地下室结构设计优化与成本控制

地下室结构设计优化与成本控制

吴桂荣

珠海正青建筑勘察设计咨询有限公司斗门分公司 519000

摘要：我国经济建设的快速发展带动我国各行业发展迅速，我国已快速进入现代化发展阶段。随着我国基础设施建设水平的不断提升，地下室建筑已经成为了基建工程中的重点。为了进一步提升地下建筑施工的安全性和有效性，必须要结合其地下室结构设计优化与成本控制展开分析。

关键词：地下室结构设计优化；成本控制

引言

我国建筑行业发展至今,取得了非常瞩目的成就，其建设技术和建设规模已经遥遥领先其他发展中国家。地下室位于建筑的底层，其结构的设计施工质量直接影响地上工程的牢固度和稳定性，设计质量关乎整个建筑安全。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。

一，建筑工程地下室结构的设计难点：

1. 抗震设计与人防设计及地上建筑的综合考虑：

地下室从功能上往往结合人防设防要求，布置人防要求的防爆临空墙及密闭混凝土内墙，形成刚度较大的地下空间，加上地下室外墙受土体的约束，使地下室在实际受力上对上部建筑形成良好的嵌固作用，所以，这时应将地下室做为上部结构的嵌固端，按《建筑抗震设计规范》第6.1.14条，地下室顶板应避免开设大洞口，并采用梁板结构，板厚不应小于180mm，双层双向配筋，每个方向配筋率不宜小于0.25%，地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上柱对应纵向钢筋的1.1倍。需要注意的是如果地下室内部人防隔墙下未布置基础时，是不能做为顶板及底板支座承受荷载的。因此，地下室的综合设计是技术人员面临的较大设计难题，现实工作中往往会顾此失彼。

2. 地下室的抗浮、抗渗设计：

由于不可预见的连续暴雨及海啸等灾害天气，或由于施工过程中支护措施不当，或设计过程中对地下水设防水位取值偏低造成的地下室上浮现象时有发生，这时往往形成地下室柱头破坏，底板裂缝，地下水渗入，造成地下室无法使用甚至影响整个建筑的功能。另外由于地下水的毛细渗入特性，尤其沿海地区地下水往往具有腐蚀性，会对地下室造成侵蚀，如果建筑工程所在地有较长期的雨水季节，地下室还会发生上浮现象，土层含水量也会逐渐增加，不断浸润地下室的结构墙体，最终使地下室墙体损毁、开裂，引发工程质量问题。因此，地下室的抗浮、抗渗透设计是技术人员面临的较大设计难题。

二，地下室结构设计优化：

1）抗震设计的优化

按《建筑抗震设计规范》第6.1.3条，当地下室顶板做为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。地下室中无上部结构的部分，构造措施可根据具体情况采用三级或四级，为地下二层及以下工程优化提供依据。

2. 基础设计及优化

基础设计应集结合地上建筑物的结构形式及勘察报告揭示的土层性质合理确定基础形式，首先建筑物的选址应避开抗震不利地段，避免坐落在容易出现滑坡及断裂带上，场地边坡要满足稳定性要求，其次，地下室的设计应结合土层结构、水文特点、人防设防要求、基坑支护难易程度等，合理确定基础形式。

基础应尽量浅埋，埋深越浅，造价越低，若地下室埋深范围无软弱土层，地下室底板作用在砂质或风化岩层时，基础可以设计成柱下独立基础或结合底板防水受力计算设计成筏板基础，此时为最经济方案。

若地下室埋深范围为淤泥等软弱土层，设防水位较高时，基础需要设计为桩基础，桩基础中常用高强预应力管桩和钢筋混凝土灌注桩，从经济性来讲高强预应力管桩最为经济，施工速度快，但管桩水平承载力较低，所以基坑周边应结合大直径钢筋混凝土灌注桩做基坑支护及止水帷幕。另外，由于地下室底板下为软弱土层，基础设计时还需要考虑底板荷载，相比天然基础，此方案相对造价要高。这种情况下，在水浮力作用下形成柱帽，由于支座弯矩较大，地下室底板及侧墙需要按裂缝要求控制配筋，所以往往将基础承台设计成较高断面达到受力合理配筋经济的目的。

