城市綜合體地下室結構的優化設計

曾珂

摘 ? ?要：本文針對城市綜合體地下室結構的優化，結合工程實例，從地下室主要構件確定、荷載取值設計、基礎選型設計、嵌固層選擇四個方面分析了具體的優化設計思路。分析結果表明，綜合體地下室結構復雜，設計難度較大，為保證設計效果，需要從多個方面同時入手，才能在保證設計效果的基礎上，降低建設成本，獲得更大的經濟效益，值得高度重視。

關鍵詞：城市綜合體;地下室結構;主要構件;荷載取值

1 ?引言

針對現代化建筑工程對使用功能多樣化的需求，城市綜合體建筑工程越來越多，和單一建筑工程相比，綜合體建筑工程通常帶有較大規模的地下室，當做停車庫、設備用房、人防等。其結構功能非常復雜，且荷載也比較大。地下室建筑成本比較高，對城市綜合體地下室結構優化設計，可有效降低施工難度和施工成本，獲得更多效益。

2 ?工程概述

某城市綜合體，由4棟主樓共同組成，包括：22層、26層、20層，1棟裙房。地層上部結構和主樓結構相互分離，地上建筑面積為12.6萬平方米，地下建筑面積5.2萬平方米，地下室結構共兩層，高層分別是4.6m和4.4m。該城市綜合體地下室結構設計使用年限為50年，安全等級為二級，基本風壓為0.4kN/m2，基本雪壓為0.65kN/m2，抗震設防烈度為為7度，最大地震影響系數為0.08。

3 ?城市綜合體地下室結構優化設計要點

3.1 ?地下室主要構件確定

本城市綜合體地下室結構比較復雜，涉及到的構件也比較多，為提升設計效果，需要對每個構件進行全面系統的優化選擇設計，主要包括以下內容：

第一，柱網結構確定。柱網結構要嚴格按照城市綜合體的具體使用功能合理布置，就地下室規模比較大，和塔樓成45°夾角布置，因此，地下車位、人防、設備用房等結構的布置比較緊湊。為更加科學的優化的車位位置，柱網采用了兩種扁柱結構，一種是400×700扁柱，另一種是500×600扁柱，柱網結構開間為7900mm，具體的進深尺寸，按照車位情況合理決定，通過此種優化設計后，在地下室長方向，可設置2個車位。

第二，頂板厚度確定。按照城市綜合體地下室結構設計規范和標準的要求，普通地下室頂板厚度不能低于160mm，如果在頂板上做嵌固端，則頂板厚度不能小于180mm，人防部位的頂板厚度不能低于200mm。本工程為地下室覆土厚度較大，同時需要滿足消防車荷載、人防荷載、預計施工堆載等的要求。結合過往設計經驗，該地下室結構內部分頂頂板的取值為180mm厚，外露部分取是200mm，且板配筋率要高于規范標準的0.3%做加強設計。

第三，側壁厚度。在城市綜合體地下室結構側壁設計時，既要滿足土壓力、水壓力、人防荷載承載力的需求，還要滿足人防地板、頂板鋼筋錨入側壁的要求，因此，側壁設計厚度不能低于350mm。

第四，梁截面。城市綜合體地下室結構布梁方式通常有兩種，一種是單向布梁，另一種是雙向布梁。單向布梁半跨為大約為2.7m，且主跨梁截面積配筋略大于次跨。雙向布梁時梁跨大約為4.0m，截面配筋大致相同。如果僅從成本的角度來看，二者的成本基本相同。但單向布梁采用的板筋比較少，且施工更加靈活邊界。因此，本工程采用了單向布梁。但柱截面的寬度為400mm，如果按照常規設計梁截面高度較大，會抵消掉部分凈高，為解決這一問題，在消防車通道設計時，主方向梁截面設計為700×900，次方向400×800。無消防車位置，主方向梁截面設計為600×900，次方向300×800。

