浅谈地下室结构设计优化及成本控制

陈亮

摘要：基于小区停车需求以及节约建筑用地，当前在建设建筑工程项目的时候，都会设置地下室，地下室的结构设计不仅会影响其使用功能，还关系到整体建筑的稳定性和安全性，是建筑工程施工过程中的一项重要工作。为了实现地下室结构设计的最优化，需要从其建筑方案优化、结构的底部基础、楼盖体系、基本构造、外墙结构等多方面进行综合考虑，在确保地下室结构具有良好稳定性和安全性的基础上，降低工程成本，提高工程建设效益，文章结合工程实例，对其进行了详细分析。

关键词：地下室；结构优化；成本控制；楼盖体系

中图分类号：TU723.3文献标识码：A文章编号：1674-3024（2017）01-102-02

前言

建筑施工技术的不断成熟和完善，使得建筑形式越来越多样化，逐渐向高空和地下发展，地下室已经成为现代建筑中的重要组成部分，在缓解建筑用地紧张、方便居民停车方面发挥着越来越重要的作用。地下室结构组成复杂，并且其稳定性会直接影响到地面建筑的安全性，同时地下室施工成本较高，在工程总成本中所占比重较大，如何在优化地下室结构设计的同时，加强施工成本控制，已经引起了各界人士的广泛关注，是当前建筑工程建设过程中亟需解决的一个问题。

1.工程概况

某建筑工程为满足停车需求，建设一层总面积为3万平方米非人防地下停车库。地下室顶板覆土为10m～1.2m，地震设防烈度为6度，设计地震分组及场地类别分别为一组II类。在设计抗浮水位的时候，抗浮水位取在室外地坪下1.0m处，持力层为③粉质黏土层，承载力特征值为220kPa。

2.方案优化

地下室原方案布置：柱网-8.1x（5.1+6.2+5.1）m，柱子600x600，车位尺寸2.5x5.5：层高-3.8m，主跨梁500（b）x 800（h），次跨梁400（b）x700（h）。

经各专业协调，对原设计方案优化如下：柱网-7.8x（5.0+6.1+5.0）m，柱子400x550，车位尺寸2.4x5.3（满足国家规范标准）层高-3.4米，主跨梁350（b）x 750（h），次跨梁3000x600hk优化后层高主要是将地下室风道由走车道上方，改为.走短跨的停车位方向，风道宽度尽量控制在1.2m内，使风道下不设喷淋，这样短跨梁高控制在600高，设备管道预留600高，规范要求净高2200，因此层高可降为3.4m。

据统计，地下室层高每增加100mm，综合成本增加约18-30元/²：覆土厚度每增加300，综合成本增加约30-60元/²：建筑垫层每增加100mm，综合成本增加约28-50元/²。

由此可见，地下室层高对地下室造价影响至关重要，在满足规范要求和使用功能的前提下，地下室层高应尽可能减小，并应尽量整体抬高，这样不仅降低了基坑支护成本还减少了土方开挖量及外运费用，减小水浮力对地下室整体或局部的影响，对地下室底板配筋和抗拔设计都有有利作用。

3.底部基础选型

地下室底部基础所用成本在地下室结构造价中所占比重较大，通常情况下，天然地基施工成本最低，桩基础施工成本最高，地基处理介于两者之间，所以根据工程实际情况，选择合适的底部基础类型，对加强工程成本控制是非常关键的。

本工程地下室基础持力层地质条件良好，采用天然基础是最为划算的，优化过后的地下室层高较原方案减少400mm，根据计算结果现有地下室均不需设置抗拔桩，基础为薄筏板形式，水浮力靠结构自重平衡，因此，基础造价得以大幅下降。当考虑采用独立基础加防水板形式的基础时，底板配筋主要控制指标是裂缝，而且底板承受较大水浮力作用，为保证其刚度，底板厚度不应设置过薄，且须在相邻基础间防水板内增设暗梁，因该基础形式的受力特点决定了其施工较平筏板基础复杂：若采用梁板式，底板可以薄一些，但底板上浮力均要传至基础梁上，基础梁配筋势必很大，無形中就会造成结构上的浪费，而且设置基础梁也会增加基础施工难度，鉴于此种考虑底板一般设置为无梁楼盖体系，对减少地库的成本更合理。如果地下室地质条件较差、需要采取必要的处理措施时，要对天然地基与处理地基造价进行比较，也可以根据工程特点从筏形基础和桩基础中进行选择。一般情况下，筏板基础的施工成本和施工周期分别为总工程的15%±5%和20%±2%，而桩基的施工成本和施工周期占到了总工程的20%±10%和20%±5%。

