關(guān)于建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析與探討

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 四川 成都 610000）

關(guān)于建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析與探討

金 建

（中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 四川 成都 610000）

地下室作為建筑物的一部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量效果的好壞，直接影響著建筑物的整體性能。因此在對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要重視地下室結(jié)構(gòu)的整體和細(xì)部設(shè)計(jì)，以達(dá)到安全、適用、耐久性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的。本文分析了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及到的幾個(gè)重要問題，并給出了一些個(gè)人建議，與讀者共同探討。

建筑工程；地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引言

隨著城市地下空間需求量的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)建筑物地下室的空間構(gòu)成、功能分區(qū)、人流組織與疏散以及空間的量度、形狀和物理環(huán)境等方面提出了更高要求。在地下室內(nèi)設(shè)置各類設(shè)備用房、消防水池、停車位和服務(wù)管理用房等設(shè)施已成為很多建筑設(shè)計(jì)師的不二選擇，從而增加了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度和成本比重。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的組成部分，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量滿足建筑、人防、給排水、電氣、暖通、采光、交安等專業(yè)的設(shè)計(jì)要求，把握好設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵問題進(jìn)行多角度對(duì)比分析，處理好重要部位和細(xì)部節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。為此，本文主要對(duì)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的幾個(gè)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，希冀對(duì)同行們起到一定的借鑒意義，共同提高設(shè)計(jì)水平和提升建筑物的質(zhì)量。

2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1地下室平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在建設(shè)用地規(guī)劃設(shè)計(jì)、建筑使用功能設(shè)計(jì)、建筑設(shè)備環(huán)境設(shè)計(jì)以及地面景觀設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。地下室的功能定位、規(guī)模大小、層數(shù)設(shè)置及空間平面布置等內(nèi)容是平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)地形地質(zhì)條件、防火分區(qū)和給排水等專業(yè)的要求，是否將結(jié)構(gòu)底板和頂板做成斜板、平板抑或是局部變階處理等都需要在平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)綜合分析比較，使地下室的設(shè)計(jì)更加的合理、科學(xué)。譬如山地城市片區(qū)的地下室，因受建筑空間體系和特殊地形的影響，本著滿足依山就勢(shì)開拓生存空間需要的建筑設(shè)計(jì)原則和避免采用“夷高地為平臺(tái)”的建設(shè)模式，地下室結(jié)構(gòu)板通常會(huì)做成整體大斜板或變階平板，這樣既可在建筑施工中節(jié)省土方用量縮短建設(shè)工期, 還可有效控制工程造價(jià)成本，有效降低地下室空間布局對(duì)山地原有地貌的破壞，體現(xiàn)出節(jié)能、減排、保護(hù)資源的設(shè)計(jì)理念。

2.2地下室抗震性能設(shè)計(jì)

隨著人們對(duì)建筑抗震性能關(guān)注度的提升，地下室抗震設(shè)計(jì)也變得尤為重要。準(zhǔn)確定位地下室的抗震等級(jí)，是進(jìn)行其抗震設(shè)計(jì)的首要工作。對(duì)獨(dú)立的純地下室而言，依據(jù)抗震規(guī)范可方便快捷地確定其抗震等級(jí)，而對(duì)復(fù)雜高層建筑的地下室，其抗震等級(jí)主要還要根據(jù)嵌固端的位置來(lái)評(píng)判。比如建筑的嵌固端處在地下室頂板位置，則地下室一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)可逐層降低一級(jí)，但不應(yīng)低于四級(jí)。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，除需驗(yàn)算其整體抗震承載力是否滿足規(guī)范要求外，還應(yīng)多角度采取抗震構(gòu)造措施。如增加頂板的厚度、配筋率、避免頂板開設(shè)大洞口或在頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化處采取加腋等措施來(lái)確保地下室頂板具有良好的整體性和剛度，能將地震力分布到整個(gè)地下室結(jié)構(gòu)。此外，地下室的墻柱宜與上部結(jié)構(gòu)的墻柱相對(duì)統(tǒng)一。再有，構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)應(yīng)能夠保證構(gòu)件相互之間具備良好的連續(xù)性、延性和整體性。當(dāng)然，在地下室抗震結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，還需對(duì)項(xiàng)目的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性因素、施工條件和環(huán)境影響等諸多方面進(jìn)行綜合分析，以獲得最佳抗震結(jié)構(gòu)體系。

2.3地下室的抗?jié)B、抗浮性能設(shè)計(jì)

地下室抗?jié)B、抗浮涉及到使用功能、造價(jià)、施工、結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)、材料選擇等諸多方面內(nèi)容。各環(huán)節(jié)稍有不慎就可能出現(xiàn)地下室滲水、結(jié)構(gòu)整體上浮等質(zhì)量問題和安全事故。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是地下室工程防水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)格控制裂縫的產(chǎn)生、限制裂縫的最大寬度和驗(yàn)算結(jié)構(gòu)整體抗浮穩(wěn)定性，主要從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：

（1）根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告提供的抗浮設(shè)計(jì)水位來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)。地下室抗浮穩(wěn)定措施，通常采用“壓”和“拉”兩種方式?！皦骸奔床扇≡黾咏Y(jié)構(gòu)自重來(lái)抵抗浮力，“拉”即是采用抗拔樁、抗浮錨桿等與土體的摩擦力或樁自身重量來(lái)滿足抗浮要求。