3.2 ?荷載取值優化設計

荷載取值優化設計是城市綜合體地下室結構設計的重點，其優化設計效果，直接決定了整個地下室工程結構施工質量及使用的安全性。因此，本工程在地下室結構荷載取值優化設計時從兩個方面入手，取得了良好效果。

第一，地下室頂板荷載取值優化設計。按照城市綜合體地下室結構相關設計規范的要求，覆土重度需要結合地下室結構有利或者不利的狀態，合理選取上限值和下限值，其中抗壓工況不能低于20kN/m?，抗浮工況不能低于16kN/m?。本工程所地下室底板標高為23.9m，頂板覆土厚度字0.4m～2.0m之間，因此，為滿足設計要求，頂板附加恒荷的取值要控制在6.0km/m2～38kN/m2之間。按照城市綜合體地下室結構荷載規范的要求，消防通道和消防登高位置設計時，必須綜合考慮消防車荷載荷載，同時嚴格按照覆土厚度合理折減，而其余位置的活荷載取值選擇施工荷載和使用荷載的較大值，本工程地下室頂板荷載取值為5.0kN/m2。此外，在基礎荷載設計時，無需考慮消防車荷載，只要頂部荷載大于5.0kN/m2即可。

第二，地下1層樓板荷載取值。本工程樓面附加恒荷載的取值為2.0kN/m2，按照抗浮計算模型確定，為提升城市綜合體地下室結構的承載力，抗浮荷載的偏安全取值為1.5kN/m2。變電所活荷載不能低于10kN/m2，用電機房活荷載取值不能低于7.0kN/m2。

3.3 ?基礎選型優化設計

在城市綜合體地下室結構設計之前，需要綜合分析地質勘探報告，本工程土層分布變化范圍較大，可劃分為四個區域，各土層承載力如表1所示。

在基礎選項優化中，需要按照基礎承載力和調平原則合理優化，比如：本工程22層主建筑工程位于1區，按照地基承載力的要求，可選擇平板式筏型基礎。26層、20層建筑工程位于3區，為保證施工質量，可采取樁筏基礎。裙樓和地下室結構，可采用相對獨立的基礎加防水板。地下室結構外墻基礎可采用條形技術，獨立基礎和條形基礎需要根據所處實際范圍，采取土層基礎，降低土方開挖量和地基處理工作量。

3.4 ?嵌固層優化設計

從嵌固層的概念來看，分為兩種嵌固形式，其一是力學嵌固，指的是完全剛性的固定，固定點無法移動，可實現完全約束。其二是強度嵌固，柱的塑像絞可出現在地下一層的下方，并不出現在梁柱節點的兩側。本工程地下室結構內外層高差是1.2m，并且定下是頂板不連接，使得錯層梁無法有效傳遞水平剪力。塔樓周邊也存在地下車道引起的樓板局部開大洞，無法滿足頂板嵌固的具體要求。并且塔樓首層高度為5.0m，地下室層高約6.0m。雖然本工程在塔樓周圍設置了人防墻、水池壁等，但這些結構大多布置在地下室北側，和上部結構不連續，受力結構分布不均勻。難以滿足下一層比上一層高度大2倍的需求。為解決這一問題，本工程在嵌固層選擇時，以地下室地板為上部結構嵌固層，由于地下室厚頂板和側壁外填土剛度也真實存在，如果只是按照地板嵌固層設計，則可能會發生首層柱配筋偏小的問題。因此，在具體設計中采用了頂板、底板兩種嵌固端包絡設計方法。通過方法配筋的方法來實現嵌固目標。

4 ?結束語

綜上所述，本文結合工程實例，分析了城市綜合體地下室結構的優化設計，分析結果表明，和單一建筑工程的地下室結構相比，城市綜合體地下室結構更加復雜，涉及到的內容更多，為保證設計效果，需要結合工程特性、地質條件、地下室使用性能等合理優化設計方案，保證設計效果，降低施工難度和成本。

參考文獻：

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