4.楼盖体系设计

地下汽车库顶板的结构型式可以有多种选择：普通梁板式、普通无梁楼盖及新兴的现浇空心无梁楼盖。相对而言普通梁板式布置传力明确、受力简单因此使用广泛，但缺点在于影响建筑层高、含钢量也较高：普通无梁楼盖布置简单、节约层高，但属不利结构型式，对建筑平面布局、柱网要求较高且混凝土含量大；现浇空心无梁楼盖特性基本与无梁楼盖相同，但其含钢量最小，混凝土含量居中，是今后发展的重点方向。本工程经与甲方讨论并结合当地施工实际情况还是采用传统的梁板式地下室顶板设计。梁板式顶板的结构布局形式大致有：主次梁布置、井字梁布置以及十字交叉梁布置，当室外覆土为1.0m-1.5m范围时，经济性顺序为：主次梁布置、井字梁布置、十字交叉梁布置。

影响梁、板配筋的最大因素是覆土厚度及活荷载取值，覆土厚度一般与景观布置及管线综合埋设有关系，该部分应在方案阶段提前介入，做好精细化设计和专业配合工作，控制好覆土厚度。有些设计单位将非人防和消防车道范围的地下室顶部活荷载取10KN/²，而规范中规定这个活荷载取值是考虑在上部结构施工过程中加在地下室顶板上的脚手架等施工荷载，但是实际施工过程中这个活荷载往往是不与覆土荷载组合的，因此在跟施工单位充分沟通确定施工工艺后，该活荷载可以按4KN/²取值，这样就可以大幅降低地下室顶梁、板配筋，节约成本。

5.基本构造设计

构件配筋是地下室构造设计时首先考虑的问题。该地下室楼盖体系类型为梁板式，在对板、外墙进行配筋时，应采用通常钢筋+附加支座筋形式，在保证顶板配筋率满足地下室结构设计规范的基础上，尽量降低配筋率，并计算支座处钢筋受力情况，设置相应的附加钢筋，实现地下室板和外墙配筋方案的最优化。在设计梁配筋方案的时候，优先符合使用标准、直径较小的贯通筋，控制好钢筋密度及贯通长度，减少钢筋使用量。同时，还需要考虑地下室结构的抗震性能，根据GB 50011-2015建筑抗震设计规范内容可知，当地下室没有上部结构时，地下室构件抗震等级一般为四级：当地下室有上部结构的时候，应以地面建筑的抗震等级作为标准，对地下室构件进行抗震设计，该工程中便是根据地面建筑的抗震等级要求进行设计的。

6.外墙结构设计

在设计地下室外墙结构的时候，确定合适的载荷取值范围是非常重要的。根据载荷方向的不同，可以将其分为竖向载荷和水平载荷两种，竖向载荷主要包括地下室楼盖、外墙自身以及地面建筑所施加的压力，水平载荷包括土压力、水压力以及温度应力，在实际工程设计中，考虑到竖向荷载产生的截面应力很小，而且为了方便计算，通常仅按墙板平面外受弯计算配筋。外墙水平分布筋为构造钢筋，应按照“细而密”的原则，即直径宜小，最大间距不宜超过200mm配置；同时考虑地下室外墙较长，混凝土硬化过程产生收缩裂缝和温度应力产生的温度裂缝的现象极为普遍，水平筋配筋率宜适当增大。外墙竖向、水平向钢筋均应采用分离式配筋，达到节省钢筋的目的。

7.结束语

地下室结构组成复杂，施工成本较高，对其结构设计进行优化，并加强成本控制，可以有效提高地下室的建设效益。在设计地下室结构的时候，要根据工程实际情况，从底部基础、材料选择、楼盖体系、基本构造以及外墙设计等多方面进行综合考虑，提高地下室施工质量，以保证地下室结构具有较强的稳定性及安全性为前提，尽可能的节省施工材料，降低结构造价。