构梁延性降低，有开裂风险。

图3

2.2 梁配筋习惯调整

⑴主梁箍筋按设计习惯一般按加密区100，非加密区200设计。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中表6.3.3：四级框架梁的加密区箍筋间距最小值为150mm、8d、hb/4中三者最小值。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第9.2.9条，700mm梁高对应非加密区箍筋最大间距可取250。建议无消防车荷载区域X向主梁箍筋调整为8@150/250，详见图4。

图4

⑵对于三段式的主梁，建议精细化设计箍筋，不应全长加密，详见图5。

图5

⑶经计算主次梁相交处剪力设计值约600kN，次梁两侧各3组四肢箍可承受的剪力为434kN，不足的承载力由吊筋承担，须配置214（60°），吊筋可承担剪力192kN，合计626kN，可满足计算要求，详见图6。

图6

2.3 框架柱混凝土标号调整

地下室框架柱混凝土标号按设计习惯普遍采用C30。本案例建议采取与主楼剪力墙相同的混凝土等级，由C30调整至C45，柱配筋可由计算配筋调整为构造配筋，详见图7。

图7

同时要考虑地库荷载较大，存在不平衡堆载，且采用高强混凝土（比原设计提高3个等级）要注意养护，否则存在开裂风险。

2.4 地下室底板配筋率调整

该项目原设计板厚为350mm，底板钢筋为12@160双层双向拉通，按2.0%配筋率进行设计。朱丙寅《建筑地基基础设计方法》文中提到，当防水板的配筋由水浮力控制时，防水板受力钢筋最小配筋率按《混凝土结构设计规范》GB0010-2010第8.5.1条确定；当为其他情况时，防水板受力钢筋的最小配筋率按《混凝土结构设计规范》GB0010-2010第8.5.2条确定，不小于0.15%。

设计建议：水头大于底板自重的通长筋最小配筋率按0.2%；无水头或者水头荷载小于底板自重的按0.179%；筏板基础底板可取0.15%。

2.5 筏板混凝土标号调整

目前针对筏板基础常规设计做法是采用C30混凝土设计，因C30混凝土具有较低的水化热，且满足混凝土耐久性的要求，在基础中广泛应用。而筏板厚度一般情况下由冲切控制，因此在上部荷载一定的前提下，筏板基础很难再进一步做薄，优化空间受到极大的限制。建议通过合理施工措施，将筏板混凝土强度等级由C30提高至C40，可以有效减小基础厚度，从而达到节省成本的目的。同时应注意，一般情况下，混凝土强度等级适当提高可减小筏板厚度，降低构造配筋量等。本建议可作为方案比选备选，混凝土强度等级可根据比选结果选择，应满足抗弯、抗剪、抗冲切等验算。

2.6 地下室侧壁配筋优化

原设计挡墙厚度300，按承载力计算，外侧墙底配筋为As=2610mm2。按裂缝控制计算，外侧墙底配筋选用了D22@150+D22@150，实际配筋As=5067mm2，裂缝验算宽度0.17mm<0.2mm。

按《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008第3.5.4条，在荷载作用下配筋混凝土构件的表面裂缝最大宽度计算值不应超过表3.5.4中的限值。对裂缝宽度无特殊外观要求的，当保护层设计厚度超过30mm时，可将厚度取为30mm计算裂缝的最大宽度。根据《全国民用建筑工程设计技术措施2009（结构）》（混凝土结构），按《混凝土结构设计规范》GB0010-2010公式计算得到的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件的裂缝宽度，对处于一类环境中的民用建筑钢筋混凝土构件，可以不作为控制工程安全的指标。其他基础构件（包括地下室挡土墙）的允许裂缝宽度可放宽至0.4mm。外墙挡土墙是压弯构件，计算裂缝宽度，目的是使裂缝控制在一定限度内，以减少钢筋锈蚀。但一类环境中，裂缝宽度对钢筋锈蚀没有明显影响。欧盟规范EN1992-1.1认为“只要裂缝不削弱结构功能，可以不对其加以任何控制”，“对于干燥或永久潮湿环境，裂缝控制仅保证可接受的外观，若无外观条件，0.4mm的限值可放宽”。

综上所述，侧壁配筋偏大原因为：

⑴侧壁按压弯构件设计，裂缝计算宽度可减小。

⑵裂缝验算的保护层厚度取50mm偏大，可按30mm控制。

⑶裂缝验算的水位可按常水位，不必按最高水位。（本工程水位较低，水位非主要影响因素）。

侧壁配筋优化结果：计算中按压弯构件，适当考虑墙顶荷载（侧壁顶上梁板传来），经优化，实配D18@150+D18@150（As=3386mm2），裂缝 0.187mm<0.2mm，比原配筋节省33%。

3 结论

地下室优化的方向突破以往的结构顶板选型局限，从各个角度如梁截面及配筋、框架柱混凝土标号、基础混凝土标号及配筋率、挡土侧壁配筋等出发，打破常规设计思路，实现更优结构设计方案。