地下室结构设计（精选11篇）
地下室结构设计 篇1
一、工程概况
本工程由住宅楼、公寓、保障房、办公楼、幼儿园和地下室组成;地下室层数为1～2层, 建筑使用功能为设备房和停车库, 地下二层为人防区;地基基础设计等级为甲级;地下工程防水等级为二级;地下室范围以下的混凝土结构环境类别为二a类, 其他为一类。下面结合该项目对地下室的结构设计要点及技术进行简要分析。
二、工程的设计要点
(一) 地基基础
1. 地基基础选型
该项目用地临近地铁, 周围是居民小区, 地基基础为甲级, 故对选型的要求极其重要。为了避免降水对地铁工程造成影响同时避免造成扰民, 地铁沿线50m范围内只能选择旋挖桩和静压管桩, 其他区域根据埋深要求和地质报告, 塔楼位置和有抗浮问题的纯地下室选用人工挖孔桩和静压管桩, 以强、中凝灰质砂岩作为持力层;无抗浮问题的纯地下室区域采用扩展基础。提醒注意挖桩施工中应加强桩孔内排水, 护壁及供风措施。
2. 地基基坑设计的建议
本工程场地地势较开阔, 局部地段具备一定的放坡空间。基坑支护建议根据放坡空间, 基坑与道路、管线、地铁等建筑物距离及开挖深度, 采用放坡、土钉墙 (+锚杆) 、复合土钉墙及桩锚的支护方式。基坑开挖建议采用明沟排水。同时在基坑施工和运营期间做好周围既有建 (构) 筑物的监测措施。如果基坑挡墙单价较高, 局部基坑形状复杂, 导致支护长度较长, 在基坑深度不大时, 可以采用大面开挖, 待局部结构施工完成后回填, 节省挡墙费用, 从而降低造价。地基基础设计过程中, 虽然地质情况复杂, 考虑因素较多, 设计难度较大, 但是通过不同支护及基础施工方案的比较, 能得出经济较优方案, 具有相当大的实际意义。
3. 地基处理方法
地基处理设计时, 应考虑上部结构, 基础和地基的共同作用, 必要时应采取有效措施, 加强上部结构的刚度和强度, 以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法, 宜按建筑物地基基础设计等级, 选择代表性场地进行相应的现场试验, 并进行必要的测试, 以检验设计参数和加固效果, 同时为施工质量检验提供相关依据。
(二) 场地地下水
1. 地下工程防水
本工程的地下防水等级为二级。其施工亮点体现在如下几方面:
(1) 基面清理。基面要求平整、坚固, 桩身缺损处必须用高强度防水砂浆进行修补, 平面阴角抹成圆弧≥50mm, 阳角应圆滑, 桩顶部位无松散结构, 基面无灰尘。
(2) 桩头防水处理。桩头防水是地下工程防水的重点部位, 由于灌注桩密实度差, 桩周处于刚性防水层和柔性防水层的搭接区域, 极易出现渗漏。桩头防水具体做法: (1) 将桩及其周边区域用洁净水充分润湿, 以利于水泥基渗透型结晶防水涂料借助水分子向混凝土结构内部渗透。施工中, 如发现局部基面过于干燥, 应重新湿润, 但要注意润湿的基面不能有明水; (2) 将水泥基渗透结晶型防水材料粉料与水按5∶3的比例进行配制, 采用电动搅拌器充分搅拌3～5min, 使浆料均匀、和易性好。浆料一次配制不宜过多, 以30min内能用完为宜。
(3) 涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料时, 需用半硬尼龙刷涂刷, 涂刷要均匀, 特别是凹凸处也应覆盖均匀, 保证每m2用量 (粉料) 不低于1.5kg。涂刷分两次进行, 第1次涂刷完3～4h后进行第2次涂刷;第2遍涂刷完成4～6h后, 进行48h的养护, 养护采用喷雾湿润, 每天养护3～4次。如温度太高, 干燥过快, 可用湿麻袋覆盖基面。
(4) 在水泥基渗透结晶型防水涂料养护结束后, 进行聚合物防水砂浆的刮涂。聚合物防水砂浆的配制基本等同于水泥基渗透结晶型防水涂料的配制, 要求砂浆稠度适中、和易性好, 以可刮涂为宜。刮涂分两次进行, 每层厚度2～3mm, 第2遍刮涂完成12h, 方可进行24h淋水养护。
2. 地下室抗浮设计
(1) 抗浮设计与地下水位标高。确定用于计算地下室水浮力的设计水位, 当有长期水位观测资料时, 场地抗浮设防水位可采用实测最高水位;无长期水位观测资料或资料缺乏时, 按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定, 由地质勘察部门提供, 具体体现在岩土工程勘察报告中。本工程地下室底板标高低于该场地地下室抗浮水位标高, 抗浮问题较突出, 设计时需要设置抗浮桩。
(2) 抗浮桩。本工程纯地下室部分自重小于水浮力, 需要布置抗浮桩。抗浮桩的布置与抗压桩的布置一样要做到结构设计最省, 就要做到力的传递路线最短。常见布桩大致有三种形式:A.柱下布桩;B.柱下地梁上布桩;C.板内布桩。本工程按柱下布桩, 并在桩位上设置承台与地梁, 柱下桩基同时满足抗浮和抗压要求。桩与承台可作为地梁的支座, 使得地梁跨度大大减少, 同时地下室底板的跨度也会相应减少, 减少了用钢量, 节省了造价。
(3) 抗浮桩的验算。抗浮计算无统一的计算公式, 各设计者采用各自的计算公式。该工程笔者抗浮计算按下式:
式中G——柱底传来恒载标准值即建筑物自重包括覆土自重 (向下) ;
n——柱下抗浮桩的桩数;
Ra——抗浮桩的单桩抗浮承载力特征值;
Fw——与柱对应的受荷范围内地下水浮力标准值 (向上) 。
该公式中荷载标准值对应于桩的特征值, 相当于基础地耐力计算式, 概念较为明确, 且在验算建筑物之抗浮能力时不应考虑建筑物上的活荷载。水浮力标准值Fw=Hw×10×A, Hw为水头高度, 即抗浮设计水位与地下室底板底之间的高度, A为水浮力的作用面积。因地下室抗浮是一个十分重要的问题, 若考虑不当将会带来严重的后果, 且补救较为困难, 所以抗浮验算时安全系数取1.1。另外在设计中有许多对抗浮有利的因素在公式计算中无法体现, 且均未予以考虑, 如粘性土的阻水作用, 地下室侧壁的侧阻作用, 底板与土壤的粘结力和吸力均未记入, 上部建筑物及地下室的整体刚度很大, 上部建筑物的压重在地下室部分的扩散作用均未考虑, 这些有利因素均可作为安全储备。
