地下室结构设计优化与成本控制

◎王乾

高层建筑的地下室造价要高于上层建筑结构造价，并且对建筑的稳定性有着重要影响，这是由于地下室结构一般先于地上部分施工，并且可以对后续的施工起到指导作用。因此，设计人员需要对地下室的设计重视起来，确保结构的合理性，并且加强成本控制，以下进行相关分析。

一、工程概况

某建筑工程为市政办公楼，规划用地面积6800m2，建筑总面积为14800m2，建设高度为38m，其中地上10 层，地下1 层，建筑主体为钢筋混凝土结构。地下室主要用于停车场，同时可用于人防工程。

二、地下室结构设计

（一）方案设计

当前，建筑的地下室成为了纵向空间合理利用研究的热点，需要在方案的设计中关注实用性，如果只凭借经验进行地下室设计可能存在遗漏问题，为此需要对科学的方法加以利用，明确设计的各项指标，其中主要包括设计目标控制指标与设计过程控制指标，之后在这些指标中量化分析设计的各项要素，提升设计的有效性，最终让地下室的空间得到合理利用。

（二）底部基础结构选型

一般情况下，平板式筏板基础为该地区地下室的基础结构设计主要形式。本工程基础持力层为可塑性粉质粘土或硬塑性粉质粘土，局部的独立柱基础并不能完全满足要求，而采用平板式筏板基础成本又较高。故本次基础设计是采用柱下独立基础+防水板的做法，对于局部独立柱基础下的承载力不足之处进行地基处理。在实际基础设计的过程中，考虑了独立基础和防水板抗浮能力和防渗漏能力，需要结合评估结果对材料选择，进而达到各项指标规定，让地下室的防渗漏、抗浮能力得到体现。设计人员采用了倒楼盖法，结合计算结果，本工程基础平均厚度比平板式筏板基础减少200 毫米。

此外，在底部基础结构设计中分析了钢筋使用的合理性，进而避免在同一个基础面进行重复的钢筋设置。设计人员分析了以下问题：如果钢筋与设置方向不一致，底部基础结构会出现大面积的保护层，对基础结构的稳定性造成影响；如果钢筋数量过多，就会超出规范限值，导致地下室的底部基础结构变形。使用需要借助数学计算方法对地下室底部基础结构分析，确保设计的精确性。结合设计的结果确定抗浮能力，进而避免底部基础结构由于无法承受地下室水压被破坏。在设计的过程中对于没有达到规定抗浮标准情况，为提高地下室的抗浮能力局部使用了抗拨桩技术。

（三）楼盖体系设计

在高层建筑的地下室结构设计中，设计人员采用了现浇无梁楼盖设计方法，将现浇无梁楼盖支撑在柱上方，根据是否有柱划分为有柱帽无梁楼盖和无柱帽无梁楼盖这两种类型，其中有柱帽无梁楼盖设计主要是确定柱帽的尺寸、形式，还要分析地下室结构的承载力、整体美观度。在柱帽厚度设计时分析了受冲切承载力，并以此设定厚度，柱帽高度要低于板的厚度，并且托板厚度低于原有柱帽高度25%，柱帽和托板在平面方向上的尺寸都比同方向上的柱截面宽度、高度多出4 倍。

根据纵向和横向可将无梁楼盖承受竖向荷载划分为柱上板带配筋与跨中板带配筋两种形式，具体如下：其一，柱上板带纵向受力钢筋的设计。将板面钢筋中一半以上的长度从柱帽边延伸，长度为超过区格板净跨的30%，其余的钢筋伸长度也要超过区格板净跨的20%。发现板底钢筋进行了连续布置，在钢筋连接时禁止人工绑扎搭接，全部采取机械连接或者焊接连接，进而保证了抗连续倒塌能力良好。钢筋接头设置在中间支座两侧，范围在原有区格板净跨30%之内。设计边支座位置的板底钢筋过程中，要求至少两根钢筋穿过柱的核心区域，进而确保锚固效果。其二，跨中板带纵向受力钢筋的设计。全部板面钢筋都柱帽边延入区格板，延伸长度超过原有区格板净跨22%。此外，板底钢筋用通长连续布置的或者锚固的方法固定在支座中，发现相邻区格板不同跨度将板面钢筋延伸长度的最小值参考较大跨度。

