建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

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摘要：建筑工程的地下室因具有開發(fā)成本高，產(chǎn)出價值低的特點(diǎn)，其設(shè)計和施工容易受到開發(fā)商和工程設(shè)計人員的忽視。如果地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，在施工中容易影響建筑整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，嚴(yán)重時會引發(fā)工程質(zhì)量事故。設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合建筑項目特點(diǎn)，提高地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性，有效利用地下室的空間資源，保證地下室結(jié)構(gòu)功能的同時，提升其經(jīng)濟(jì)價值。

關(guān)鍵詞：建筑工程；地下室結(jié)構(gòu)；設(shè)計方法

建筑設(shè)計是施工作業(yè)的重要依據(jù)，科學(xué)設(shè)計的施工圖能夠保證建筑工程的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。設(shè)計的質(zhì)量決定工程整體的建筑質(zhì)量，所以要求設(shè)計人員具有較高水平的專業(yè)素質(zhì)，保證設(shè)計達(dá)到建設(shè)方的要求和標(biāo)準(zhǔn)。在建筑工程的設(shè)計過程中，應(yīng)重視地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。地下室處于建筑最底層位置，一般情況下承擔(dān)著建筑的全部荷載，對整體建筑的穩(wěn)固性起到重要的影響作用，同時也決定著工程的建設(shè)質(zhì)量，工程人員有必要對建筑工程的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)研究。

1建筑工程地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計難點(diǎn)

1.1抗震設(shè)計

地震是國內(nèi)較常見的自然災(zāi)害，強(qiáng)級地震會損害建筑的承重結(jié)構(gòu)，對居民的生命財產(chǎn)安全形成嚴(yán)重威脅，重大的地震災(zāi)害會造成大面積建筑坍塌和人員傷亡事故。所以，設(shè)計人員應(yīng)重視地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，地下室的抗震設(shè)計等級必須符合規(guī)范要求。不同地區(qū)的建筑工程應(yīng)采用相適宜的抗震設(shè)計。設(shè)計人員在工作前，需要進(jìn)行實(shí)地勘察，對勘察結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析，將分析結(jié)果作為抗震設(shè)計的重要依據(jù)，確保建筑工程的地下室結(jié)構(gòu)具備相應(yīng)的抗震能力?？拐鹪O(shè)計還要充分考慮建筑工程的地質(zhì)條件，發(fā)生地震時，土質(zhì)的壓實(shí)度也會較大程度影響地建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，有效結(jié)合土質(zhì)特性進(jìn)行設(shè)計，可以提升地下室結(jié)構(gòu)的抗震能力。

1.2抗?jié)B透設(shè)計

在地下室的建設(shè)過程中，地下土層的積水會產(chǎn)生滲透作用，雖然設(shè)計時設(shè)計人員會充分考慮周圍土層對地下室的影響作用，但由于建筑施工本身的特性，滲透積水仍會對地下室造成侵蝕，如果建筑工程所在地有較長期的雨水季節(jié)，地下室還會發(fā)生上浮現(xiàn)象，土層含水量也會逐漸增加，不斷浸潤地下室的結(jié)構(gòu)墻體，最終使地下室墻體損毀、開裂，引發(fā)工程質(zhì)量問題。因此，地下室的抗?jié)B透設(shè)計是技術(shù)人員面臨的較大設(shè)計難題。

1.3建筑超長結(jié)構(gòu)設(shè)計

我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，推動建筑行業(yè)迅猛發(fā)展，綜合大型建筑逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)小型建筑。綜合性大型建筑為了增加內(nèi)部空間并提高商用價值，多具有大橫跨的特點(diǎn)。超長橫跨結(jié)構(gòu)使建筑工程的設(shè)計和施工難度增加，為了保證建筑物的質(zhì)量和安全性，建筑設(shè)計人員需具備較高的專業(yè)能力。在進(jìn)行建筑整體設(shè)計時，要全面考慮建筑結(jié)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)承載力，關(guān)注混凝土收縮性能和地下室溫度變化對建筑結(jié)構(gòu)的影響，避免因受力不均或溫差過大等原因?qū)е碌叵率覊w開裂。

2建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

2.1平面結(jié)構(gòu)設(shè)計

進(jìn)行建筑工程地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，需做好平面設(shè)計工作。地下室的平面設(shè)計要保證地下室負(fù)荷能力符合項目要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，同時實(shí)現(xiàn)空間布局的科學(xué)性和合理性。設(shè)計人員應(yīng)合理規(guī)劃建筑區(qū)域的承重結(jié)構(gòu)和面積布局，科學(xué)利用地下室的有限空間。技術(shù)人員在設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合建筑使用功能的具體需求確定設(shè)計方案。例如民用、商用的地下停車位設(shè)置，地下人防工程設(shè)計需求，商業(yè)建筑的地庫開發(fā)利用，等等。利用平面設(shè)計方案還可分析整體空間設(shè)計是否具備合理性，是否能夠充分發(fā)揮地下室在建筑使用過程中的功能作用。