（2）控制裂縫的產(chǎn)生，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)自防水設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)自防水是結(jié)構(gòu)抗?jié)B的根本防線。在設(shè)計(jì)時(shí)需明確結(jié)構(gòu)混凝土抗?jié)B等級(jí)，科學(xué)合理地選用防水抗裂膨脹劑和抗裂纖維等外加劑及防水抗裂材料。同時(shí)明確消防水池、地下室外墻等處施工縫、后澆帶的具體防水做法。

（3）注重附加防水層的設(shè)計(jì)。僅采用結(jié)構(gòu)自防水是不足以完全消除地下室滲漏隱患的?；炷翂A-骨料的反應(yīng)、氯離子的侵蝕、凍融破壞、施工不可控內(nèi)外力的不利影響及混凝土凝固收縮等因素都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫而出現(xiàn)滲漏，因此在地下室結(jié)構(gòu)的迎水面上設(shè)置附加防水層是必要的。

（4）考慮施工環(huán)境和施工技術(shù)等因素，按最不利荷載分布進(jìn)行抗?jié)B、抗浮設(shè)計(jì)，出具相應(yīng)的防范措施。譬如地下室未施工完畢或局部施工完畢便停止降水，就可能會(huì)因?yàn)榭垢『奢d還沒有完全施加而造成地下室難以抵抗地下水的浮力。

（5）在結(jié)構(gòu)自重可以抵抗地下水的浮力情況下，地下室底板也需進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。根據(jù)板底土層特性和底板局部受力模式，有針對(duì)性地進(jìn)行底板設(shè)計(jì)。如遇膨脹土或濕陷性黃土等土體時(shí)，底板可能會(huì)因?yàn)槭┕r(shí)基底殘留的局部積水而出現(xiàn)開裂、起拱和滲漏等。

2.4地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)和不均勻沉降問題處理

（1）地下結(jié)構(gòu)雖然受外界氣溫變化的影響較地上結(jié)構(gòu)小，但因水泥水化產(chǎn)生的熱量較高和周邊的約束作用較強(qiáng)，仍需慎重考慮結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)可能產(chǎn)生裂縫的問題。目前比較常用的做法是設(shè)置伸縮后澆帶或膨脹加強(qiáng)帶，也可采用低收縮混凝土材料、采取跳倉(cāng)澆筑、控制縫等施工方法。因后澆帶一般需待主體混凝土澆筑完成2個(gè)月才能封閉施工，留置時(shí)間較長(zhǎng)影響后續(xù)工作的開展。所以取消伸縮后澆帶采用膨脹加強(qiáng)帶與底板混凝土同時(shí)澆筑的施工工藝已得到廣泛運(yùn)用。采用加強(qiáng)帶施工，整體性好、防水效果好，施工工藝簡(jiǎn)單、縮短工期。為達(dá)到控制裂縫的效果，推薦使用中、低熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥和粒徑控制在5-25mm范圍內(nèi)粗骨料，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和保溫。

（2）由于荷載和地質(zhì)條件的差異，地下結(jié)構(gòu)可能存在不均勻沉降，特別對(duì)于大底盤高層建筑群而言是一個(gè)必須面對(duì)的問題。由于高層主樓和低層裙房、地下室荷載差異較大，不可避免存在不均勻沉降，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況、環(huán)境條件、土體力學(xué)性質(zhì)、施工工藝等綜合分析比較，制定避免不均勻沉降的合理方案和處理措施。除通常采用沉降后澆帶來(lái)解決不均勻沉降外，還可采取不同的基礎(chǔ)形式來(lái)控制兩者的沉降差。例如高層采用整體筏基，低層裙房和地下室采用獨(dú)立基礎(chǔ)或加防水板或交叉地基梁來(lái)減小沉降差。

2.5地下室的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

地下室的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告綜合考慮結(jié)構(gòu)類型、施工技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件等因素，使建筑物不致發(fā)生過量沉降或傾斜，滿足建筑物正常使用要求；還應(yīng)了解鄰近地下構(gòu)筑物及各項(xiàng)地下設(shè)施的位置和標(biāo)高等，減少與相鄰建筑的相互影響?，F(xiàn)在多數(shù)建筑的地下室，用作汽車庫(kù)、機(jī)電設(shè)備用房等大空間，采用整體性好和剛度大的筏形基礎(chǔ)是比較方便的；在沒有特殊要求時(shí)，沒有必要采用箱形基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件好、荷載小、且能滿足地基承載力和變形要求時(shí)，采用交叉梁基礎(chǔ)、獨(dú)立柱基加抗水板也是可以的。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于建筑物的使用功能和舒適度要求也越來(lái)越高。我們?cè)诶^續(xù)遵循安全、適用和耐久性設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，對(duì)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷地探索創(chuàng)新，以期許滿足人們對(duì)高品質(zhì)建筑的追求，也使建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作發(fā)揮其最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]孫衛(wèi)東.建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與探討[J].綠色環(huán)保建材，2016-09-25

[2]屈明.建筑工程人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].黑龍江科技信息，2016-08-15

TU7

B

1007-6344（2017）04-0097-01

金建（1981-）男，漢族，大學(xué)本科，工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。