分析建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

陳亮

湖南中京規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司 湖南 岳陽(yáng) 414000

引言

我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，意味著建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多，而地下室的建設(shè)作為建設(shè)工作的重要組成部分也被擺在了高度的優(yōu)先地位。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，建筑問題巨大，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、改造常見問題、優(yōu)化方案、展現(xiàn)必要的設(shè)計(jì)效果方面，地下室施工具有十分重要的意義。因此，對(duì)設(shè)計(jì)要素的研究有助于加強(qiáng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合法性。

1 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題

1.1 抗浮問題

在地下室建筑中，由于上部荷載強(qiáng)度低而發(fā)生在地下室內(nèi)的抗浮問題尤為常見。就技術(shù)而言，規(guī)劃需要多種因素：通風(fēng)、光線等。為了規(guī)避這些問題，必須設(shè)計(jì)水封，并編制文件。這一問題可以通過(guò)多種施工方法來(lái)解決，如建立的抗浮樁施工方法，以及改為平面流板。

1.2 結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)

由于地下結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，在澆筑過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。通過(guò)產(chǎn)生明顯的裂縫，該結(jié)構(gòu)可以安全可靠地使用，但長(zhǎng)時(shí)間的使用，耐久性受到影響。為了解決這個(gè)問題，常采用增加后澆帶的方法。這類問題可以通過(guò)設(shè)置充氣增強(qiáng)帶或粉煤灰技術(shù)來(lái)解決。

1.3 沉降不均勻

在地下室施工中也是如此，沉降不均勻經(jīng)常會(huì)受到土層滲漏的干擾。在高層建筑的地下室設(shè)計(jì)中，由于上部荷載較強(qiáng)，儲(chǔ)存量較弱，且工程所處的地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)存量較大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣的問題。為了解決這些問題，應(yīng)在不均勻分布的情況下規(guī)劃底層的地板下沉和地下室結(jié)構(gòu)修復(fù)。為了減少傾向性問題，需要科學(xué)合理的解決人工基礎(chǔ)，將樹木基礎(chǔ)和整個(gè)基礎(chǔ)整合到主體結(jié)構(gòu)中，使其在減少土壤暴露方面起決定性作用。使用這種基礎(chǔ)設(shè)施有助于解決沉降不均勻問題[1]。

1.4 人防地下室問題

在設(shè)計(jì)地下室結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意確保采用人防，并根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定橫截面。由于核暴動(dòng)荷必須在地下室中計(jì)算，因此必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和等效荷載方法，以獲得明確的計(jì)算結(jié)果。民防室應(yīng)當(dāng)按照防護(hù)措施中底板荷載來(lái)建造。

2 建筑工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

確保地下室的安全，合理的房間設(shè)計(jì)是可能的。建筑的基本圖紙?jiān)O(shè)計(jì)應(yīng)考慮到建筑的大小和室內(nèi)設(shè)計(jì)。在平面圖和規(guī)劃的情況下，需要增加住宅建筑的自由空間，從而擴(kuò)大地下室結(jié)構(gòu)的保留面積。由于住宅的地下室為整個(gè)用戶所用，因此需要靈活的幾何形狀來(lái)提供不同的功能。酒店的地下室等樓層平面圖通常以停車位為主，這樣不僅面積足夠大，而且對(duì)承載能力要求較高。簡(jiǎn)而言之，建筑師必須確保地下室結(jié)構(gòu)滿足要求，具有功能性[2]。

2.2 側(cè)壁設(shè)計(jì)

側(cè)壁的其他因素是：側(cè)壁壓力和液壓，影響側(cè)壁的厚度和加強(qiáng)壁的結(jié)構(gòu)。根據(jù)具體影響，各種載荷因素對(duì)側(cè)壁的影響可能相同，從而導(dǎo)致受力復(fù)雜性和不穩(wěn)定性。樓梯間側(cè)壁設(shè)計(jì)應(yīng)采用的一個(gè)原則是，與側(cè)壁覆層和地面覆層接觸的混凝土應(yīng)至少為40mm。樓梯間側(cè)壁上的水平鋼筋必須從外部調(diào)整，垂直占用必須從內(nèi)部調(diào)整。此外，考慮到技術(shù)成本，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到足夠的側(cè)壁覆蓋和對(duì)側(cè)壁混凝土強(qiáng)度的合理控制。