(三) 结构体系
地下室的结构设计在整个建筑结构的设计中比较重要, 因为地下室的位置较为特殊, 地下室是否与上部结构一起计算对于计算结果影响较大;其底板经常同时作为结构的基础, 需要考虑地基的反作用力;人防顶板作为人防工程的重要部位, 需要组合核爆炸力的等效静荷载:侧墙则需考虑侧向的土、水的水平作用组合。
本工程为了经济效益的考虑, 减小建筑层高, 结构为了便于机电等设备管道的通行和房屋的净高, 纯地下室部分采用板柱结构体系。顶板作为塔楼的嵌固端, 塔楼范围及周边两跨仍采用梁板结构, 局部抬高保证建筑净高要求。本地下室工程抗震等级为二级。
(四) 无梁楼盖的设计
1. 一般规定
本工程纯地下室部分柱网分布均匀, 绝大部分区域是8m×8m的正方形柱网, 比较适合采用无梁楼盖。纵横柱轴线均设置暗梁, 以保证有足够的侧向刚度。无梁楼盖的楼板通常采用等厚平板, 板厚除应满足抗冲切要求外, 尚应满足刚度的要求, 其厚度不宜小于长跨方向跨度的1/35～1/30, 也不小于200mm。无梁楼盖的柱帽形式和尺寸, 一般由建筑室内装饰要求、使用功能和板的冲切承载能力计算确定。柱帽的宽度, 一般为长跨方向跨度的0.2～0.3倍。
2. 无梁楼盖的设计计算
对无梁楼盖这种结构来说, 其设计计算主要分为两块:结构整体的空间结构分析和无梁楼盖本身的分析计算。目前, PKPM系列结构设计软件对这两方面的设计都已经有比较成熟的分析方法。笔者认为satwe计算无法正确考虑厚板的作用, 柱配筋计算的结果可能异常, pmsap会考虑周全点, 采用pmsap的结果更接近受力事实。
板配筋设计采用的是slabcad的计算结果, 计算时应注意柱帽类型选用4才能将板元划分到柱帽边, 大板计算都需要注意用M值校核0.2mm裂缝控制下的配筋结果。
三、结语
在现代社会中, 随着人们对地下空间需求的不断增长, 地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大, 地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大, 结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。本文以笔者参与的该工程为例, 对结构设计作出简要的分析, 望能对结构设计今后的工作作出贡献。
地下室结构设计 篇2
进入新世纪以来，建筑领域在国民经济建设方面发挥着十分重要的作用，最近几年建筑逐渐向着多功能化，多样化和结构的复杂化角度转变，这主要是基于消费者对建筑需求多样性要求。建筑功能和结构的复杂化，是基于科学合理结构设计的前提下才能实现的。最近几年，建筑框架结构的合理性就成为消费者高度关注的问题。建筑物地下室框架结构设计对整个建筑物的使用功能有着较为严重的影响，特别是对于建筑物半地下室框架设计，需要综合分析好各个方面优势和缺点，综合采取多样化的设计理念，保证整个框架结构设计和合理性和科学性。
1建筑框架结构设计原则分析
在地下室框架结构设计过程中，需要重点考虑的就是整个地下建筑结构的稳定性和科学性，做好抗震设计工作，避免地震对地下结构产生威胁和影响。在地下室框架结构抗震性能计算过程中，需要结合不同的地质特点以及整个建筑物的整体性质，决定是采用刚性计算还是柔性计算，亦或者采用刚柔兼备的理论计算模式进行计算。同时在对建筑物地下室框架结构性能计算过程中还要对建筑物地基类型进行充分考虑。在地下室结构设计过程中，可以考虑将建筑物设计成双向梁柱承载体系，可以显著提升地下室框架结构的稳定性。
对人防地下室结构设计的探讨 篇3
关键词：地下室;人防工程;结构设计
1.人防工程概述
人防工程即人民防空工程，是根据国防的需要，动员和组织群众采取防护措施。它具有着防范和减轻空袭危害的作用，除采取人员疏散的措施之外，也是战时防空的最重要的措施之一。防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计;二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统的防护设备，其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道包括风井的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆破活门的选用和扩散室的设计。
2.人防地下室结构设计的特点及原则
在人防地下室的结构设计过程中，应遵守以下原则：（1）兼顾满足平战时两种不同荷载效应组合的要求，结构顶板由战时控制，而侧墙和底板根据实际使用情况确定;（2）在整个人防地下室结构寿命期内，只需考虑一次的核袭击、常规武器暴动荷载作用，并进行强度验算;（3）可用等效静载法简化考虑人防荷载，并将其拆开单个构件计算，且注意各个构件的协调，防止因设计控制标准不一致而出现结构局部先破坏现象，使得建筑的整体防护作用降低;（4）需协调地面与地下承重结构体系，即人防地下室墙、柱等应同地面上部的承重结构相协调，以避免出现强弱相差较大的问题。
3.人防地下室结构设计要点
3.1基础设计