2.2地下室變形縫與后澆帶設(shè)計

高層建筑的變形縫包括沉降縫、伸縮縫和防震縫。設(shè)置沉降縫是為了確保建筑物沉降均勻，避免因過度沉降使建筑體發(fā)生斷裂。在施工過程中，有目的地將建筑分成幾個部分，使建筑物從上部至基礎(chǔ)完全斷開，降低不均勻沉降對建筑體的影響；伸縮縫（如圖1所示）是防止建筑物因溫度變化，發(fā)生過度收縮而導(dǎo)致建筑體發(fā)生斷裂。在施工中將建筑物從基礎(chǔ)向上斷開，降低建筑物受溫度變化產(chǎn)生收縮變形的影響；防震縫主要為防止建筑物受地震破壞。施工中有規(guī)律地將建筑體劃分為若干具有規(guī)律性和獨(dú)立性的防震單元，發(fā)生地震災(zāi)害時，建筑體不會因震動單元不規(guī)則而受損毀。設(shè)置防震縫可采取斷開基礎(chǔ)的設(shè)計方案，也可采取不斷開的設(shè)計方案。工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須將上述三種變形縫考慮在內(nèi)，合理設(shè)置變形縫，可以提升建筑體的穩(wěn)定性。高層建筑物的地下室需滿足相應(yīng)的防水要求，變形縫是防水薄弱處，施工中應(yīng)妥善處理，避免地下水滲透對建筑造成影響。地下室的設(shè)計常采用后澆帶和加強(qiáng)帶等工程措施，有效防止變形縫發(fā)生滲水現(xiàn)象。設(shè)計技術(shù)人員需注意使用后澆帶施工方案，不能直接降低建筑物在使用過程中，結(jié)構(gòu)體承受的溫度和沉降引起的應(yīng)力。

2.3地下室抗?jié)B與抗浮的設(shè)計方法

地下室的抗浮設(shè)計需考慮地下水位變化。如果地下室設(shè)計只考慮正常使用狀況，未將施工過程作為工程設(shè)計影響因素，容易使地下室在施工建設(shè)期因抗浮效果未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)而使建筑物局部發(fā)生破壞；或者地下室的大部分面積承受建筑荷載，局部承受建筑物荷載較小或未承受荷載，地下室承受荷載不均會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)受到損毀，這些情況都是設(shè)計和施工工作中的難點(diǎn)，需要設(shè)計人員在進(jìn)行抗浮設(shè)計時對工程實(shí)際情況進(jìn)行全面分析，然后再確定設(shè)計方案。在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)的抗?jié)B設(shè)計時，一般采取如下方法：一是在混凝土內(nèi)加入膨脹劑補(bǔ)償混凝土的收縮效果；二是設(shè)計膨脹帶；三是設(shè)計后澆帶；四是根據(jù)實(shí)際需求采取有效措施改善鋼筋混凝土的抗拉性能。

2.4抗震性能設(shè)計方法

在進(jìn)行建筑抗震性能設(shè)計時，需要設(shè)計人員勘測并分析建筑所在區(qū)域的地質(zhì)情況，如果所在區(qū)域?yàn)榈卣鸲喟l(fā)區(qū)，應(yīng)遵照當(dāng)?shù)氐牡卣鸬燃壟c抗震要求進(jìn)行設(shè)計，滿足地下室具備足夠建設(shè)深度的同時確保地基承載力達(dá)到設(shè)計要求，降低建筑在地震中發(fā)生形變的概率，提升建筑整體的穩(wěn)固性。設(shè)計人員進(jìn)行抗震性能分析時要結(jié)合地下室墻體結(jié)構(gòu)的實(shí)際特點(diǎn)，合理選擇地下室墻體建造所用的材料，利用材料的性能達(dá)到提高地下室墻壁穩(wěn)固性的目的，同時提升地下室建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。在地下室抗震性能設(shè)計時，還要將建筑整體的穩(wěn)定性考慮在內(nèi)，保證建筑物不會因倒塌而影響整體平衡。

2.5地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

科學(xué)計算地下室外墻的混凝土鋼筋配比，是確保外墻承載力達(dá)到設(shè)計要求的關(guān)鍵。因地下室處在建筑底層，承載著建筑整體負(fù)荷，地下室外墻是重要的承重結(jié)構(gòu)，確保地下室承載力滿足建設(shè)需求是地下室外墻設(shè)計工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。合理選擇配筋比，充分利用混凝土和鋼筋的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)地下室外墻抗壓能力達(dá)到設(shè)計要求，同時也能確保建筑物具有較高的穩(wěn)固性。