2.3 外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

外墻的設(shè)計(jì)首先要求使用和材料的分配。地下室的外墻被壓在建筑物的上層。建筑物的地下室必須由上部重量垂直加載。與此同時(shí)，規(guī)劃人員必須分析風(fēng)雨天氣造成的荷載，以便能夠?qū)⒌叵率医Y(jié)構(gòu)放在一般基礎(chǔ)上。外墻的建造需要準(zhǔn)確評(píng)估壓力和部件，以增加整個(gè)室外墻的結(jié)構(gòu)承載能力。

2.4 頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在這種情況下，它們代表了這些結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全，作為連接地下結(jié)構(gòu)和上層建筑的一部分，以確保低層建筑和上層建筑的整體質(zhì)量。在這方面，設(shè)計(jì)師識(shí)別了地下結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在下降。在實(shí)際實(shí)施中，應(yīng)對(duì)保護(hù)底層厚度的安裝管道進(jìn)行分析。因此，在計(jì)算該地下室結(jié)構(gòu)的承載能力時(shí)，必須分析其高度和安全功能，并考慮該建筑可能面臨的復(fù)雜情況。該地區(qū)的一些風(fēng)雨雪天氣，在其設(shè)計(jì)中，考慮了撞擊的可能性來(lái)支撐這些結(jié)構(gòu)。顯然，設(shè)計(jì)師應(yīng)該能夠通過(guò)對(duì)因素進(jìn)行全面、綜合的分析來(lái)避免設(shè)計(jì)中的缺陷。

2.5 抗浮和抗?jié)B設(shè)計(jì)

防浮設(shè)計(jì)必須根據(jù)地下水水位及其變化情況進(jìn)行。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，很多設(shè)計(jì)人員只考慮正常使用狀態(tài)，施工過(guò)程中忽略進(jìn)水現(xiàn)象，部分地下室由于浮力不足而損壞。此外，由于混凝土的獨(dú)特因素，鋼筋混凝土構(gòu)件經(jīng)常出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致滲水，因此，有必要采取合理措施控制地下室漏水，如混凝土壓縮補(bǔ)償、設(shè)置膨脹區(qū)、加強(qiáng)耐久澆水，提高鋼筋混凝土強(qiáng)度。在混凝土中加入膨脹劑并不能完全彌補(bǔ)早期混凝土的收縮，只有用膨脹條進(jìn)行加固才能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的無(wú)接縫。必須指出，在采取上述措施時(shí)，必須保證混凝土的適當(dāng)含量[3]。

2.6 抗震設(shè)計(jì)

在所有的建筑設(shè)計(jì)中，抗震施工是重中之重，抗震設(shè)計(jì)人員必須更加重視。在建設(shè)過(guò)程中，必須集中注意其影響地區(qū)的地震防御。對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)，要保證地下室的深度，以滿足便攜性、改造性和穩(wěn)定性的基本要求。對(duì)其抗震性能的評(píng)估需要仔細(xì)規(guī)劃和選擇地下室的墻壁和材料。在完成基本規(guī)劃后，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的重新設(shè)計(jì)，增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高其抗震能力。為了分析地下室的地震值，地震值必須與地板上的地震值相同，并且在發(fā)生地震時(shí)，確保整個(gè)建筑的穩(wěn)定。

2.7 防水設(shè)計(jì)