进行人防工程设计的过程中，我们要对其结构的可靠性和承载力进行具体的分析和计算，保证计算的准确性，同时要对建筑建设的经济性进行考虑，这样可以对人防的基础结构进行确定。进行设计的过程中，为了保证结构的安全性，要对出现核弹爆炸情况下人防结构的承载力进行计算分析，但是由于核弹爆炸的时间比较短，因此对地基的变形、裂缝、承载力等情况无法进行实际的验算。虽然人防结构的静荷载比较大，但是作为控制质量的结构条件，要根据具体的设计条件进行分析，保证其存在的各项系数的准确性。人防工程的具体设计要根据实际的情况而定，和平年代的人防工程的功能无法得到最大程度的发挥，但跟普通的建筑并不相同，进行设计的过程中，要根据相应的荷载承受力进行具体设计，保证工程设计的质量和投入使用功能的发挥。
3.2构造设计
人防工程的建设中，需要的荷载比较大，其结构要承受核弹爆炸等产生的巨大的冲击，因此进行构造设计的过程中，要根据具体的防御系數，对结构的材料、构件质量的最小要求进行具体的规定，保证其在普通功能发挥的基础上，能够发挥人防工程自身的功能。地下人防工程结构构件的截面尺寸往往比较大，因此，在进行配筋设汁时，应该注意避免出现配筋率小于最小配筋率的情况，以防止结构物在荷载的作用下产生脆性破坏，出现突然压溃现象。地下人防工程的板、墙等都应该采用双面配筋，并且按照规范要求设置梅花形拉筋，确保构件在震动状态下钢筋与混凝土结合良好，共同受力。地下人防工程不宜在防护单元内设置沉降缝、伸缩缝。因为，要想让这些缝又能够阳止抵抗巨大的冲击力又能起到其自身的功能几乎是不可能的。应该在室外出入口和主体结构想连接的位置设置沉降缝。
3.3人防地下室的口部设计
人防地下室的口部设计主要由三部分组成：（1）人防地下室出入口通道内的临空墙和门窗的设计;（2）人防地下室防护密闭门与消防系统的设计;（3）其他构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道以及相邻单元间的隔墙设计等。
关于人防底下入口通道内临空墙和相邻单元间隔墙的设计，可以采用一般的墙体计算模型并同时考虑人防地下室的特殊性，进行结构设计。人防地下室的门窗墙体设计一般按悬臂梁进行设计，为避免设计的悬臂长度过大而导致上部配筋量增加，加设暗梁、暗柱、壁梁或壁柱，可得到较为经济的设计效果。由《人民防空地下室设计规范》第4.8.10条的规定，若平时使用情况与战时的受力作用时间存在明显间隔时，将不再同时考虑这两种情况下横向力对人防地下室门框墙体的影响。
人防地下室防护密闭门的设计，一般可根据设计压力和门洞尺寸选择定型的防护密闭门。而针对消防系统的设计应当得到重视，基本设计理念是“以堵为主，堵消结合”，考虑采用防爆破活门将攻击性武器产生的冲击波阻挡在外，同时通过活门上的开孔释放部分压力，这里需要与扩散室协同合作，才能达到保证人防地下室消防安全的目的。扩散室的前墙是安装悬板活门的临空墙，其本身受到的荷载与活门传来荷载均按临空墙荷载取值，而人防地下室的扩散室与土相邻的上下顶底板以及外墙则按土中压缩波来确定荷载。除此之外，还需要考虑防护措施与主体结构抗力的协同作用，若不相适应，将有可能影响整体工程的防护能力。
在进行人防地下室其他构件的结构设计时，风井的设计只考虑爆炸时土中的压缩波影响，核爆炸荷载不计入开敞式通道的设计，开敞式通道在进行结构设计时只考虑静土侧压力，人防地下室出入通道所涉及的墙体和门框需要加强设计，由于到达出入通道的冲击波受到墙体和门的反射作用，冲击波的影响将会大大增加，约为反射前的2-3.5倍。另外，防倒塌棚架的结构设计有竖向和横向之分，竖向设计时必须考虑倒塌荷载，《人民防空地下室设计规范》规定的倒塌荷载为50KN/m2，而横向则考虑动力压力的作用。除此之外，人防地下室口部的内部尺寸应控制在规范要求的范围之内。
3.4墙体
人防地下室结构设计中，墙体包含有外墙、临空墙、密闭隔墙和单元隔墙。而密闭隔墙并不需要进行受力计算。人防墙体受到的爆炸荷载作用主要是水平方向的，其计算模型是单向板，墙体下端固定，而上端则需要根据顶板的刚度来进行固端或者是简支。
3.5顶板
为了方便设计，建设单位往往把顶板厚度大于等于墙体厚度作为一个上端固端条件，来进行墙体计算，相反则被称作为简支。门框墙作为一种开孔口的临空墙，在模型计算过程中需要将孔口的四周当成是悬臂梁来进行独立计算，每当悬臂梁的长度要大于孔口边长一般的时候，需要在孔口边进行横梁或者立柱的设计。在人防地下室结构设计中，墙体基本都被当成是单独构件来展开计算的，建设单位在结构设计的时候，需要仔细的协调墙体和周边构件间的弯矩协调状态，并加强节点构造钢筋，更好的保证建筑防护的质量
4.人防地下室结构设计的注意事项
人防地下室多位于高层建筑之下，其上部结构多采用结构计算程序进行进行计算分析，但对人防地下室各个结构部件却不能纳入整体结构的计算，这主要是由于爆炸荷载的影响仅针对人防地下室而言。因此，人防地下室的计算一般单独进行结构设计。另外，虽然《人民防空地下室设计规范》中已经规定了人防地下室相关构造措施，为方便设计工作，有些构件的尺寸可以适当进行修正，如人防地下室顶板在六级时可取250-300mm，五级时取300-350mm，顶板梁跨高比可取7-12，梁上部的通长筋可直接由构造措施确定，底板的厚度需大于外墙且考虑地下水与抗浮作用，除隔墙采用250mm，其余主墙体均采用300mm的尺寸，同时这些结构构件的厚度必须满足早起的抗辐射要求。
5.结语
人防地下室的结构设计内容广泛且复杂，常常需要综合的、辩证的考虑相关问题，不能按部就班，目前我们所采用的电算软件对其的计算还不是十分完善，更多情况下需要设计人员更加深入的考虑问题，不断总结经验，另外，人防地下室的结构设计在经济效益上还必须同时兼顾平战工况，最终才能达到优化结构设计的目的。
参考文献：
[1]GB50038-2005，人民防空地下室设计规范[S].
