地下室结构设计优化与成本控制

黄 晖

（三盛地产福建区域公司，福建 厦门 361000）

地下室结构质量会直接影响地上工程的牢固度和稳定性，地下室结构设计同时也能对施工起到指导作用，设计质量关乎整体施工效果。因此，设计人员要重点关注地下室结构设计，提高设计水平，完善地下室结构设计，发挥成本管控作用。以下通过采用案例分析的方法针对相关问题进行研究。

1 工程概况

某高层建筑地下室为三层结构，每一层建筑面积均为22 800m2，地下一层设置设备房，其余空间用于车库，地下二、三层设计为车库。地下室中还设有人防区域，面积约为8 800m2。

2 地下室结构设计

2.1 方案设计

建筑地下室已经成为建筑业纵向空间合理利用的重要方向，在方案设计中要注重实用性，仅凭借经验进行建筑地下室结构设计，难免会产生漏洞。因此，在设计中要运用科学方法设定各项指标，包括设计目标控制指标、设计过程控制指标等，用指标表达并量化分析设计的各项元素，实现设计的有效性，达到合理利用有限地下室空间的目的。

2.2 底部基础结构选型

地下室的底部基础结构设计主要采用满堂基础，即筏型基础。通过使用联系梁建立柱下独立基础和条形基础的关系，整体浇注底部基础结构。底部基础结构工程主要为两个部分，即底部基础结构和梁。底部基础为满堂基础，宽度超过3m，且底面积超过20m2。

设计地下室底部基础要合理评估其结构所具备的抗浮能力和防渗漏程度，根据评估结果选择优质材料，确保各项指标符合要求，保证地下室具有较强的防渗漏、抗浮能力。地下室底部基础结构土层的主要成分是淤泥，其自身承载力无法满足要求，但可以通过技术措施保证承载能力超过持力层，对建筑的地上结构起到支撑作用。在设计过程中，将倒楼盖法作为标准，计算时采用没有梁楼盖的方法。根据计算结果，设计地下室底部基础结构厚度要超过60mm。

合理使用钢筋，避免在同一个基础面设置钢筋。如果不能保证钢筋的设置方向一致，就会导致底部基础结构的钢筋形成非常大的保护层，不利于基础结构的稳定性。如果钢筋数量过大，超出规定限度，地下室的底部基础结构就会变形。因此，可以采用数学计算方法设计地下室底部基础结构，保证设计的精确度。根据计算结果确认抗浮能力，避免地下室的底部基础结构因无法承受地下室水压而遭到破坏。地下室水的抗浮系数通常设定为1.0，其他的分项系数设定为0.9。计算过程中，如果没有达到规定的抗浮标准，需使用拨桩技术提高地下室的抗浮能力。

2.3 楼盖体系设计

本高层建筑地下室设计采用现浇无梁楼盖设计，现浇无梁楼盖支撑在柱上，按照是否有柱帽划分为两种类型，即有柱帽无梁楼盖和无柱帽无梁楼盖。有柱帽无梁楼盖设计要确定柱帽的形式和尺寸，通常要考虑建筑的整体美观度和建筑地下室结构的承载力。设计柱帽厚度时，要考虑受冲切承载力，以此设定厚度。柱帽高度要比板的厚度低一些。托板厚度不能超过柱帽高度的25%，柱帽和托板在平面两个方向上的尺寸都要超过等同方向上的柱截面宽度和柱帽高度的4倍。

无梁楼盖承受竖向荷载。按照纵向和横向可将其划分为柱上板带配筋方式和跨中板带配筋方式。

（1）柱上板带纵向受力钢筋的设计。要求板面钢筋中一半长度从柱帽边延伸，延伸长度要超过区格板净跨的0.3倍，剩下的钢筋延伸长度也要超过区格板净跨的0.2倍。如果全部是板底钢筋，设计时要连续布置。连接钢筋时，不能采用人工绑扎搭接的方法，需要采用机械连接或焊接连接的方式，保证高板具有较强的抗连续倒塌能力。钢筋接头部位处于中间支座两侧，具体范围不能超过区格板净跨的0.3倍。对于边支座位置的板底钢筋设计，需要超过两根钢筋穿过柱的核心部位，以保证锚固的可靠性。

（2）跨中板带纵向受力钢筋的设计。要求全部板面钢筋从柱帽边延伸到区格板中，延伸长度要超过区格板净跨的0.22倍。板底钢筋需采用通长连续布置的方式或锚固的方法将其固定在支座中。如果相邻区格板存在不同跨度的问题，板面钢筋延伸长度的最小值也要以较大跨度作为标准确定。

2.4 外墙结构设计

本工程的地下室结构设计中绘制地下室外墙计算简图，通常在计算过程按照上端铰支、下端嵌固的方式展开。设计地下室外墙顶部配筋时应考虑地下室顶板配筋，如果地下室的顶板接近墙身厚度，可使用两端嵌固方式计算。地下室外墙与建筑其他部位的外墙相比，存在一定特殊性，其承受的荷载包括各种形式的荷载力和源于各方向的荷载力。

地下室外墙等级要与扶壁柱的混凝土强度等级相同，不包括塔楼柱兼作扶壁柱。纵筋之间要相互匹配。为避免产生竖向裂缝或最大程度地减少竖向裂缝，水平构造筋单边配筋率应超过0.2%，水平筋之间的距离要控制在150mm以内。地下室采用的防水混凝土需具备一定的抗渗等级，按照《地下工程防水技术规范》选择防水混凝土。

