建筑工程地下室結構設計分析與探討

申亞青

（國策眾合 （北京） 建筑工程設計有限公司晉城太行分公司， 山西 晉城 048000）

近年來， 隨著我國城鎮化進程不斷加快， 人們對建設項目的需求越來越高。 雖然有些建筑在進行設計時沒有地下室， 但在遇到相應的工程時， 還是要進行科學的設計。 在整個工程中， 由于地下室的結構與人類的綜合發展有關， 因此， 為了改善整個建筑的設計質量， 必須保證其效果。 為此， 為滿足建筑的使用功能及結構本身的需要， 解決建設工程地下室的結構問題， 提高其結構的質量， 促進其設計就很關鍵。

1 建筑工程地下室結構設計原則

1.1 高效選擇構造測量圖表

在地下室的結構設計中， 必須以測量圖紙為主要依據， 若不能根據不同的實際狀況選擇合理的計算方案， 將會對其結構的設計與施工造成不利的后果， 會給住宅建設質量和安全性帶來風險。 因此，結構設計者應該仔細地對建筑物的優勢、 規律等進行細致的剖析， 并在綜合考量的基礎上， 選取相應的評估方案， 保證測量圖表嚴謹、 科學。

1.2 合適的設計方案

在施工條件、 地質環境條件、 工程材料等方面，運用規范等因素進行全面的分析， 確定地下室的結構設計方法， 不斷修改和提高設計規劃， 最終得出具有良好社會經濟效益的設計規劃。

1.3 合理選擇地下室結構基礎

由于工程建設的地理位置、 施工條件和周圍的條件不同， 選擇的規劃方案也不盡相同。 因此， 必須對影響地下結構的各種因素進行全面的研究， 在進行全面的綜合考量后， 才能確定合理的地下空間結構的基本特征及影響， 確保建筑物的安全[1]。

2 當下建筑地下室結構的設計特點

近年來， 隨著我國的建設規模越來越大， 地下室的特點也越來越多樣化。 從最初單純的儲藏性質到目前的多功能建筑， 例如大型的商業區和新的人防工程， 這樣的功能必須有更高層次的體系。 不僅要具備較高的設計水平， 還要具備先進的設計思想。地下室的地下結構是整個建筑的基礎[2]， 因此地下室的結構設計對于整個建筑的設計與應用起著舉足輕重的作用。

3 建筑工程材料控制

為了能夠保證整個施工的質量， 必須加強對混凝土和鋼筋的質量控制， 以確保在所有的工程中，不會因為混凝土的骨料顆徑和混凝土的崩塌， 以及鋼筋的承載性而導致的施工進度和質量受到影響。不符合要求的產品絕不能用于工程建設中， 是確保工程建設能夠順利進行的， 在完工后能合理地發揮自身的功能的先決條件[3]。

4 建筑工程地下室結構設計中的問題分析

4.1 建筑地下結構的抗震設計難點

在進行工程建設時， 應認真地進行地震設計，做好地震的規劃， 并嚴格排除存在的缺陷。 如果地下室的建筑被毀或者坍塌， 那么整個建筑的性能就會變得不穩定。 不同的住宅結構， 其地震作用也存在著差異， 因此， 在進行地震反應時， 需要進行科學的研究。 其中確定地下室抗震等級、 地下室結構水平及豎向地震作用、 內力設計值、 梁、 板、 柱的計算； 在進行混凝土強度、 斷面的設計時， 必須按照工程結構的抗震規范進行， 并保證地下室具有足夠的埋置深度， 而隨著建筑物的高度增加， 地基的深度也相應增加， 從而保證結構的可靠度， 增強其抗震性能。 所以， 做好結構的抗震設計， 是實現地下室結構設計合理化的先決條件。

4.2 地下室結構設計的不合理

由于地下室的防水構造在設計中起著舉足輕重的作用， 許多地下室的結構前期不具備實地調研和踏勘， 使得準確的檢測地下室的防水性能變得更加困難。 地下室防水的質量好壞， 與地下室的安全和壽命密切相關， 如果防水設計有問題， 會導致地下室局部滲漏， 影響正常的地下室功能。 局部滲漏的面積大小不一， 但對地下室的使用非常不利， 其影響尤其嚴重， 若是不合理的地下室構造造成局部滲漏， 會造成涌水、 潛流、 泥沙運動等問題， 同時也表明， 地下室結構剛性自防水功能已經失效， 而防水涂層的整體防水層也被破壞， 地下室設計決定著防水工作能力是好是壞。 因此， 首先要強化地下室的品質， 注意到地下排水的難點， 避免由于不合理的地下室構造造成的工程漏水問題。