[2]王翼忠.高层建筑地下室结构设计中的若干问题[J].河北建设科技与勘察设计，2006（4）：18―20.
浅谈地下室结构设计 篇4
1 地下室对塔楼的嵌固作用
1.1 地下室为上部结构的侧向嵌固点
地下室与上部结构为一个整体，因为地下室侧墙有极大的刚度，以及地下土体的约束作用，结构在地下室位置的侧向位移极小，使地下室自然的成为上部结构的侧向嵌固点;
1.2 地下室不宜作为上部结构的嵌固端
结构的嵌固端，必须保证此处无侧向位移，无转角，无竖向位移;地下室的作用一般只能满足结构此处无侧向位移，而不能保证地下室竖向构件无转角，亦不能保证柱顶无位移，故一般情况下，地下室不宜作为上部结构的嵌固端设计;
1.3 计算模型的选择
计算时，必须输入地下室结构与上部结构整体计算(地下室底板不参与整体计算)，不可仅输入上部结构单独计算;整体计算时，必须考虑地下土体的约束作用。
2 地下室的抗浮设计
1.当上部荷载小于地下室的上浮力时，地下室必须做抗浮设计;抗浮设计的水头可采用当地历史最高水位;若无明确资料时，一般可取抗浮水位为室外地坪标高;抗浮力须大于水浮力的1.05倍;
2. 地下室抗浮较常用的办法有：设置抗拔桩;设置抗拔锚杆;加大结构上部荷载抗浮等;
3 地下室侧壁、底板设计
3.1 地下室侧壁的设计荷载
a.水土压力：当地下室外侧土层为砂层时，须按水土分算的原则计算水土压力;
当地下室外侧土层为粘性土等不透水层时，可按水土合算的原则计算水土压力;
水土压力应为静止水土压力，不可按主动土压力计算，亦不必按被动土压力计算;
b.计算土压力时，应考虑地面堆载的影响;
2.地下室侧壁、底板迎水面保护层厚度为50mm;计算时必须控制裂缝宽度不得大于0.2mm;因为保护层厚度为50mm，计算时的裂缝宽度很难控制，配筋量往往较大，此时，可在混凝土迎水面保护层内设置抗裂钢筋网，一般可选择Φ6@150x150、Φ8@150x150、Φ10@150x150钢筋网，设置抗裂钢筋后，对裂缝的控制非常好，亦可以减少侧壁及底板的配筋量;
4 地下室顶板设计
地下室层结构构件的抗震等级：
1.-1层地下室位置，结构的抗震等级应与上部结构相同;当地下室位置无上部结构时，抗震等级可取三或四级;
2.-2层及以下层地下室位置，结构的抗震等级可取三或四级;
5 超长地下室的抗裂设计
因为地下室防水处理困难以及高层建筑的基础埋深要求，一般情况下地下室结构不宜设置伸缩缝，故地下室结构往往为超长混凝土结构。因为温度应力以及混凝土收缩变形的影响，地下室结构很容易出现裂缝;设计时须采取足够措施加以控制，一般可采取的措施有：
5.1 混凝土强度等级的选择
为减小混凝土中的水泥用量，宜选择较低标号的混凝土，一般使用C30混凝土，最大不宜超过C35;因混凝土中使用的早强剂容易加大混凝土的收缩量，设计时可选择60～90日龄期的C30混凝土;
5.2 后浇带的设置
后浇带的设置对混凝土硬化过程中水化热引起的收缩裂缝有很好的作用，一般情况下可每30m设置一道后浇带;后浇带内的钢筋可选择绑扎处理，不宜焊接或直通;后浇带混凝土须待60日之后才可以浇筑，浇筑混凝土时宜选择全年最低温度时段浇筑，混凝土内掺入适量的膨胀剂;
5.3
地下室底板、顶板、以及地下室中间层板须设置通长钢筋，并宜适当提高配筋率;
5.4
地下室顶板及侧壁配置部分无粘结预应力钢筋;
5.
