建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與探討

袁景生

摘 要：高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)將涉及到許多較為復(fù)雜的知識(shí)，主要是滿足人們多樣化的生活需要。高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是保證其承載能力、抗浮性、防水性、防滲性和預(yù)防沉降變形等。因此，設(shè)計(jì)師應(yīng)不斷提高自己的專業(yè)水平和設(shè)計(jì)水平，設(shè)計(jì)出安全可靠、功能強(qiáng)大的地下室結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：建筑工程；地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 前言

建筑地下室工程所涉及到的內(nèi)容是多方面的，并且其比較復(fù)雜。目前，在大多數(shù)的建筑工程中，都將地下室的建筑當(dāng)成了其中非常重要的一個(gè)內(nèi)容。在進(jìn)行設(shè)計(jì)建筑地下室結(jié)構(gòu)時(shí)，需要將地下室的功能、要求、抗震、抗浮抗?jié)B等很多因素綜合的考慮起來。既不能影響地下室的使用，還要保證其工程質(zhì)量能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。為了從根本上提高建筑地下室的施工質(zhì)量，就要加強(qiáng)對建筑地下室的結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，以此來強(qiáng)化建筑地下室的功能。

2 建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)特點(diǎn)

地下室結(jié)構(gòu)體系需要對地面的建筑體系進(jìn)行參考。在項(xiàng)目前期方案協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使地下室的承重構(gòu)件同地面建筑的承重構(gòu)件相對應(yīng)，使荷載能通過地下室自身的承重構(gòu)件直接被傳遞到地基的基礎(chǔ)上。按彈塑性工作階段對鋼筋混凝土自身結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)可能會(huì)降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，所以不如先使結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，使其吸收更多能量，提高材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可使材料盡可能得到完全利用，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。在爆炸動(dòng)荷載狀態(tài)下只進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，不計(jì)算變形、裂縫和地基承載力。對于地下室其自身結(jié)構(gòu)抗震的要求給予關(guān)注，使其自身的抗塌毀能力有所提升。在最初進(jìn)行地下室設(shè)計(jì)時(shí)，需對其自身選擇的材料強(qiáng)度等級，結(jié)構(gòu)組件自身最小的厚度及最小配筋率等給予考量。此外，還應(yīng)按照地面高層建筑設(shè)計(jì)嵌固端構(gòu)造及超長結(jié)構(gòu)的差異沉降進(jìn)行處置等。

3 現(xiàn)代建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

3.1 一定要選擇合理的地下室結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖

在進(jìn)行現(xiàn)代建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的一個(gè)依據(jù)就是地下室結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖。所以，一定要將此重視起來。如果由于不謹(jǐn)慎，選擇了一個(gè)不合理的地下室結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，那么就會(huì)使得建筑地下室在缺乏科學(xué)依據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而會(huì)影響到整個(gè)建筑物的施工質(zhì)量。

3.2 在設(shè)計(jì)地下室結(jié)構(gòu)時(shí)一定要在合理性的基礎(chǔ)上進(jìn)行

在對現(xiàn)代建筑地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要將建筑物的整體功能與建筑物所在區(qū)域地理環(huán)境的特征充分的結(jié)合在一起，對影響地下室結(jié)構(gòu)的周圍的環(huán)境以及條件進(jìn)行詳細(xì)的分析，最后將各種因素綜合的考慮在一起，選擇出最合適，最科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。

3.3 要保證現(xiàn)代建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性

在對現(xiàn)代建筑地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要將建筑物的特點(diǎn)充分的考慮在其中，根據(jù)建筑物本身的特點(diǎn)選擇適合本建筑的地下室的結(jié)構(gòu)形式，從而對地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的優(yōu)化。

4 地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4.1 地下室防火、汽車庫與設(shè)備用房分區(qū)設(shè)計(jì)

地下室防火區(qū)面積通常為五百平方米，而建筑地下車庫的防火分區(qū)為兩千平方米，如果地下室局部設(shè)置自動(dòng)化噴淋系統(tǒng)，可使得局部面積翻倍但是不可超過兩千平方米。高層建筑主要包括展覽區(qū)、商業(yè)營業(yè)區(qū)等，在初期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要考慮自動(dòng)化報(bào)警和滅火系統(tǒng)，并且確保在裝修施工過程中不適用易燃易爆建筑材料。汽車庫防火分類按照以下數(shù)據(jù)：地下車庫的種類包括小型車庫（四類）、中型車庫（二類、三類）、大型車庫（一類）；地下車庫容量和面積，小于等于五十輛汽車的車庫面積為兩千平方米以下、五十至一百五十輛汽車的車庫面積為兩千至五千平方米、一百五十至三百輛汽車的車庫面積為五千平方米至一萬平方米、三百兩以上輛汽車的車庫面積為一萬平方米以上。此外，在進(jìn)行停車場與車庫設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要注意室內(nèi)停車場建筑的面積不可以歸入車庫建筑總面積中。如果室內(nèi)停車場和地下車庫沒有連接通道，需要對室內(nèi)停車場的汽車數(shù)量進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，反之則需要計(jì)入汽車庫汽車總數(shù)量內(nèi)。