3）地下室整体抗裂设计及优化

在一定范围内结构的长度会影响温度的应力，随着对地下功能的要求越来越高，地下室面积越来越大，为解决地下室渗水问题，应尽量减少分缝，后浇带和膨胀带都是施工过程中避免裂缝出现的有效方法，能够在混凝土早期时释放应力。。1.控制后浇带钢筋的总量能够更好地释放混凝土收缩应力。由于焊接施工较为方便，在楼板内钢筋及侧壁进行断开处理。同时由于在梁钢筋连接处焊接操作难度系数较大，需要保留一部分钢筋，尽量保证梁底钢筋的连贯。2.后浇带内钢筋抗拉能力小于两侧混凝土抗拉能力，后浇带内钢筋提供拉伸变形，截断的后浇带宽度保留1000mm即可，施工过程中为了操作方便常选取800mm。3.采用补偿收缩混凝土减少混凝土的应力，其限值膨胀率应满足《补偿收缩混凝土应用技术规程》的相关规定。

4）地下室外墙设计及优化

1.首先是外墙的计算，地下室外墙传统的方式都是采用单向板计算，也就是选取顶板、底板作为外墙的支撑点，然后取单位宽度的外墙根据地下室的层数进行相关计算。当外墙的厚度比周边构件厚度大时，可以按照简支支座进行计算，除此以外，可以按照嵌固支座进行计算。当外墙两侧存在翼墙，同时期间距不大于层高的2倍时，可以按照双向板的设计方式进行地下室外墙结构优化设计。地下室外墙要满足裂缝的要求标准，外墙外测可以采用分离式配筋，这样不但可以有效提高外墙受力，而且还可以降低工程造价成本。

2，考虑地下室外墙的施工及管线综合，地下室设计中外墙柱的位置，各构件钢筋交接在一起，钢筋过度集中，造成振捣不密实，甚至存在空洞。建议此种部位适当加大构件截面，从而加大钢筋间距，同时尽量统一钢筋规格，便于钢筋在支座位置拉通，避免钢筋堆集的情况。地下室出墙预埋套管处常出现渗漏情况。消防管等钢管建议直埋，避免管道与套管之间因填塞不严导致的渗漏。外墙上尽量不要设置施工缝，如须二次浇捣时，应预埋止水钢板。

5）地下室的抗浮设计

1.随着地下功能的开发，埋深也越来越大，当无上部建筑或顶板开大洞口时，需要考虑整体抗浮及局部抗浮设计，当基础采用的是柱下独立基础或筏板基础时应采用抗浮锚杆，抗浮锚杆根数简化计算方式中，抗浮锚杆拉力分布不均匀，地下室抗浮设计的经济性与安全性均较差。采用弹性地基梁模型，考虑筏板与抗浮锚杆共同作用，进行整体非线性建模与迭代分析，以确保地下室结构抗浮设计安全、经济。其次，抗浮锚杆布置方式对地下室抗浮设计的安全性与经济性影响较大，设计时应通过多方案比选进行优化布置。另外，抗浮锚杆抗拔刚度对抗浮锚杆拉力及筏板的变形影响较大，应通过抗浮锚杆承载力试验推导出实际刚度作为设计输入条件。并可通过后注浆等手段调节抗拉强度，从而达到优化地下室抗浮设计的目的。

2.当基础采用桩基础时，抗浮设计应采用抗拔桩进行抗浮，抗拔桩的抗拔承载力特征值应通过计算初步确定，以抗拔实验最终确定其特征值。三，地下室结构设计其他成本控制措施

1）人防的成本控制

人防地下室投入的资金量较多。通过对人防的优化布置可节约成本，尽量把人防地下室布置在底层，当抗力不同时，如同时存在5级、6级时，应将5级人防布置在最下层。

2）控制成本的其它措施

采用轻型建筑材料如加大混凝土砌块等以减轻荷载;结构计算考虑梁、柱节点刚域影响，减小计算配筋量。

结语

综上所述，在设计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，在保证地下室结构的质量的前提下，更好地发挥其实用功能。

参考文献

[1]车力.初探某工程地下室结构优化设计与成本控制[J].中国室内装饰装修天地,2020(07):207.

[2]赵振东.房屋建筑地下室结构设计中的成本优化探析[J].建材发展导向(下),2019,17(11):13-14.

[3]宣尧舜.普通地下室结构设计要点及经济性分析[J].城市建设理论研究(电子版),2019,317(35):25.

[4]舒红蓉.建筑结构设计优化对工程造价的影响[J].工程技术研究,2019,4(4):190-191.