建筑工程中地下室结构设计探讨 篇5
关键词：建筑工程；地下室结构设计；结构平面设计；抗震设计
中图分类号：TU973文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）09-0179-02
目前城市土地资源日益紧缺，建筑及城市交通有逐渐向地下发展的趋势。然而，建筑由于其功能和结构本身的需要，大多设置了地下室。随着建筑层数的日益增高，地下结构已向多层发展，其结构设计、施工及防水等日益成为建筑工程界关注的热点。由于地下室工程的施工环境特殊、隐蔽性大、涉及的工种多、施工复杂，也容易出现质量问题，因而对设计和施工有一定的特殊要求。
一、地下室结构设计难点概述
地下室工程涉及的专业极为复杂，在建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题。而且由于实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而也会造成施工过程中由于抗浮不够而出现局部破坏，加上地下室防水工程是一项系统性工程，涉及设计、施工、材料选择等诸多方面因素，因此造成了地下室结构设计难点繁多，一般来讲概括起来为：（1）结构平面设计；（2）抗震设计；（3）地下室抗浮、抗渗设计；（4）外墙结构设计。
二、建筑工程地下室结构优化设计
（一）结构平面设计
在高层建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过设计规定长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，例如在侧壁外作附加通长采光井，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。
（二）抗震设计
一般来讲地下室抗震设计中较为常见的问题为：多层建筑中半地下室埋深不够，房屋层数包括半地下室层已达8层，层数和总高度超过要求，违反GB50011-2001第7.1.2条。地下室顶板为上部结构嵌固端，地下室一层抗震等级定为三级，而上部结构为二级，按GB50011-2001第6.1.3条地下室也应为二级。
若地下室设计不当，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点，一般来讲，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的部位。相关规范明确规定，作为上部结构部位的地下室楼层的顶楼，盖应采用梁板结构，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构的部位。结构计算应向下计算至满足要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上计算，并应包括地下层。
（三）地下室抗浮、抗渗设计
一般来讲，此类设计常见问题为：地下水位未按勘察报告确定，或勘察报告未提供计算浮力的地下水位及其变幅，违反了GB50007-2002第3.0.2条；斜坡道未进行抗浮验算，斜坡道与主体分缝处未作处理；抗浮验算不满足要求，不符合GB50009-2001第3.2.5条等。
地下水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。实际在地下室抗浮设计时仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。另外，在同一整体大面积地下室的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下室的面积较大、形状又不规则，且地下室上方的局部没有建筑，此类抗浮问题相对难以处理，须作细致分析后再进行处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：（1）补偿收缩混凝土。在混凝土中掺微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值。当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝；（2）膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝士连续浇注无缝施工；（3）后浇带。后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛应用；（4）提高钢筋混凝土的抗拉能力。混凝土应考虑增加抗变形钢筋，如侧壁增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用；侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设置一道水平暗梁抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。
（四）外墙结构设计
地下室的外墙是结构设计的重点，应按水、土压力验算，在设计时应注意以下要求：（1）荷载。地下室外墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传重和自重，水平荷载包括地面荷载、侧向土压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋；（2）静止土压力系数。静止土压力宜由试验确定，当不具备试验条件时，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7；（3）地下室外墙的配筋计算。实际设计时，在外墙的配筋计算中，对于带扶壁柱的外墙，不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算，而是均按双向板计算配筋；扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋，不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。因此，在计算地下室外墙的配筋时，对于垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大的外墙板块，如高层建筑外框架柱之间，按双向板计算配筋为宜，其余的宜按竖向单向板计算。对竖向荷载较小的外墙扶壁柱，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋应根据扶壁柱截面尺寸的大小，适当地配以外侧附加短水平负筋加强，外墙转角处也应适当加强。地下室外墙计算时底部为固定支座（即底板作为外墙的嵌固端），侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩相等，底板的抗弯能力应不小于侧壁的抗弯能力，其厚度应与配筋量相匹配。这种情况在
