建筑工程地下室结构设计要点研究

2023-05-16张洪涛

科技与创新 2023年9期

张洪涛

（山东华邦建设集团有限公司，山东潍坊 262500）

在现代建筑中，地下室结构设计的合理性不仅会对建筑基础安全性和稳固性产生重要影响，也直接关系着建筑的使用功能，因此必须高度重视地下室结构设计工作。在建筑地下室结构设计工作中，设计人员应严格遵守结构设计相关规范和标准，综合考虑各种相关因素，准确确定设计参数，不断优化设计方案，全面提高结构设计质量，以确保建筑地下室结构质量和安全。

1 地下室设计的具体要求

芙桂名邸东苑13#楼地下室设计内容主要包括主体结构、平面结构、保护层和垫层、剪力墙等设计部分，通过优化结构设计方案可以提高工程整体的可行性和有效性。在开展主体结构设计中重点进行墙体结构、柱体结构及顶板的设计。设计人员在进行地下室结构设计中还要对结构的抗震性、防水性等方面进行全面的考虑分析，优化完善设计结构。在地下室底板设计中对地基反作用力加强考虑分析，尽可能地提高地下结构的稳定性和安全性，保证建筑主体结构的安全[1]。

2 地下室结构设计要点

2.1 地下室平面结构设计

建筑设备环境、使用功能、用地设计是组成地下室平面结构设计的主要内容。功能定位、层数设计等都是地下室平面设计的重点。设计时根据工程要求完成防火区域、排水区域等空间的合理划分，将平面结构设计方案充分落实，施工中按照平板或者斜板的方式转化结构底板和顶板，同时对比分析平面结构设计结果，选择最优方案。针对处于山地环境的建筑工程还要考虑地形等方面的影响因素。设计师在进行地下室结构设计中可以将高地作为平台，采取大斜坡形式，通过这种方式节约材料和能源，同时节约施工时间。

2.2 保护层和垫层厚度设计

芙桂名邸东苑13#楼防水施工规范中要求地下室结构厚度在250 mm 以上，按照不超过0.2 mm 的宽度控制混凝土裂缝宽度，严禁存在贯通裂缝。在建设迎水面混凝土时，按照大于等于50 mm 的标准设计钢筋保护层厚度[2]。

为保证地下室的防水效果达到工程规范要求，选择C15 强度的混凝土浇筑结构底板，按照大于100 mm的标准控制垫层厚度。在处理部分软土地基时可以按照大于150 mm 的标准控制垫层厚度，通过适当增加垫层厚度，可以优化地下室防水性和稳定性。

通过归纳分析以往的地下室渗漏水问题可知，在建设地下室结构中垫层的厚度、防水材料都是影响防水效果的主要因素，如果垫层施工不到位很容易出现渗漏水问题。为此，该工程选用防水混凝土作为垫层施工材料，有效提高了基础的防水抗渗性能。

2.3 地下室结构超长与不均匀沉降预防

温度基本不会对地下室结构的使用产生较大的影响，这和地下室所处的特殊位置有着很大的关系，但是同时地下特殊的环境会加强周边的约束作用，如果设计超长的地下室结构那么会对结构的质量安全产生较大的影响，工作人员可以通过合理设计伸缩后浇带，避免出现超长问题。不均匀沉降是地下室结构建设中常见的问题，设计人员在设计阶段为了控制不均匀沉降问题选用了CFG 复合地基处理方式，这对于提高该工程的整体施工质量有着深远的意义。在具体应用CFG 复合地基处理方法时要求合理拌和砂石、粉煤灰、水泥等材料，用专业的施工设备提高基础处理水平。通过合理应用该技术能够将地下室的承载能力提升，保证基础将上部荷载传递到地基中，有效避免地下室不均匀沉降问题[3]。

2.4 剪力墙设计

该工程剪力墙厚度为200 mm，有的墙肢是墙厚度的8倍以上，按照1 650 mm设计，经过调整按照1/1 200设计层间位移角。通过改变角筋和纵筋直径可以调节工程剪力墙部分边缘构件纵筋直径，达到配筋率降低的效果。剪力墙边缘构件优化如图1 所示。

图1 剪力墙边缘构件优化（单位：mm）

地下室外墙配筋计算中，设计人员需要考虑裂缝宽度限值等这些影响配筋计算结果的因素。该工程设计人员按照0.2 mm 左右裂缝宽度计算外墙配筋，按照50 mm 标准控制钢筋保护层厚度，同时对水平钢筋竖向筋外侧进行计算分析，最终确定60 mm 的保护层厚度，通过优化配筋，可以有效减小外墙截面尺寸[4]。

为了提高建筑物通风采光水平，该工程2 户拼接部位存在槽口。楼梯间、电梯间、管道井存在于入户连廊楼板之间，这种结构形式会导致建筑物的楼板平面整体刚度降低，为了提高建筑结构的整体性和稳定性，该工程采取如下优化措施，以期加强结构的整体刚度。