在实际的建筑工程地下室施工中，要采用科学的方法分析外墙受力情况，优化分析过程，简化处理，提高外墙的设计质量。在设计地下室外墙时，需严格按照准则进行设计，地下室的外墙接触土壤，需设计保护层，要求混凝土保护层的厚度超过40mm；地下室外墙的外侧配置水平钢筋，内侧配置竖向钢筋。在实际设计过程中，还需重点考虑资金投入情况，确保地下室外墙的承载能力符合要求，混凝土的强度符合要求，在保证外墙质量的基础上控制好成本。此外，混凝土强度不是越高越好，如果过高，收缩力就会非常大，导致地下室出现混凝土裂缝问题。所以，在进行外墙设计过程中，需要设置好一定数量的后浇带，保证地下室结构不会存在质量问题。

2.5 建筑工程地下室结构优化

2.5.1 合理设计地下室结构

如果未合理设计地下室结构，就会影响其抗震性能。一般要求半地下室要超过外地面的高度，总高度可从室外地面算起，不需要计算层数。地下室的墙柱与上部结构的墙柱之间要保持协调统一性。如果顶板室内外板面的标高已经超过梁高范围时，就会产生错层。此时要采取有效措施处理。按照相关规范，上部结构部位需要应用梁板结构。如果地下室的顶板没有梁楼盖，就不能将其作为上部结构的部位。在计算结构时，需要向下计算，直到满足地下室楼层或底板为止，但剪力墙底部加强区层数需要从地面开始往上计算，还需要将地下层包括在内。

2.5.2 提高抗浮和抗渗能力

地下水位会发生变化对地下室的影响很大。地下室抗浮指标的主要参考依据是地下水位的变化幅度。在进行地下室抗浮设计过程中，需要充分考虑地下室的使用极限，避免地下室施工过程中由于抗浮不够导致的局部破坏。在进行钢筋混凝土结构施工的过程中，使用后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的技术措施，可以有效提高地下室的抗渗能力。

3 控制地下室结构成本的有效方法

3.1 地下车库的成本控制

通常而言，地下车库属于不可售出的面积，地下车库的面积越大，意味着需要投入的资金量就越大，这就需要合理控制可出售的面积与建设总建筑面积的比率，如果比值超过规定值，就会影响经济效益。所以，地下车库面积越小越好，可以降低成本。另外，要合理控制地下车库的车位配比，车位的配比越低，投入的成本也就越低。车位配比需控制在0.85，车位配比越大，意味着成本增加越多。所以，在设计地下车库时，每个车位的面积都要合理控制。通常地下车库钢筋混凝土结构的经济跨度大约为8m，按照3个小车位的柱距设计，柱网需要控制在8～8.2m之间，保持车位通道垂直，车位的布置紧凑，且不会影响车辆通行。

3.2 地下室深度的成本控制措施

地下室深度的设计主要是指层高和层数，与土方开挖量和运输量都有直接关系，涉及的成本包括基坑围护面积所投入的资金量、地下室的底板和侧壁配筋方面的投入资金量、抗拔桩和抗浮锚杆费用等。地下室的深度越浅，就越容易控制造价。

如果工程项目占地面积大，设置一层地下室要比二层地下室更节约成本。二层地下室由于竖向布置采用的方法不同，投入的资金量也存在差别。投入的资金量与地下一层面积和地下二层面积成反比。如果地下一层面积超过地下二层面积，超出的量越多，投入的资金量就越少。造价最底一层的占地面积达到最小值，投入的资金量也意味着最少。

地下室层高与工程造价成正比，层高每降低100mm，投入资金就减少1%。所以，较为经济的建筑地下室会将层高控制在3.6m以内。要对地下室的层高有效控制：（1）合理选用楼盖体系，将结构梁高控制在合理范围内。（2）合理布置各个专业设备的管线和管网，进行分析并不断优化，这样可节省至少200mm的空间。（3）对地下车库进行自然通风排烟设计，这样，地下室安装的机械通风排烟设备就会减少，有效高度可以减低大约400mm，投入的资金量大大减少，从而有效控制成本。

3.3 人防面积的成本控制

人防面积有规定的指标，不能随意作出调整，如果必须调整，调整的数量很局限。人防地下室面积是硬性指标，不能多建，与非人防地下室投入的资金相比，人防地下室投入的资金量较多，通常每平方米600元。所以，要想控制人防面积的成本，可减少最底层投入的资金量。

3.4 覆土厚度的有效成本控制

地下室顶板的覆土厚度平均每增加100mm，地下室平均每平方米的成本就会增加10元。通常而言，地下如果为车库，顶板覆土的厚度不能超过1.2m。这是由于覆土的厚度增加，结构荷载就会相应增加，处于相同柱网的情况下，梁越高，经济指标就会越大，投入的资金也会越多。所以，适当降低覆土厚度可减少资金投入量。

4 结语

综上所述，在设计高层建筑的地下室基本结构时，除了保证设计质量外，还要注重成本控制，在不超过成本预算的同时，保证地下室结构的质量，更好地发挥其实用功能。在设计中，最基本的工作是制定设计方案，后续的各项工作按照方案展开设计。在设计成本控制中，要做到精细化设计，设计与成本预算相结合，避免造成资金浪费，使地下室结构设计满足实用需求，且能够创造良好的经济效益。