地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力应不小于侧壁底部的抗弯能力。
三、结语
高层建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。
参考文献
[1]地下工程防水技术规程（GB50108-2001）[S]．
[2]建筑抗震设计规范（GB50011-2001）[S]．
[3]李享，谭素群．地下室结构设计中的若干问题[J]．山西建筑，2007，33（11）．
[4]朱炳寅，等．建筑结构设计规范应用图解手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．
某地下室底板结构设计 篇6
清远某单层车库 (图1) 总建筑面积977.8m2, 属非人防车库, 车库底板标高-4.800m, 顶板标高-1.100m, 顶板覆土800厚, 地下水位标高-2.300m。地下室底板承受水浮力作用, 水浮力在底板板面的荷载为25k N/m2。柱距大部分为8.1m×8.1m。底板混凝土强度为C30, 钢筋强度选用HRB400。
2 确定底板厚度
底板厚度主要由抗冲切强度验算确定。本工程底板计算过程如下:
基础的尺寸为2.8m×2.8m, 底板厚度初步取h=280mm。底板保护层厚度c=40mm, 底板的有效高度h0=280-46=234mm, 底板的最不利冲切面如图2所示, 冲切面与底板板面的夹角为45o。水浮力在底板板面的荷载F浮=25k N/m2。
柱网为8.1m×8.1m, 所以一个基础的最大受荷面积A=8.1×8.1=65.61m2, 冲切破坏锥体范围的面积A’=2.8×2.8=7.84m2。
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]图6.5.1中:
最大受荷面积内柱所承受的轴向压力标准值为N=q A=20.8×65.61=1364.69k N。
局部荷载设计值:
计算截面的周长um:
上式中, a为承台的长, b为承台的宽。
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]式 (6.5.1-2) 及式 (6.5.1-3) 得:
所以。
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]式 (6.5.1-1) 得:
满足要求, 故底板厚取280mm。
3 底板软件计算方法
本工程地质良好, 底板正向荷载直接传给地基, 故本工程只计算水浮力作用下底板的配筋。
在PKPM结构建模中, 柱与柱之间建100×100的虚梁, 挡土墙按剪力墙输入, 生成楼板及输入荷载, 因各板跨的水浮力同时存在, 不会存在活荷载不利布置的情况, 所以水浮力按恒载输入, 活载取0。
进入PKPM的SLABCAD功能, 楼板类型选用板柱单元, 基础按柱帽输入, 点取板带自动划分功能, 自动划分板带时, 柱上板带各取两边板宽的比例为0.25[2]。
计算结果如图3所示, 本文只选取X向柱上板带的结果进行分析。
4 底板配筋
底板的配筋原则是按通长筋+附加筋形式配置, 本工程通长筋按0.2%的配筋率配置, 即通长筋为12@200, 双层双向布置。
(1) 强度计算:按强度计算时, 底板厚280mm, 底板配筋为12@200双层双向时, 板底每米板带所能承受的弯矩标准值计算过程如下:
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]式 (6.2.10-2) 得:
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]式 (6.2.10-1) 得:
所以每米板带所能承受的弯矩标准值为Mk=46.19/1.35=34.21k N.m/m。故按强度计算时, 4050mm宽的板底板带所能承受的弯矩标准值为4.05x34.12=138.19k N.m。板顶环境类别为二类, 保护层厚度取20mm, 同理算出板顶4050mm宽的板带所能承受的弯矩标准值为150.78 k N.m。
按上述方法, 编制Excel表格, 算出附加各种钢筋直径下, 4050mm宽的板带按强度计算时所能承受的弯矩, 如表1所示, 表中“12+10”表示通长钢筋为12, 附加筋为10, 隔一放一, 间隔为100mm。
(2) 裂缝验算。本工程底板保护层厚度40mm>30mm, 在裂缝验算时, 可取保护层厚度30mm进行计算[3]。
底板厚280mm, 底板配筋为12@200双层双向时, 在裂缝0.2mm限值下, 板底每米板带所能承受的弯矩标准值计算过程如下:
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]第7.1.2条得:
算裂缝时cs=30mm, 但算截面有效高度时, 仍取h0=280- (40+6) =234mm。
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]式 (7.1.2-1) 和式 (7.1.2-2) 得出:
由《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[1]式 (7.1.4-3) 得:
所以, 在构造配筋下每米板带所能承受的弯矩标准值为28.07k N.m, 对比Mk和Mq, 可以看出底板板底支座处的配筋是由裂缝控制。
按上述方法, 编制Excel表格, 算出附加各种钢筋直径下, 4050mm宽的板带在裂缝限值0.2mm下所能承受的弯矩, 如表2所示。
由表1和表2和图3, 可配出X向柱上板带的钢筋, 支座处需附加柱上板带支座处需附加14@200的钢筋 (Mq=260.00k N.m>255.90 k N.m) , 配筋图如图4所示, 支座钢筋的长度取值为L=1/3柱净跨+0.5柱边长[2], 本工程柱截面尺寸为500x500, 所以L=1/3× (8.1-0.5) +0.5×0.5=2783mm取L=2800mm。
从图3中, 柱上板带板顶的跨中弯矩为144.5 k N.m<150.78 k N.m, 所以, 柱上板带板顶按构造配筋即满足要求。
从上述计算中可得出, 在水浮力作用下, 柱上板带板底支座处的配筋由裂缝控制, 柱上板带板顶跨中配筋按构造配筋即可满足计算要求。
5 结束语
本文通过对地下室结构底板计算, 得出以下结论:①通过底板冲切计算确定底板的厚度是合理的。②在水浮力作用下, 柱上板带板底支座处的配筋由裂缝控制, 柱上板带板顶跨中配筋按构造配筋即可满足计算要求。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范 (GB 50010-2010) [S].中国建筑工业出版社, 2010.
[2]全国民用建筑工程设计技术措施 (结构) [M].中国计划出版社, 2009.