首先，每隔一层楼层，在槽口敞开段设置拉梁，按照剪力墙连梁配筋构造设计该拉梁结构。其次，用双层双向配筋处理连廊位置楼板，进而提高连廊部位的刚度。该工程不同结构部位使用的混凝土强度存在一定的差异，比如原设计方案中用C35 商品砼浇筑基础顶到9 层的梁板，用C30 商品砼浇筑10 层到屋面的梁板。通过优化设计，调整后的方案用C30 混凝土浇筑基础顶到9 层的梁板，用C25 商品砼浇筑10 层到屋面范围的梁板。该工程跨度不大，除了卫生间、厨房、阳台，其他楼板选取的是120 mm 厚度的楼板，原方案按照最小配筋率控制大部分底板筋，经过优化后改换C33 的混凝土浇筑楼板，按照不低于0.20%的标准控制最小配筋率。混凝土等级为C30 时，最小配筋率为0.18%，C30 砼楼板优化为C25 砼楼板；混凝土强度等级为C25 时，最小配筋率为0.16%，大部分楼板的板底配筋减少。通过降低原设计梁板混凝土强度等级，不但降低了板的工程造价，并且减少了混凝土收缩裂缝的产生，改善了工程结构的性能[5]。

2.5 裙房柱设计

该工程按照8.1 m×8.1 m 的标准设置裙房柱间距，采用十字梁形式的楼盖，按照4.05 m 设置板跨度。梁板有着较大的跨度，所以选择的是120 mm 厚度的板材。现将楼盖改为单向双次梁形式，次梁间距为2.7 m，板跨较小，板厚取100 mm，通过优化设计方案，该工程造价节省约10%；裙房原基础采用600 mm 的筏板基础，现改为柱下独立基础+防水板（250 mm 厚）形式，通过这种方式实现对混凝土和钢筋材料使用量的控制，有助于工程项目经济效益的提升[6]。

2.6 地下室抗浮和防水设计

在设计地下室抗浮能力时，重点对地下水位的变化加强考虑分析。设计人员通过分析总结以往地下室结构的设计图纸，对地下室的极限使用状态进行反复分析计算，同时对洪水倒灌险情进行考虑分析，优化设计图纸，避免洪水威胁地下室质量及安全。在设计地下室抗浮能力时，设计人员精准地计算地下室的地下水位情况，验算地下室斜坡抗浮情况，从而提高地下室结构的整体安全水平，保证建筑物基础的稳定性[7]。

通过科学地测量地下室相关数据，设计人员可以更加准确地确定抗浮设防水位。在实际开展调查分析时，勘测工作应当由专业的勘察单位完成，尽可能地提高数据的准确性和真实性。之后，设计人员根据当地历史最高水位合理地确定设计参数。在具体开展设计工作时，设计师还要对基础配种方式进行合理的选择，通过基础配种优化可以提高地下室抗浮能力。然而在实际施工中，很多工程都会受到抗浮问题的影响而导致整体施工效率有所降低。利用泄水降压抗浮装置是一种地下室抗浮方法，主要是利用连通原理降低结构周边的水位，确保地下水位在设防水位范围内，从而避免地下室上浮威胁结构稳定性，达到稳定建筑物的效果。地下室抗浮泄水装置如图2 所示。

图2 地下室抗浮泄水装置

在建设地下室结构中，还要充分重视其防水性能，积极选用防水混凝土材料浇筑地下室主体结构，从而将地下室的防水性能提高。设计师在设计地下室结构中，不但要做好防水混凝土防水性能的确认，还可以使用一些优良的防水卷材，通过优化防水结构提升地下室防水效果。在设计地下室排水系统时，工作人员应以地下室的整体安全为前提，重点解决积水问题。该工程地下室外墙防水层采用的是刚性混凝土和柔性施工结合的方式，其中柔性防水采用的是4 mm+3 mm厚的聚酯胎SBS 改性沥青卷材。用60 mm 厚的聚苯板作为侧墙防水保护层，用0.4 mm 厚的聚氯乙烯薄膜作为隔离层。用C35 强度等级的防水混凝土进行地下车库外墙防水层浇筑，用C40 强度等级的混凝土处理楼座部位，按照P6 等级标准进行外墙防水施工[8]。

2.7 地下室抗震设计

为完善优化地下室的抗震结构，工作人员可以合理控制地下室的埋深，确保地下室建筑物比地下室外面高度偏高，提高其抗震能力。在计算建筑物高度时，基准点选择室外地面，通过这种方式提升设计方案的可行性。

在设计地下室顶板结构时，建筑上层结构嵌固点为地下室的顶板，确保每层地下室符合抗震等级要求。在界定地下室抗震等级时，可以根据项目设计要求及抗震要求确定地下室的抗震等级。

2.8 地下室外墙结构设计

通常选择单向板和四边支撑方法计算地下室外墙结构。单向板计算方法常常应用于单纯的大底板地下室外墙计算当中，通过底板厚度、顶板厚度等参数分析，初步确认地下室结构的铰接或者固结计算模型。该工程主楼内地下室空间较大，外部支撑结构为剪力墙。选用四边支撑计算模型计算地下室外墙时，竖直方向和水平方向均会对地下室外墙产生荷载。其中墙体自重、墙体上部荷载、地下室顶板自重、顶板传递的竖向荷载均为竖向荷载来源，地下室外侧水土压力荷载、地下室上部地面活荷载是主要水平荷载[9]。

此外，人防荷载设计应当以人防等级确定。在具体设计过程中，地下室外墙配筋计算中应充分考虑地质条件、基础实际支撑条件等。计算带扶壁柱外墙的配筋时，以地下室结构整体电气算量为基础，深入研究带扶壁柱的配筋。同时，设计师还要高度关注顶板、底板标高等参数是否发生变化。设计人员根据对应的顶板、底板标高、板的厚度等条件对车道处外墙条件变化进行详细的分析，做好具体研究和设计方案的确认，提高墙体设计和使用效果，保证工程建设质量，充分发挥外墙结构的支撑作用。