建筑工程中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

楊明錄

【摘要】隨著高層建筑的飛速發(fā)展，其建筑設(shè)備用房、地下消防水池和汽車停車位多功能都應(yīng)用在地下室，因此在高層建筑設(shè)計(jì)中，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)繁多、意義重大。文章分析了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題，并針對(duì)性提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。

【關(guān)鍵詞】建筑工程 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì) 抗震設(shè)

目前城市土地資源日益緊缺，建筑及城市交通有逐漸向地下發(fā)展的趨勢(shì)。然而，建筑由于其功能和結(jié)構(gòu)本身的需要，大多設(shè)置了地下室。隨著建筑層數(shù)的日益增高，地下結(jié)構(gòu)已向多層發(fā)展，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及防水等日益成為建筑工程界關(guān)註的熱點(diǎn)。由于地下室工程的施工環(huán)境特殊、隱蔽性大、涉及的工種多、施工復(fù)雜，也容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，因而對(duì)設(shè)計(jì)和施工有一定的特殊要求。

一、地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)概述

地下室工程涉及的專業(yè)極為復(fù)雜，在建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設(shè)備用房及管道、坑道、排水、通風(fēng)、采光等各專業(yè)的配合。對(duì)于具有大底盤地下室的高層建筑群體而言，塔樓部分一般在使用階段不會(huì)存在抗浮問題，但裙房及純地下室部分經(jīng)常會(huì)有抗浮不滿足要求的問題。而且由于實(shí)際地下室抗浮設(shè)計(jì)中往往只考慮正常使用極限狀態(tài)，對(duì)施工過程和洪水期重視不足，因而也會(huì)造成施工過程中由于抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞，加上地下室防水工程是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，涉及設(shè)計(jì)、施工、材料選擇等諸多方面因素，因此造成了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)繁多，一般來講概括起來為：（1）結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)；（2）抗震設(shè)計(jì)；（3）地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)；（4）外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

二、建筑工程地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)

在高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設(shè)備用房及管道、坑道、排水、通風(fēng)、采光等各專業(yè)的配合。例如地下室的長度超過設(shè)計(jì)規(guī)定長度時(shí)，需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合，確定是否設(shè)置變形縫，通常應(yīng)盡可能少設(shè)或不設(shè)變形縫，因?yàn)樵O(shè)置變形縫會(huì)使得變形縫處的防水處理變得復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員可以通過設(shè)置后澆帶和合理使用混凝外加劑或地上設(shè)縫、地下不設(shè)縫等方式，達(dá)到不設(shè)縫的目的。若地下室過長依靠設(shè)置后澆帶的方法難以解決，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理地調(diào)整平面將地下室分割成幾個(gè)小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設(shè)置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補(bǔ)救。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地設(shè)置采光通風(fēng)井，若高層建筑采光通風(fēng)井位置設(shè)計(jì)不當(dāng)，例如在側(cè)壁外作附加通長采光井，而采光井外壁又不能與地下室頂板整體連接，會(huì)造成地下室保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風(fēng)力作用傳至側(cè)壁及地面，不能滿足高層建筑的埋深要求。

（二）抗震設(shè)計(jì)

一般來講地下室抗震設(shè)計(jì)中較為常見的問題為：多層建筑中半地下室埋深不夠，房屋層數(shù)包括半地下室層已達(dá)8層，層數(shù)和總高度超過要求，違反GB50011-2001第7.1.2條。地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)嵌固端，地下室一層抗震等級(jí)定為三級(jí)，而上部結(jié)構(gòu)為二級(jí)，按GB50011-2001第6.1.3條地下室也應(yīng)為二級(jí)。

若地下室設(shè)計(jì)不當(dāng)，對(duì)其整體的抗震性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)施工圖審查要點(diǎn)，一般來講，對(duì)于半地下室的埋深要求應(yīng)大于地下室外地面以上的高度，才能不計(jì)算其層數(shù)，總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結(jié)構(gòu)的墻柱應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。對(duì)地下室頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化處，當(dāng)標(biāo)高變化超過梁高范圍時(shí)則形成錯(cuò)層，應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行處理，否則不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的部位。相關(guān)規(guī)范明確規(guī)定，作為上部結(jié)構(gòu)部位的地下室樓層的頂樓，蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)，地下室頂板為無梁樓蓋時(shí)不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的部位。結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)向下計(jì)算至滿足要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)層數(shù)應(yīng)從地面往上計(jì)算，并應(yīng)包括地下層。

（三）地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)

地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。實(shí)際在地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮正常使用的極限狀態(tài)，而對(duì)施工過程和洪水期重視不足，因而會(huì)造成地下室施工過程中因抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建筑，由于地下室的面積較大、形狀又不規(guī)則，且地下室上方的局部沒有建筑，此類抗浮問題相對(duì)難以處理，須作細(xì)致分析后再進(jìn)行處理。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足受力要求外，抗?jié)B也是其中一個(gè)重點(diǎn)。

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作，要達(dá)到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施：（1）補(bǔ)償收縮混凝土。在混凝土中摻微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當(dāng)其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時(shí)，即可控制裂縫；（2）膨脹帶。混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會(huì)完全補(bǔ)償混凝土的早期收縮變形，而設(shè)置補(bǔ)償收縮混凝土帶可以實(shí)現(xiàn)混凝士連續(xù)澆註無縫施工；（3）后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長久性變形縫已有很大的改進(jìn)并廣泛應(yīng)用；（4）提高鋼筋混凝土的抗拉能力。混凝土應(yīng)考慮增加抗變形鋼筋，如側(cè)壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強(qiáng)化作用；側(cè)壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設(shè)置一道水平暗梁抵抗拉力。當(dāng)然，在采取以上措施時(shí)，同時(shí)要註意混凝土的養(yǎng)護(hù)。

（四）外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室的外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，應(yīng)按水、土壓力驗(yàn)算，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下要求：（1）荷載。地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、側(cè)向土壓力和人防等效靜荷載。（2）靜止土壓力系數(shù)。靜止土壓力宜由試驗(yàn)確定，當(dāng)不具備試驗(yàn)條件時(shí)，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7；（3）地下室外墻的配筋計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，在外墻的配筋計(jì)算中，對(duì)于帶扶壁柱的外墻，不是根據(jù)扶壁柱的尺寸大小進(jìn)行計(jì)算，而是均按雙向板計(jì)算配筋；扶壁柱則按地下室結(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)果進(jìn)行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。根據(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，這種設(shè)計(jì)將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。

三、結(jié)語

高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯然是一個(gè)復(fù)雜的過程，但是，只要把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，抓住設(shè)計(jì)重點(diǎn)，以合理的設(shè)計(jì)為前提，進(jìn)行全面考慮，使建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作發(fā)揮其最大的經(jīng)濟(jì)作用和社會(huì)效益、戰(zhàn)略效益。