2.6頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

地下室的頂板是與上層建筑連接的重要結(jié)構(gòu)。設(shè)計地下室頂板結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員要采用地下室與上層建筑協(xié)同設(shè)計的原則，對設(shè)備的管線高度進(jìn)行綜合分析研究，確保頂板厚度符合設(shè)計要求。計算地下室頂板承載力時要結(jié)合建筑功能綜合分析，同時還要考慮施工中可能存在的環(huán)境影響因素。

2.7地下室超長結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

目前的商用建筑地下室的設(shè)計長度多超過40m，設(shè)計時要注意超長結(jié)構(gòu)的受力狀況對地下室質(zhì)量的影響。設(shè)計人員不僅要計算地下室的結(jié)構(gòu)承載力，還要綜合考慮環(huán)境溫度與濕度對承重結(jié)構(gòu)的影響，避免因環(huán)境問題導(dǎo)致地下室墻面產(chǎn)生裂縫。如果超長結(jié)構(gòu)的地下室產(chǎn)生裂縫要及時采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)救，以免引發(fā)更大的質(zhì)量問題，在地下室施工完成后還應(yīng)做好后期的混凝土養(yǎng)護(hù)工作。

2.8墻柱設(shè)計

工程設(shè)計人員需注意地下室的墻柱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與地面建筑墻柱的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在較大的差異，設(shè)計人員進(jìn)行地下室墻柱設(shè)計時需根據(jù)項目實(shí)際需求和設(shè)計規(guī)范制定設(shè)計方案。在圖紙設(shè)計時需注意：建筑的基礎(chǔ)埋深應(yīng)從室外地面標(biāo)高算起。對于地下室而言，當(dāng)設(shè)計采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時，應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高算起。高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，需要根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)的驗(yàn)算結(jié)果確定設(shè)計方案，但地下室結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，不能直接套用地上建筑物的設(shè)計方法，需考慮地下室埋深的影響因素。如果地下室埋深未達(dá)到建設(shè)要求或規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，會嚴(yán)重影響建筑物整體的穩(wěn)定性。在地下室施工作業(yè)時要注意地下室房間的地平面比室外地坪低的高度應(yīng)超過地下室凈高的一半，一般情況下可直接將地下室底板頂面作為固定端，可將室外地坪到地下室底板頂面高度作為埋深。

2.9地下室底板設(shè)計

地下室底板要能夠承受建筑物的荷載，還要保證地下室具備一定的抗?jié)B和防水功能。因此，應(yīng)科學(xué)計算地下室底板的厚度和配筋率，底板厚度要結(jié)合建筑抗震要求、建筑荷載、地下室工程做法等因素綜合確定，一般情況下，可將底板厚度控制在400mm～600mm范圍內(nèi)，底板配筋率可選擇0.25%。進(jìn)行地下室底板設(shè)計時，應(yīng)注意區(qū)分箱形基礎(chǔ)與筏形基礎(chǔ)的不同設(shè)計要求，底板設(shè)計需要滿足沖切、剪切、抗彎、局部受壓等要求。

2.10保護(hù)層與墊層厚度設(shè)計

地下室保護(hù)層與墊層厚度需根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》要求確定，防水混凝土結(jié)構(gòu)底板的混凝土墊層要保證強(qiáng)度等級等于或大于C15，厚度等于或大于100mm，在軟弱土層的厚度要等于或大于150mm。防水混凝土的結(jié)構(gòu)厚度需保證等于或大于250mm，地下室工程防水混凝土迎水面鋼筋的保護(hù)層厚度需等于或大于50mm。地下室的保護(hù)層和墊層的厚度，直接影響著地下室的建筑質(zhì)量，對地下室進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，可保證地下室具備較好的抗壓性，使地下室滿足建筑設(shè)計要求的同時，提升建筑整體的穩(wěn)固性。所以設(shè)計人員應(yīng)重視地下室的保護(hù)層和墊層的設(shè)計工作。

3結(jié)語

地下室處于建筑物的最低層，承擔(dān)建筑物的整體負(fù)荷，對建筑整體的穩(wěn)固性和安全性具有重要的影響作用。工程設(shè)計人員應(yīng)重視地下室的設(shè)計工作，確保地下室達(dá)到荷載設(shè)計要求的同時，還要使地下室具備一定的抗?jié)B防水功能。提升地下室的設(shè)計水平，確保建筑質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李茂才.建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與研究[J].住宅與房地產(chǎn),2020(9).

作者：李剛 單位：蘭州市城市建設(shè)設(shè)計院