初探某工程地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與成本控制

車力

摘? ? 要：地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)新型工業(yè)化建造有著重要的意義，目前地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是多種多樣的，在不降低地下室結(jié)構(gòu)安全性并且確保地下室建筑使用功能的前提下，充分利用結(jié)構(gòu)材料不同的性能來(lái)達(dá)到技術(shù)的可行性目的。本文對(duì)傳統(tǒng)及現(xiàn)有的地下室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，從地下室的基礎(chǔ)選型、材料選用以及構(gòu)造措施等方面進(jìn)行探討，簡(jiǎn)單分析出地下室如何做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作以及如何控制設(shè)計(jì)過(guò)程中的成本。經(jīng)濟(jì)合理也是每個(gè)結(jié)構(gòu)工程師關(guān)注的重點(diǎn)之一，所以本文探討地下結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和成本控制的經(jīng)濟(jì)性和合理性問(wèn)題是十分必要的。目前關(guān)于地下室的結(jié)構(gòu)優(yōu)化案例并不多，但是在未來(lái)地下室的優(yōu)化改造也會(huì)有很大的發(fā)展，所以本文的研究不只是對(duì)地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造的研究，也對(duì)地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中降低工程造價(jià)有著合理的建議。

關(guān)鍵詞：工程地下室;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;成本控制

1? 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)和城市的高速發(fā)展，地面空間的利用已經(jīng)無(wú)法滿足需要，地下空間的全面發(fā)展也占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。政府也在鼓勵(lì)建筑工程合理的使用地下空間，這也讓地下空間逐漸成為重要的城市社會(huì)資源。近幾年地面空間被城市現(xiàn)代化所改造，綠化減退、使用空間擁擠等“城市病”也日益嚴(yán)重，所以對(duì)地下空間進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化也可以減輕城市的壓力，在創(chuàng)造宜居城市方面也有著積極重要的作用。近些年國(guó)內(nèi)外對(duì)于地下室的改進(jìn)均有著不同程度的貢獻(xiàn)，隨著現(xiàn)代工業(yè)化研究的深入，對(duì)于地下室合理優(yōu)化改造的研究開展也是十分必要的。本文研究的目的是初探某工程地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與成本控制 ，在探討適合地下室優(yōu)化改造設(shè)計(jì)方案的同時(shí)，也希望對(duì)我國(guó)新型工業(yè)化建造體系的完善有一定的作用。

2? 地下室基礎(chǔ)選型

常規(guī)的建筑工程中，地下室結(jié)構(gòu)造價(jià)在基礎(chǔ)造價(jià)中占據(jù)著不小的比例。但是由于地質(zhì)條件不同，所以基礎(chǔ)類型也各不相同，復(fù)雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)形式也無(wú)法進(jìn)行類比。所以本文僅以建筑工程中大量存在的地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，地下室大多為地下一層，而且地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，地基承載力較高。某工程地下一層基礎(chǔ)頂面標(biāo)高-5.3m，基礎(chǔ)持力層為細(xì)砂層，在不考慮地下水的情況下地基承載力特征值fak=190kPa[1]。根據(jù)地質(zhì)條件可以算出某工程在地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中可以節(jié)約20%左右的混凝土，40%左右的鋼筋用量。其他的建筑工程也可以證明，當(dāng)?shù)鼗休d力允許柱下獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，純地下結(jié)構(gòu)如果采用獨(dú)立基礎(chǔ)加止水板形式會(huì)更節(jié)省更多成本。

3? 材料選用

3.1? 混凝土

混凝土的選擇對(duì)于地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)在節(jié)約成本方面也有著不小的影響。不同的混凝土材料特點(diǎn)不同，抗壓強(qiáng)度也是不同的，而鋼筋同混凝土的結(jié)合主要的通就是抗壓。理論上來(lái)講，混凝土等級(jí)越高，性價(jià)比也就越高，但實(shí)際上，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要根據(jù)使用的位置不同來(lái)確定的，位置不同混凝土的強(qiáng)度等級(jí)也是不同的。

地下室結(jié)構(gòu)不需要進(jìn)行風(fēng)作用和地震作用的計(jì)算，在豎向荷載作用下柱子的彎矩較小，基本處于軸中心受壓的狀態(tài)，柱子的截面也受軸壓比的限制，柱內(nèi)也由最小配筋率來(lái)控制[2]。這種情況下混凝土的等級(jí)可以提高以達(dá)到減少主界面的效果，這樣不僅節(jié)省混凝土用量，而且由于柱子橫截面的減少還可以減少鋼筋的使用量，這對(duì)于某工程的施工單位來(lái)說(shuō)是可以節(jié)約一定成本的。

3.2? 鋼筋

在地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，按鋼筋的使用主要受構(gòu)造配筋、最小配筋率和計(jì)算配筋決定的。不同的地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化中要根據(jù)不同的情況選擇不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼筋，就可以非常顯著的節(jié)省成本。而且低強(qiáng)度鋼筋會(huì)讓配筋率增加，不僅降低經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)給施工過(guò)程帶來(lái)一定的難度，再加上運(yùn)輸、加工、現(xiàn)場(chǎng)管理等工作量的增加，在實(shí)際施工過(guò)程中會(huì)成為混凝土應(yīng)用的不利因素。