地下室的實(shí)際建筑通常采用防水的方式，即采用防水水泥墻。普通防水混凝土包括：膨脹混凝土和分離混凝土。在選擇防水混凝土?xí)r，必須考慮對(duì)建筑物地下室結(jié)構(gòu)的影響條件。觸點(diǎn)連接的設(shè)計(jì)應(yīng)確保對(duì)最薄弱的區(qū)域（如溢流和故障的觸點(diǎn)環(huán)節(jié)）進(jìn)行有效的水保護(hù)。增加進(jìn)水口的長(zhǎng)度，設(shè)置止水帶等。

3 建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要策略

3.1 水平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

建筑工程地下室分期施工設(shè)計(jì)著重對(duì)通風(fēng)、消防、防護(hù)、供應(yīng)設(shè)施、通風(fēng)井、廢水處理、照明等具體方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在地下室設(shè)計(jì)之后，地下室燈設(shè)計(jì)本身就必須，設(shè)計(jì)師將地下室燈設(shè)計(jì)在墻上一個(gè)好的光線。光照設(shè)備的附加使得周圍光線與地下室屋頂直接連接，地下室結(jié)構(gòu)已經(jīng)穩(wěn)定，使外部因素影響到側(cè)壁和地板并覆蓋一般的施工需要。

3.2 防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

在基礎(chǔ)施工中，設(shè)計(jì)人員對(duì)地下水位和防拆設(shè)置了高標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，如果地下室的設(shè)計(jì)不是為了防潮、防洪，地下水位可能會(huì)導(dǎo)致局部裂縫。在某些規(guī)劃過(guò)程中，設(shè)計(jì)師可采用以下準(zhǔn)則進(jìn)行更多的防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，混凝土的構(gòu)造是作為一種“補(bǔ)償”使用：通過(guò)添加小型膨脹劑，這種增加的值在混凝土中增加，因此差異并不低于混凝土的抗拉強(qiáng)度。其次，建筑師必須意識(shí)到，由于磨損引起的混凝土早期收縮的膨脹效應(yīng)不能完全平衡。為了彌補(bǔ)收縮的影響，他們可以順序施工混凝土，這是并行進(jìn)行的，然后提供灌注措施。與長(zhǎng)期變形接頭施工相比，這種應(yīng)用取得了進(jìn)步。最后，設(shè)計(jì)師應(yīng)該在設(shè)計(jì)中考慮到混凝土材料增加彈性。例如通過(guò)側(cè)墻的相關(guān)水平建筑元素，能夠加固混凝土表面。在側(cè)面區(qū)域，由于混凝土有不同的膨脹系數(shù)，建筑師可以調(diào)整中心參數(shù)[4]。

3.3 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

地下室的抗震強(qiáng)度與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和建筑的一般特性密切相關(guān)，如果不加以充分的規(guī)范，可能會(huì)影響整個(gè)建筑的安全。根據(jù)抗震強(qiáng)度建造地下室的建筑師，首先要確保混凝土柱子與基礎(chǔ)墻相對(duì)應(yīng)。設(shè)計(jì)師在這一領(lǐng)域設(shè)立了明顯更高的尺寸，如果發(fā)現(xiàn)這些尺寸比交易時(shí)的尺寸大，就應(yīng)該決定采取某些措施來(lái)處理它們，以防止誤差層產(chǎn)生。其次，在這種建筑的背景下，建筑師必須根據(jù)相關(guān)的科學(xué)和最好的知識(shí)提供上部拱和上游位移構(gòu)件，注意樓梯結(jié)構(gòu)不能用作構(gòu)件。最后，滾動(dòng)地板建筑師應(yīng)該采取這些措施，通過(guò)鋪設(shè)尺寸，使整體結(jié)構(gòu)適合地下室地板和增強(qiáng)其耐久性。

