建筑地下室结构设计分析

2018-02-11高放大连市建筑设计研究院有限公司辽宁大连116023

中国房地产业 2018年4期

文/ 高放大连市建筑设计研究院有限公司辽宁大连 116023

随着经济发展的日新月异，城市化进程也随之加快。高层建筑节约了城市居住用地，对于环境保护和节能减排都有深远的意义。当前，高层建筑的地下空间开发力度很大，设计人员对于高层建筑地下室结构的设计水准直接影响着地下空间的利用效率，也影响着居民的生活质量。

1、地下室结构设计难点概述

在建筑工程中，地下室结构承担着建筑物基础的功能，因此涉及的范围十分广，这就要求相关设计人员要重点掌握好地下室的结构设计，并且还要对消防、通风、采光、排水等方面进行全面考虑，以保证地下室结构设计的质量。而现阶段我国城市化进程的加快，高层建筑如雨后春笋般不断涌现，因此地下室的底盘较大，所以塔楼部分的抗浮问题出现得较少，相对而言，抗浮问题较为普遍地出现于裙房和地下室部分，其表现为抗浮不满足要求。另外，一些设计师在进行地下室结构设计时，对抗浮设计的相关问题考虑得较为片面，缺乏对洪水期和施工过程的重视，从而出现由于抗浮不够引起施工中的局部破坏性问题，由上可知地下室结构设计的难点以及需要考虑的问题众多，因此，需要引起相关设计人员的重视

2、建筑地下室结构的设计内容要点

2.1 基础设计

在进行地下室基础结构设计之前，要仔细地对地下结构工程就行勘察，避免地下水位或者地质对地下室基础结构产生不利的影响，为地下室结构的后续施工提供一定的基础保障。同时，还可以运用管桩基础的设计方式对地下室结构进行设计来降低沉降，此外，为了保证地下室基础结构的质量，在设计过程中还应对各个环节的材料进行严格把控。

2.2 外墙设计

地下室外墙的主要作用是:挡土、防水抗渗以及将地下室围护成封闭的空间，其设计至关重要。外墙是地下室的主要组成部分，承担着上部结构的竖向力、水平向的土压力、地下水压力、人防荷载以及地面的堆载等，起主导作用的是水平方向的力。计算地下室外墙的内力时，应综合考虑各个方向的荷载值，一般需要根据支承的边界条件和高宽比合理地选择计算模型，常按四边支承单、双向板或是竖向悬壁板计算。设计时需要根据受力情况和裂缝宽度要求合理选择混凝土的强度等级和钢筋配筋率。

2.3 顶板结构

建筑物的地下室结构当中的顶板设计要求是整个建筑物地下室施工的重要要点之一，这个要点需要我们加以十分的重视。因为地下室的顶板直接决定着地下室的顶部稳固程度。地下室本身就是需要一个各种作用力共同支持起来形成的一个密闭空间，所以顶部设计十分重要，我们要保证顶部面板的厚度以及作用力，还有能支撑住力的最大程度。在地下室的设计方案中，我们要进行多种材料的计算，比如说，混凝土的使用量，钢筋的使用量，以及顶部面板的厚度和作用力情况，准确的测量并加以计算。

2.4 侧壁设计

结构本身的重量、侧向土的压力以及地下水的压力等因素都会对地下室的侧壁设计产生影响。在进行地下室侧壁设计的过程中，相较于其他结构设计而言较为特殊，其会受到来自多方向荷载力的共同作用力，受力情况较为复杂，因此应采取有科学设计方法对其进行简化。其具体设计要点如下：侧壁的混凝土保护层因会与土壤直接接触，所以其厚度应达到40mm；另外，由于受到侧壁设计成本控制因素的影响，混凝土强度设置即使满足了侧壁荷载的要求也应设置在合理的范围内，不宜过高，以此降低混凝土的收缩应力

2.5 底板设计

2.5.1 对于地下室的底板而言，其结构设计应该最大发挥其传力的特点，且要充分考虑经济因素，通常情况下，为了能够使地下室底板设计成双向板，一般会选择梁板式结构，这样一来充分发挥了底板传力的功能，，将荷载均匀地传到旁边的基础梁上。另外，在地下室底板中，抗渗也是必须要考虑的，因此为了保证抗渗的条件，底板的厚度应不低于300毫米。

2.5.2 在地下室底板设计后，还要注重对其进行抗浮验算和设计，具体而言，应当对地下水压有无超出地下室部分的恒载进行验算，验算时恒载的分项系数应取0.9，水的分项系数应当取1.0，如果在验算的过程中出现恒载达不到抗浮要求，那么为了抵抗地下水的浮力，则应该设置抗拨桩。

2.6 抗震设计

我们除了要考虑测量等基础方面的影响，也要考虑到地下室结构的抗震能力，因为地下室在建造过程中就已经属于了一种建筑物的不稳定因素存在，所以我们一定要考虑到地下室结构的抗震能力，在根据这个抗震能力进行推算，选取一些承载抗震力较强的材料来构建地下室，严格设计，严格把关，不能形成一点误差，把过渡层对地下室抗震能力的影响调控到最低，调整好过渡层的高度以及数量。此外，框架支撑层的设计要点也十分重要，一个地下室结构的框架支撑能力直接影响着整个地下室的稳固程度以及安全程度，我们要保证这个框架的采用，可以有效的支撑住巨大的压制力量，选择好框架的材料，设计好框架的支撑点以及框架的八方位置问题，根据受力情况的不同，在不同位置摆放不同的框架。

2.7 抗浮、抗渗

地下室的特殊位置决定了其与土和水的接触非常密切，当地下水位较浅、地下室层高过大或是埋深过深时，地下室底板上的水浮力常会大于地下室总配重;当超载的水浮力不能被平衡时，地下室基础底板易上浮变形，进而造成开裂或是不均匀沉降，因此需要进行抗浮设计考虑地下水浮力的不利作用。地下室的抗浮设计有以下途径:一种是增加底板以上结构的配重，包括增加覆土厚度、加大顶板和底板的厚度等以增大上部结构的重量，但这种方法是以牺牲地基的承载力为代价的，势必造成浪费;第一种方式是采取必要的措施减小水浮力(或者称为降低水头)，主要通过设置明沟、暗沟和排水井和抽水泵等措施，将基础底板下的地下水排走从而降低水位以减小水浮力;第三种方法是采取措施分担或抵消多余的水浮力，主要是设置抗拔桩或是抗拔锚杆，这也是工程中使用最多的方式。