建筑地下室结构设计分析 篇7
就建筑工程设计中的重点与难点的进一步讨论, 不仅有助于提升行业内对地下室结构设计部分, 技术能力的提升, 也对建筑行业整体工程的质量提升有一定影响力, 对于提高目前国内的工程设计中地下室方面的设计整体能力具有实效性帮助。关于地下室的设计, 存在多个关键点, 设计者要正确对待这些关键点, 才能够在建筑施工设计中, 实现我国建筑地下室结构设计水平的不断提升。现将设计中的相关的关键点逐一进行论述。
1 当下建筑地下室结构的设计特点
如今我国建筑物规模不断增大, 地下室在建筑中存在的功能性也逐渐呈现出多元化的特点。从最初的单一的储存功用到现如今的地下停车场以及各类大型商业场所、人防工程等多功效结构的结合。这就要求地下室结构在规划设计方面符合更加高标准。不但要求设计人员具有更专业的设计水准, 而且要求设计人员具有前瞻的设计理念。
建筑地下室结构设计是建筑整体设计的根本, 故而对建筑地下室结构设计人员来讲, 其工作的重要性不可小觑。
综上所述, 现代建筑地下室结构设计的特点, 主要体现在设计难度较大、设计要求较高、设计专业性以及实践性较强等几个方面。
2 建筑地下室结构设计的主要内容
通过以上建筑地下室结构设计的分析, 我们认识到现代建筑地下室结构设计的几大特点。作为从事建筑地下室结构设计的工作人员, 在工程设计额过程中就要切实掌握如下要点:
2.1 建筑地下室的平面结构设计
在建筑地下室的平面结构设计当中, 我们要做到注意其承重力以及空间的合理布置, 这一点是在建筑地下室设计中的关键点之一, 但是此一关键点存在的影响相对比较小[1]。如:在民居的设计当中, 地下室的设计就应当最大程度地压缩各个房间的空间大小。以便分割更多的地下室房间, 使建筑地下室的实用价值最大化。而酒店宾馆等的地下室设计首先考虑的是停车场的设计。这就要求在保证地下室的承重能力符合要求的情况下, 最大程度地体现空间大结构设计。
建筑地下室的平面结构的设计, 要在综合开发商的建设意图、建筑物的承重能力及其功能等三方面的基础上进行, 从而以保证该设计理念的功能性、科学性及合理性。
2.2 建筑地下室结构设计的抗渗抗浮性能
建筑地下室的抗渗能力、抗浮能力的设计也是非常重要的一个环节。使用过程当中, 建筑物除了会遭遇到地震破坏还会经历暴雨水分下渗等不可抗力干扰的情况。这就要求在设计理念里, 必须要相应采取一系列的措施来抵御和提高其抗渗能力及抗浮性能。
尽量地在施工中加大地下室部分的重量。具体措施以施工中采用基板加载的方法和边墙和顶板加载的方法, 在科学的建筑设计具备的条件下, 尽量提升建筑基坑的底部设计高度。这样设计便可在一定程度上使地下室起到抗浮抗渗能力。地下室设计中合理的多些宽扁梁和无梁楼盖的应用, 如此可以尽量地降低地下室的高度, 来降低地下室的抗浮水位。这亦是增加建筑地下室性能的有效方法。
2.3 建筑地下室顶板结构的设计
顶板部分是地下室连接上层建筑的粘合部位, 地下室顶板的设计十分重要。顶板设计要在充分考虑科学高度的基础上进行, 并且要充分考虑对土层的保护。顶板设计更是关系到地下室及其上层建筑整体功能的协同性[2]。准确地计算取得的地下室承载能力的数值, 要充分考虑到设计中可能存在的各类干扰因素。
某些功能性的建筑物, 其地下室结构设计还必须要考虑到防爆能力。以保证能够抵御爆炸冲击下带来的压力, 很好地稳定整体建筑。设计者必须充分考虑地下室顶板设计存在的各类因素, 以避免设计漏洞, 引发严重后果。
2.4 外墙结构的设计
混凝土、水、钢筋的比例问题是地下室外墙结构设计的重点。建筑地下室外墙承受着来自两方面的压力:分别是竖直方向的力和水平方向的力[3]。竖直方向的压力是指:上层建筑本身质量所带来的压力;水平方向的压力是指:由来自横向土层的挤压力。此外, 地下室还要能够承受自然灾害给带来一定压力。设计理念中就必须充分考虑到建筑地下室将要承受的各类外在压力情况, 从而科学的设计以增强多种外力情况下的荷载能力。
2.5 建筑地下室结构抗震能力设计
抗震性能是现代建筑设计中的要点。这一特点亦是建筑地下室结构设计中所要考虑的重点部分, 尤其是在地震的多发地带, 建筑物的高度与地下室的深度成正比。另外地下室墙壁的结构设计、材料的选择等方面都是决定其抗震能力的关键。建筑设计中, 要依据建筑的实际情况, 来对其地下室的墙壁科学地进行加固处理。
2.6 结构设计超长情况的处理
在某些情况下, 地下室的结构会出现超长的情况。这种情况对地下室工程的质量造成一定影响。有必要采取相应的处理方法以规避弊端。建筑地下室结构易在环境本身带来的压缩力下, 造成裂缝现象。
一般情况下, 可采取增设后浇带的方法或采取在混凝土中掺入微膨胀剂的技术手段, 并同时做膨胀加强带设计, 提升钢筋混凝土抗拉力等方法来预付地下室在结构超长情况下产生的裂缝现象, 从而以保证建筑地下室的工程质量。
3 结束语
综上所述, 建筑地下室结构的设计在建筑工程设计中举足轻重且较为复杂。建筑地下室结构设计是否具有科学性、合理性, 对建筑的工程质量以及工程造价、建筑结构安全等各方面有直接影响。建筑设计者在考虑设计方案时, 必须充分考虑到各类影响因素的存在, 并通过一系列合理可行的技术手段, 来进行优质的设计, 以提升建筑质量, 增强整体建筑的稳定性和实用性。
摘要：在建筑技术水平的不断发展的今天, 地下空间利用被越来越重视, 地下工程设计的难度与精度也随着加大。工程的施工质量取决于地下环境的性质、工程所在的位置以及相关的地理条件、地下室的抗浮能力、地基沉降程度等因素。本文就地下室结构设计所涉及的的几个方面进行分析。
关键词：建筑地下室,结构,设计
参考文献
[1]地下工程防水技术规范[S].GB50108-2008.
[2]建筑地基基础设计规范[S].GB50007-2011.
高层建筑地下室结构设计 篇8
对于地下室的结构设计工作来说, 因为影响地下室结构设计的因素有很多, 在设计的过程中要综合考虑的技术问题也很多, 例如, 地下室抗浮、不均匀沉降等问题。在建筑结构设计中, 地下室结构设计起着非常重要作用, 绝不能忽视。
1 地下室结构设计难点
地下室的结构设计复杂, 设计范围很广, 特别是结构设计要综合考虑多个因素, 如防火、坑道、通风、采光、人防要求、使用功能、排水等。在建筑高层地下室长度超出设计规定长度时, 就需要在进行结构设计的过程中结合建筑结构设计专业, 最终确定是否还要设置变形缝, 从一般情况来看下应该少设或不设置变形缝, 这样做的原因是, 设置变形缝会导致建筑的防水处理工程变得更加复杂。此外, 对于具有大底盘地下室高层建筑群来说, 高层建筑的塔楼部分在使用阶段一般不存在抗浮的问题, 但是高层建筑地下室经常会存在抗浮也不能达到要求的问题。同时, 因为在进行高层建筑地下室抗浮实际的过程中, 一般只会考虑地下室正常使用的极限状态, 而对于建筑施工过程以及洪水期的重视不够, 从而导致了在高层建筑施工过程中, 会出现因抗浮能力不够而造成的局部破坏现象发生。地下室顶板是人防工程的重要部位, 需要考虑组合核爆炸力等效静荷载因素;侧墙也需要考虑侧向土、水的水平作用组合。简而言之, 高层建筑地下室防水工程是一项系统性的基础工程, 所涉及的因素很多, 如施工、设计和材料选择等因素, 所以, 造成地下室结构设计难点众多的原因概括起来有以下几个方面:抗震设计、地下室抗浮、抗渗设计、结构平面设计和外墙结构设计等。