4.2 地下室防火設(shè)計(jì)

防火和防護(hù)單元的分區(qū)設(shè)置需要盡量結(jié)合，防止出現(xiàn)人防防護(hù)分區(qū)覆蓋或跨越防火分區(qū)。防護(hù)單元建筑面積有著一定的變動(dòng)性，在建筑方案中如果人員掩蔽工程防護(hù)單元按照掩蔽面積小于或等于八百平方米進(jìn)行劃分；配套工程面積按照掩蔽面積小于或等于兩千四百平方米進(jìn)行劃分，則新規(guī)范中人員掩蔽工程面積按照建筑總面積小于或等于兩千平方米進(jìn)行劃分；配套工程面積按照建筑總面積小于或登記四千平方米進(jìn)行劃分，確保人防和防火的分區(qū)能夠良好結(jié)合。此外，地下車庫防火的分區(qū)面積需要小于或等于四千平方米。最佳建筑設(shè)計(jì)為，防火分區(qū)內(nèi)增設(shè)兩個(gè)防火單元，或者平均每個(gè)防火分區(qū)為一個(gè)防護(hù)單元分區(qū)，實(shí)現(xiàn)平站轉(zhuǎn)換便捷。

4.3 抗震設(shè)計(jì)

因地下室周邊有很大剛度的擋土側(cè)壁并受到外側(cè)土壓力的限制，在地震作用下其側(cè)向位移必然會(huì)受到土的約束，所以地下室對高層建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固效果是客觀存在的，因此上部結(jié)構(gòu)底部的水平地震力通過地下室頂板進(jìn)行傳遞是必然的，故高層地下室頂板必須具有足夠的剛度和較強(qiáng)的整體性，以保證可將上部結(jié)構(gòu)的地震力進(jìn)行有效傳遞。帶地下室的高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼敯逡曌魃喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地震作用下結(jié)構(gòu)的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時(shí)將影響到地下一層；地面以下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)逐漸減小。因此，規(guī)范規(guī)定地下一層的抗震等級不能降低，而地下一層以下不要求計(jì)算地震作用，其抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低。

4.4 抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)

地下室的特殊位置決定了其與土和水的接觸非常密切，當(dāng)?shù)叵滤惠^淺、地下室層高過大或是埋深過深時(shí)，地下室底板上的水浮力常會(huì)大于地下室總配重；當(dāng)超載的水浮力不能被平衡時(shí)，地下室基礎(chǔ)底板易上浮變形，進(jìn)而造成開裂或是不均勻沉降，因此需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)考慮地下水浮力的不利作用。地下室的抗浮設(shè)計(jì)有以下途徑：一種是增加底板以上結(jié)構(gòu)的配重，包括增加覆土厚度、加大頂板和底板的厚度等以增大上部結(jié)構(gòu)的重量，但這種方法是以犧牲地基的承載力為代價(jià)的，勢必造成浪費(fèi)；第一種方式是采取必要的措施減小水浮力（或者稱為降低水頭），主要通過設(shè)置明溝、暗溝和排水井和抽水泵等措施，將基礎(chǔ)底板下的地下水排走從而降低水位以減小水浮力；第三種方法是采取措施分擔(dān)或抵消多余的水浮力，主要是設(shè)置抗拔樁或是抗拔錨桿，這也是工程中使用最多的方式。

4.5 地下室抗裂處理

地下室裂縫出現(xiàn)的主要原因是混凝土材料中土體量過大，在長期使用過程中使得結(jié)構(gòu)中伸縮縫間距不斷擴(kuò)大而造成的長度裂縫。同時(shí)，混凝土材料在實(shí)際施工過程中出現(xiàn)干縮、水泥的水化熱等現(xiàn)象也是導(dǎo)致地下室樓板和墻體出現(xiàn)裂縫的又一重要因素。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要采用以下對策：第一，增加施工的后澆帶操作，將混凝土約束力最大程度上發(fā)揮出來。第二，通過在混凝土材料中增添微膨脹物劑，強(qiáng)化混凝土材料補(bǔ)償收縮性能。采用混凝土膨脹程度來緩解收縮值，最終實(shí)現(xiàn)抵消裂縫這一目標(biāo)。第三，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗拉程度，增加地下室外墻水平鋼筋配筋比例，進(jìn)而降低水平鋼筋的間距。

5 結(jié)語

高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)會(huì)涉及到許多相對復(fù)雜的知識(shí)，同時(shí)其中也出現(xiàn)了非常多的問題并未得到合理的處置。相信在日后我國的學(xué)者也會(huì)致力在對于地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問題的處置上，使高層建筑其自身地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平得到提升。

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