（四）外墙结构设计

在本工程中，地下室结构设计进行了外墙计算简图绘制，设计人员根据端铰支、下端嵌固方法展开，并且在地下室外墙顶部配筋设计时分析了地下室顶板配筋，在地下室的顶板厚度接近墙身时选择两端嵌固方式加以计算。相较于建筑其他部位，地下室外墙较为特殊性，主要包括了各种形式的荷载力以及各方向的荷载力。等同于扶壁柱的混凝土强度等级，并且纵筋之间相互匹配。设计人员考虑到竖向裂缝问题以及如何减少竖向裂缝，所以水平构造筋单边配筋率开展在原有基础上0.2倍之内，并且水平构造筋单边配筋率在原有基础的0.2 倍之内，水平筋之间的距离在150 毫米之内。在方案设计中，地下室采用的防水混凝土参考《地下工程防水技术规范》，分析了抗渗等级。在建筑工程地下室施工中，主要是分析外墙受力情况，并且优化分析过程，进而提升外墙的设计质量，而地下室外墙设计也要参照相关准则。地下室的外墙与土壤接触，所以设计了保护层，将混凝土保护层设置至少40 毫米，然后在外侧和内侧分别配置水平钢筋、竖向钢筋。此外，设计过程中还需要分析资金问题，在确保地下室外墙的承载性、强度的前提下控制好成本。此外，设计中并非将混凝土强度设置越高越好，偏高等级的混凝土收缩力更大，容易出现裂缝问题，因此需要设置后浇带。

（五）建筑工程地下室结构优化

1.设计地下室结构。

对地下室结构合理设计可以保证其抗震性能，设计过程中将半地下室高于外地面，也就是从室外地面算起，总高度无需计算层数，并且地下室的墙柱和上部结构的墙柱保持协调。当顶板室内外板面的标高超过梁高范围会产生错层，为此需要及时处理。根据相关规范上部结构部位应使用梁板结构，对于地下室的顶板没有梁楼盖这种情况，不得将上部结构部位计算其中，而是向下计算，确保达到地下室楼层的位置，不过剪力墙底部加强区层数计算需要从地面开始往上，并且包括地下层。

2.提高抗浮和抗渗能力。

由于地下水位会变化影响地下室明显，需要在设计的过程中分析地下室抗浮指标，并且将地下水位的变化幅度作为参考。在地下室抗浮设计期间，设计人员需要确定地下室的使用极限，这样可以避免由于抗浮不够对局部造成破坏。在钢筋混凝土结构施工期间，进行后浇带使用时作为混凝土早期释放约束力的技术，作用在于可以增强地下室的抗渗能力。

三、控制地下室结构成本的有效方法

（一）地下车库的成本控制

一般来说地下车库不属于可售出的面积，所以地下车库的面积越大代表投入的资金量越多，需要在设计的过程中对可出售的面积和建设总建筑面积的比率加以控制，一旦超过规定值将对效益产生影响。因此在结构设计的过程中需要将地下车库面积较小的设计。此外，需要分析地下车库的车位配比。一般车位的配比越低则投入的建设资金越低，并且车位配比越大则代表成本投入越多，在本工程中车位配比为0.85，并且对每个车位的面积加以控制，一般来说，地下车库钢筋混凝土结构跨度为8米，根据3 个小车位的柱距设置，将柱网控制在8-8.2 米，并且保证车位通道垂直，不影响车辆通行的前提下实现车位的紧凑布置。

（二）地下室深度的成本控制

这一过程中需要分析层高和层数，都和施工期间的土方开挖量关系密切，主要影响因素包括基坑围护投入的资金、地下室底板和侧壁配筋的投入资金、抗拔桩和抗浮锚杆费用，并且地下室的深度小更容易控制造价。某工程的项目占地面积大，只能设置一层地下室，但是比二层地下室节约更多成本，这是由于二层地下室竖向布置，使得投入的资金存在差别。当地下一层面积大于地下二层面积，超出的面积越多，节约的资金越多。此外，地下室层高和工程造价成为正比关系，一般层高每降低100 毫米可减少资金1.5%，综合以上分析，一般将地下室将层高设置在3.6 米之内，具体说来：其一，对楼盖体系合理选择，把结构梁高控制在一定范围内；其二，对地下专业设备管线和管网合理布置，至少可以节约200 毫米的空间；其三，进行地下车库通风排烟设计，由此减少机械通风排烟设备，并且节约成本。

（三）人防面积的成本控制

根据建筑施工的相关规定，对人防面积设计有着具有要求，不得随意作出调整，这是由于人防地下室面积不能多建，在工程建设初期就形成了硬性指标。从资金投入情况看，相较于非人防地下室，人防地下室投入资金更多，每平方米资金大约多600 元。因此，在设计的过程中需要控制人防面积的成本，进而减少投入的资金量。

结束语：

综上所述，高层建筑的地下室的设计中，不仅需要分析基本结构，还需要考虑成本控制，也就是在成本预算范围内保证施工质量。设计方案制定需要高度关注，做到精细化设计才能提升成本控制效果，为建设单位带来更大效益。