4? 地下室外墻設(shè)計(jì)

4.1? 地下室外墻荷載取值

地下室外墻承受的荷載可以分為豎向和水平荷載兩種。豎向荷載也分為上部傳來(lái)的荷載、外墻自重荷載和地下室樓蓋傳來(lái)的荷載。當(dāng)?shù)叵率页惺苌喜康暮奢d時(shí)，此時(shí)墻身設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮上部傳來(lái)的荷載否則墻身安全性較低。但是上部的荷載壓力由外墻扶壁柱傳給時(shí)，就可以不用考慮上部的荷載壓力[3]。

（1）土壓力。目前大多數(shù)地下室優(yōu)化結(jié)構(gòu)工程中采用的是庫(kù)倫理論和朗今理論。在土壓力的作用下地下室外墻不會(huì)發(fā)生側(cè)移現(xiàn)象，墻體處于彈性平衡狀態(tài)，地下室外墻承受的不是非主動(dòng)土壓力，而是靜止土壓力。一般情況下砂土的靜止土壓力系數(shù)為0.35左右，粘性土壓力系數(shù)為0.5左右。地下室優(yōu)化結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的靜止土壓力系數(shù)一般是0.5。

（2）水壓力。水壓力的計(jì)算要考慮到季節(jié)變換下的地下水位，尤其是南方地區(qū)還要考慮到地下水的影響。而在高原地區(qū)地下水位是高于平原地區(qū)的，這時(shí)水壓力的計(jì)算要根據(jù)最高水位來(lái)確定，而不能按照地質(zhì)報(bào)告的水位來(lái)計(jì)算。

4.2? 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

以往的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照單向板計(jì)算，即取頂板和底板作為外墻的支撐點(diǎn)，取單位寬度的外墻，視為地下室層數(shù)按照單跨連續(xù)板進(jìn)行計(jì)算。外墻和周邊構(gòu)件剛度比的確定可以決定外墻的支撐條件。當(dāng)周邊構(gòu)件厚度小于外墻厚度時(shí)按簡(jiǎn)之計(jì)算，如果周邊構(gòu)件厚度大于外墻厚度時(shí)則按照嵌固計(jì)算。在地下室的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中地下室外墻在滿足要求的前提下是可以采取分離式配筋的，這樣一來(lái)不僅可以讓地下室外墻受力合理，而且還可以降低施工工程的造價(jià)。

5? 構(gòu)造措施

5.1? 抗震等級(jí)

在地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中采取不同的抗震措施來(lái)應(yīng)對(duì)不同的抗震等級(jí)也是非常重要的，所以地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中的抗震等級(jí)應(yīng)該嚴(yán)格按照抗震規(guī)范來(lái)規(guī)定。地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下的抗震等級(jí)可以逐層降低但是不能低于四級(jí)。且抗震等級(jí)不可以隨意提高。

5.2? 鋼筋連接

鋼筋的連接可以分為機(jī)械連接、焊接和綁扎搭接。大部分的建筑工程實(shí)踐中都會(huì)采用綁扎搭接施工方式，因?yàn)槌霈F(xiàn)失誤的可能性較小，而且鋼筋接頭方法較好，不過(guò)存在的缺陷也十分明顯，當(dāng)鋼筋直徑較大時(shí)需要搭接較長(zhǎng)的的長(zhǎng)度，并且箍筋也需要進(jìn)行加密，這也就消耗了更多的鋼材，施工成本也因此加大[4]。在實(shí)際工程中機(jī)械連接的技術(shù)是較為成熟的，所以采用機(jī)械連接的方法更優(yōu)。

5.3? 構(gòu)件配筋

鋼筋在地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中使用量大而且價(jià)格昂貴，設(shè)計(jì)者在構(gòu)建配筋時(shí)應(yīng)該物盡其用，合理配置鋼筋的使用，使其在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中充分發(fā)揮作用。

6? 結(jié)束語(yǔ)

地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作不應(yīng)該將各個(gè)工作模塊拆分開，各個(gè)環(huán)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)的，混凝土和鋼筋兩種原材料的使用也是相互作用和影響的。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要全面而綜合的考慮各方面的因素來(lái)制定合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，這樣不僅安全可靠不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問(wèn)題，而且還可以減少企業(yè)優(yōu)化成本，幫助企業(yè)取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。本文對(duì)某工程的地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和成本控制的分析和研究，對(duì)設(shè)計(jì)者也有一定的借鑒作用，在滿足地下室建筑工程的安全持久的前提下降低成本費(fèi)用避免不必要的浪費(fèi)，是所有的企業(yè)和設(shè)計(jì)者都應(yīng)關(guān)注和面對(duì)的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓世沖.地下室外墻優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（9）：127～128.

[2] 劉鋒濤，李紅遠(yuǎn)，劉平偉，et al.柳州市某地下車庫(kù)獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板抗浮設(shè)[J].信息記錄材料，2017（5）：111～113.

[3] 梅文龍.住宅小區(qū)地下車庫(kù)優(yōu)化設(shè)計(jì)與智能設(shè)計(jì)研究[J].智能建筑與智慧城市，2018（10）：145～146.

[4] 韋彬.淺談高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].城市建筑，2017（9）：61+84.