4.3 抗滲、 抗浮設計問題

雖然在建造的時候， 也會受到周圍土壤的影響，但是在經過了處理之后， 還是會出現一些意外。 在進行地下室的工程設計時， 一定要做好防滲透工作，把防滲透作為一個重要的環節來加強。 為了達到抗滲層的目標， 主要方法包括: 采用補償式收縮混凝土， 有效設置伸縮后澆帶或膨脹加固帶， 選用抗壓強度低的混凝土， 適當提高配筋數量等。

地下室位于地面以下， 由于某些工程所處地區的地下水位較高， 因此， 必須根據地下室的實際情況進行科學研究和現場勘察， 確定合理的抗浮設計水位， 以保證設計、 施工的合理性。 通過選擇平板式筏型基礎， 增加地下室凈重， 設置抗拔樁、 抗拔錨桿等措施， 解決了地基抗浮性問題[4]。

5 建筑工程地下室結構設計分析

某工程總建筑面積155536m2， 地上建筑面積97728m2， 地下建筑面積57808m2， 地下室結構設計分析如下。

5.1 外墻結構設計

在進行設計時， 應考慮到其所承受的垂直和水平方向壓力。 在垂直方向上， 住宅建筑的底層結構應承受上層結構所帶來的豎向壓力， 而其水平工作的壓力是建筑周邊土和水層的壓力、 地下室外墻人防等效靜荷載以及室外地坪周邊道路的堆載和載荷。但在地下室外墻結構中， 由于豎向荷載和地震荷載產生影響， 通常不能起到控制所用， 應充分注意水平荷載， 水平荷載影響外墻產生的彎矩對墻體配筋有根本性的影響。 因此， 在進行墻體結構的設計時，要準確確定其所承受的工作荷載， 并需要確定墻體各種材料的標號及規格， 并通過計算使得整個地下室墻壁的承載力滿足設計規范的需要。 如圖1 所示。

圖1 地下室墻轉角以及與板轉角相交節點做法

5.2 地下室抗震結構

中國的現代建筑在設計上越來越注重對其進行抗洪、 防震等多種因素的影響。 尤其是在高震地區，建筑結構的抗震性能和地基的設計越來越受到人們的關注。 隨著中國城鎮化的快速發展， 許多高層小區和多層建筑都需要加強工程建筑整體和地下室的抗震性能。 地下室的結構設計是地下室設計中的一個重要環節， 它與地下室的深層結構、 墻壁結構、原材料等有著緊密的聯系。 在地下室的施工和設計中， 設計師必須要對地下室的所處位置及周邊環境等進行全面的了解， 了解地下室的具體地形、 自然地理條件， 結合地下室墻面結構加固處理技術， 確保地下室的墻壁、 地下室埋深的規范化， 使地下室的抗震工作能力完成標準化。 另外， 要保證地下室的防震等級規范要求， 另外， 還必須保證地下室的防震等級相應等級， 確保在地震中地下室的整體抗震能力， 避免重大災難的發生[5]。

5.3 平面結構設計

建筑場地的基礎設施的布置是進行地下室規劃的前提。 方案的結構不僅要保證良好的面積和合理的布置， 而且要提高總體的承載力。 在保證建筑用地的占地和合理的布置類型的基礎上， 進行有效的規劃操作。 對于居住建筑， 可以進行相應的地下空間相應的縮減， 提高地下室的整體面積。 如賓館飯店和寫字樓等， 應在地下室內設置足夠的地下車庫，同時滿足總的承重要求。 建筑師要結合建筑布局的設計， 將整個建筑的效果分解開來， 從而保證了建筑的功能。

5.4 結構選型的設計

在地下室的設計中， 不僅要保證建筑的抗側向力剛度， 還要保證其承重性能， 這樣才能將水平作用力所引起的側向力控制在允許的限度內。 應全面度量和分析構件的應用領域、 安全因子等因素， 以體系的構造形式為基礎， 以承載縱向和橫向荷載為主。 混凝土框架必須具有很高的抗壓能力， 從而降低了結構在整個工程中的破壞。 布置方案相對性簡單， 對稱， 使負荷分布均衡。 該工程的地下室構造形式是在主樓區域內與主樓上部構造， 環繞著主體結構， 裙房和地下室部分采用了鋼筋混凝土結構，保證了整個建筑的連貫性和平滑度。