3.4 外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

由于地下外墻與地下水和土壤直接相連，地下外墻不僅要滿足承重要求，還要提供足夠的抗老化性能。因此，地下室墻體的設(shè)計(jì)必須考慮以下內(nèi)容：①荷載和組合：作用于地下室外墻的荷載按作用方向分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載通過(guò)貨物上部和墻體的自重傳遞，水平荷載加在上部結(jié)構(gòu)側(cè)壓、地面?zhèn)葔骸⒌叵滤畟?cè)壓、靜力墻的荷載。此外，地震作用對(duì)埋地結(jié)構(gòu)的影響并不明顯，豎向荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性有有利和不利的影響。因此，在地下外墻設(shè)計(jì)的情況下，水平荷載起主導(dǎo)作用。②計(jì)算圖。計(jì)算地下室外墻時(shí)，需要同時(shí)計(jì)算單板和雙板，因此應(yīng)換用更大的板。外墻與支撐構(gòu)件的強(qiáng)度比通常建立在地下室外墻與支撐點(diǎn)之間。如果外壁的剛度大于支撐點(diǎn)剛度，則反向固定。③裂縫管理。混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫分為載荷裂縫和卸荷裂縫，如貨物裂縫，如果結(jié)構(gòu)的計(jì)算過(guò)程準(zhǔn)確合理，則可以避免。包括模型設(shè)置和載荷應(yīng)用、精確計(jì)算和合理的筋膜設(shè)置，以滿足裂縫寬度限制要求[5]。

3.5 超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

混凝土加長(zhǎng)結(jié)構(gòu)主要是指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其間距大于伸縮縫之間的最大間距，或混凝土，垂直結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)溫差變化有關(guān)。地下室的交替結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的特點(diǎn)，它具有復(fù)雜的外部條件和較高的施工技術(shù)要求，這可能會(huì)導(dǎo)致地下室結(jié)構(gòu)的破壞，如何促進(jìn)非均質(zhì)性會(huì)導(dǎo)致房屋墻體斷裂和局部?jī)A斜等問題。以實(shí)際案例為例，項(xiàng)目?jī)?nèi)容層的地下車庫(kù)東西長(zhǎng)450m，南北寬150m。它是一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆梁和板，包括一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員必須選擇比任何東西都高的鋼筋水平，適當(dāng)增加澆水后的條數(shù)，合理地與混凝土拌和等。

3.6 綜合考慮設(shè)備管線布設(shè)要求

由于建筑功能的需要，一些工程需要布置在設(shè)備的地下室，如柴火房、冷庫(kù)、通風(fēng)室、鍋爐房、變電所等。由于車位的使用和倉(cāng)庫(kù)的布置，一樓的汽車坡道需要考慮貨車車道的劃分，導(dǎo)致管道布置更加集中。地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮各種設(shè)備線路的分布和走向。在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，調(diào)整梁的高度以滿足高度要求。開孔的位置和尺寸應(yīng)符合設(shè)備的要求，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行，避免各種安全事故。

3.7 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

的地下施工環(huán)境。此外，基坑、樁基的開挖順序應(yīng)按有關(guān)規(guī)范確定，對(duì)周圍建筑物、構(gòu)筑物及整體運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行綜合調(diào)查，對(duì)一些不利情況采取一定的安全防護(hù)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要：①綜合勘察和分析建筑所在的地質(zhì)條件，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備；②結(jié)合上部結(jié)構(gòu)形態(tài)和地質(zhì)條件，選擇地下室結(jié)構(gòu)，使其安全經(jīng)濟(jì)；③可持續(xù)性應(yīng)由地理、結(jié)構(gòu)形式、規(guī)模和指定港口的選擇等因素決定；④為了保證地下室正常使用應(yīng)確保其抗?jié)B性能；⑤有自己的浮力，合理進(jìn)行地下室抗浮設(shè)計(jì)；⑥在外墻設(shè)計(jì)時(shí)，正確去除外墻荷載，選擇合理的計(jì)算方案，防止外墻開裂。⑦基坑頂板開發(fā)足跡考慮因素多，開發(fā)方法合理。地下室雖然是建筑的一部分，但由于它位于地下，作為基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)和施工各有特點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)多加注意。