5.5 抗浮、 防滲設計

在地下室抗浮防滲設計中， 往往存在地下水與檢測結果不符合要求或檢測資料中未將地下水的浮力和變幅計算在內， 抗浮法測量不符合國家標準等。地下室抗浮力的主要依據是地下水及水位線的變化情況。 其實， 在地基抗浮力的計算中， 僅僅是滿足地基的正常使用階段， 而忽視了建設施工期間和洪水暴雨期間的情況， 就會造成部分的損壞。 因為地下室的占地面積比較大， 所以地下室上邊并沒有什么建筑。 這種情況導致了地下室防浮的設計更加復雜、 很難處理。 因此， 必須對結合地質勘察報告對建設場地地層作詳細分析， 然后再進行抗浮設計。

5.6 結構超長處理

當地下室結構比較長時， 應考慮到施工中存在的問題。 一般來講， 40m以上的建筑比較常見， 但是在處理的時候， 還是要注意質量的問題。 在進行工程的時候， 設計者要考慮到地下室所受到的溫度的影響， 特別要注意周圍的荷載對地下室結構的影響， 以免產生裂縫。 在處理更大的地下室裂縫時，設計者可以清楚的建議選用補償混凝土， 設置后澆帶﹑在混凝土中摻入聚丙烯纖維和抗裂防水劑、 控制混凝土的內外溫度差總降差及入模溫度， 搞好混凝土的維護保養工作等方法并對抗壓強度工作能力等做好保障， 提升地下室整體質量。

5.7 防水設計

為確保地下室的防水性， 在前期對現場氣候進行詳細細致的考察， 確定年平均降水量， 便于確定防水層的厚度。 選用防水材質時， 應盡量選用高質量、 防水性能好的防水卷材， 以提高產品的壽命，防止防水失效、 地下室雨水入侵等問題。 此外， 在選擇防滲砼的同時， 還應適當提高墻體的厚度和高度， 并使其達到防水要求。 在進行排水設計時， 應注意做好排水系統的排水， 改善其品質， 并對水槽的結點進行優化。 如圖2 所示。

圖2 地下室防水做法匯總及節點處理

5.8 頂板結構設計

地下室的頂板結構作為與上層建筑連接的一環，要保證其整體的質量和安全。 因此， 在建筑設計工作中， 要提高上層建筑與地下室結構之間的協調作用， 同時要注重頂板的結構設計。 在進行具體的工程施工時， 要對機械裝置的管線進行高精度的計算，以便達到護土層厚度的要求。 在估算地基上的承載量時， 既要考慮地基的高度和作用， 又要顧及工程建設中可能遇到的各種復雜的自然條件。 一些設計者在進行地下室屋頂結構的規劃時， 會考慮可能的爆破事故中， 從而使得頂板的設計保持其可靠度。

5.9 地下室的側壁設計

影響到地下室墻壁結構的因素很多， 例如結構本身的重量、 地面堆載、 防核爆炸等。 土壤側面壓力、 地下水工作壓力等因素較多。 由于地下室的特殊， 所以在承受不同方向的荷載時， 會受到不同方向的影響， 所以在承受能力較強的時候， 應該采用更合理的方法來簡化墻壁的結構。 所以， 在地下室側壁的特殊設計中， 必須要有40mm以上的混凝土加固， 兩邊都要有水平的鋼筋配置， 而在側壁的內側， 則要有豎向鋼筋配置。 但是由于需要控制側壁的成本， 所以在滿足側壁載荷要求的情況下， 不能設置過高的混凝土強度， 從而降低了混凝土的收縮應力。

6 結語

工程施工中， 地下室結構設計工作具有特殊的專業性， 涉及到的行業和生產流程五花八門， 錯綜復雜。 所以， 對地下室的結構設計有了更高的要求，首先要滿足這些要求， 提高安全性和可靠性， 以達到最大限度的經濟效益。 為了使地下室的深度能夠得到最佳的利用， 有效的預防滲漏問題， 從而使地下室的功能得到最佳的實現， 從而進一步推進中國的工程建設事業的可持續發展。