2 高层建筑地下室结构设计的问题及解决方案
2.1 地下室层高问题
地下室层高的选取是一项非常重要的工作, 其在很大程度上影响着地下室的设计, 包括地下室基础维护的设计、地下室的抗浮设计等各个方面。具体可以采取下列几项措施来进行地下室层高的优化处理:首先, 应该采取有效的措施来尽可能地减少地下室顶板覆土层的厚度。顶板覆土厚度的确定主要考虑两个方面的因素, 一个是给排水专业雨污水管道的铺设, 还有一个是景观专业植被种植的具体需求。图1为优化后地下室剖面图。
2.2 抗浮问题
当地下水的水位过浅或者高层建筑的地下室的埋藏比较深时, 地下室里有些部分或者裙房容易出现抗浮问题, 与相关规范要求存在较大出入, 基于此, 可以按照以下措施进行改善: (1) 在设计规范允许的范围内, 进一步提高设计的基坑坑底的高度, 使得抗浮设防水位有所降低。如今, 我国高层建筑中, 使用的建筑基础地板通常有两种:a.梁板式筏板基础;b.平板式筏板基础。一般情况下, 两者的填覆土的质量以及重量基本上时一样的, 然而, 梁板式筏板基础的高度要远远高于平板式筏板基础的高度, 在确保基顶的标高相同且固定时, 使得梁板式筏板基础的埋深大于平板式筏板基础的埋深。所以, 能够使得抗浮水位有所提高, 所以相比而言平板式筏板基础更有利于解决降低抗浮水位问题。 (2) 通常在高层楼房建设时, 使用两种梁结构:a.宽扁梁;b.无梁楼盖。一般而言, 前者的截面高度要占总跨度60%左右, 就能够对地下结构的层高有所降低, 进而使得抗浮设防水位有所降低。 (3) 为了能够更好的解决地下室中存在的抗浮问题, 增加地下室的重量不失为一个最直接的方法, 此外, 还可以通过增加地下室标准的层高来解决地下室存在的抗浮问题, 但后者要将地基土的承载能力考虑在内。 (4) 一般来说解决存在于裙楼等地下室中上部建筑层数不多的部分的抗浮问题, 则需要设置抗拔桩。同时, 尤其要关注的是确定好抗浮地下水位。众所周知, 高层建筑中, 地下水位和变幅是地下室抗浮设计中最为重要的一个因素之一。在对高层建筑的地下室进行实际抗浮实际施工时, 通常只会考虑到地下室的正常使用极限状态, 缺少对施工过程、洪水期的重视, 以致于在施工时因为抗浮能力不足, 导致局部破坏。
2.3 不均匀沉降问题
(1) 裙房与高层建筑之间设置沉降缝, 使每个部分自由沉降, 互相不影响, 还可以避免由于不均匀沉降原因所产生的内力, 但在实际上, 这样做会给地下室的防渗漏、建筑的立体处理、整体稳定和基础的埋置深度带来诸多困难。
(2) 高层建筑和裙房之间采用端承桩, 将端承桩设置在坚硬的基岩上。但是这种方法耗费大量的基础材料, 不经济。
2.4 裂缝及控制问题
由于受到地下室结构木身和基坑边壁等因素的影响和约束, 地下室的外墙混凝土极易出现收缩现象, 因此, 地下室的外墙裂缝宽度通常要控制在0.2mm以内, 另外, 要根据裂缝的宽度验算来控制配筋量。在建筑工程中有许多设计是将地下室防水结构的构件计算弯矩调幅、有的未考虑荷载分项系数、多层时未按多跨连续计算、有的下端按铰接, 高层建筑地下室外墙在计算过程中漏掉抗裂性验算, 地下室底板和外墙连接的构造不是很合理, 建筑物超长未留置后浇带或设缝, 外墙施工缝或者后浇带详图没有交代, 后浇带的位置设置不恰当, 室外出入口与主体结构相连处没有设置沉淀缝等, 会导致违反设计规范, 并且会产生地下室渗透现象的发生。由于高层建筑地下室的整体超长, 在设计上应采取相应的技术手段, 有效防止建筑裂缝的不断扩大, 应采取的主要措施有补偿收缩混凝土, 即在混凝途中掺入UEA、HEA等微膨胀剂;膨胀带, 由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿;后浇带, 作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施。
2.5 地下室外墙的结构设计问题
地下室外墙对于地下室的重要作用是不言而喻的, 对于地下室结构设计来说, 设计应该注意以下几个方面的内容:
(1) 荷载计算
地下室外墙承受了多方面的荷载, 包括上部结构传来的竖向荷载以及水平荷载。然而, 在对地下室外墙进行结构设计的时候, 通常情况下, 上部结构竖向荷载所产生的内容起不到任何的控制效果, 可以发挥控制效果的还是由于水平荷载所产生的内力。在具体的应用过程当中, 竖向荷载与地震所产生的力是很难进行控制的。面墙体配筋应该考虑到垂直于墙面的水平荷载形成的弯矩, 通常情况下, 竖向荷载的压弯都不考虑在内。对于静止土压力系统需要结合具体的试验进行确定。如果实在无法开展试验, 可将黏性土的值确定为0.5~0.7, 黏土值可以确定为0.34~0.45。
(2) 配筋计算
因为地下室工程当中的临空墙以及顶板!外墙和顶板的交接部位承受很大的作用力, 因此, 要考虑到整个结构的稳定效果, 就需要把地下室侧墙外的竖向钢筋伸入到顶板当中。在具体操作的时候, 应该根据双向板来对配筋进行严格的计算, 而不是按照扶壁柱的尺寸来计算。在对地下室外墙的配筋进行计算的时候, 不仅和外墙方向垂直的部分有钢筋混凝土, 其余形式的外墙一般也应该根据竖向单向板进行配筋的计算。对于竖向载荷相对而言比较小的外墙扶壁柱, 不管是外墙转角的位置, 还是内外侧的主筋部分, 都应该采取相应的措施进行加强处理。需要注意的是, 扶壁墙的截面积是界定外墙水平分布筋的有效依据。
2.6 地下室的防水设计问题
地下室防水也是地下室设计过程当中最为重要的一个部分, 地下室防水效果的好坏直接影响着地下室的安全性甚至是整个建筑的安全性。但就我国当前的高层建筑地下室来看, 在防水方面, 存在着很多的质量问题, 这些质量问题的存在在很大程度上决定工程的质量。如果地下室结构防水没有达到相关规范的要求, 就会直接造成地下室积水问题, 然而, 如果钢筋长时间浸泡于水中, 就会直接对结构的稳定性造成不利影响, 同时影响着整个建筑的安全性以及使用寿命。要想有效地将地下室的防水问题解决到位, 需要做好以下几个方面的工作: (1) 在具体设计的过程当中, 一定要紧密地结合工程的具体性质, 根据具体需求以及重要程度等各个方面的因素来科学合理地确定防水的具体等级。 (2) 在进行地下室防水设计的时候, 具体应该注意三个要点:a.主体结构的防水;b.细部构造的防水;也被称之为节点防水;c.结构的抗浮设计, 包括局部抗浮以及整体抗浮。 (3) 很大一部分的地下室主体结构防水就是采用防水混凝土。通常情况下, 防水混凝土被分为以下几种:普通混凝土、外加剂防水混凝土、膨胀水泥防水混凝土。在选择防水混凝土的时候, 一定要考虑到设计抗渗等级这一要素。其结构形式见图2。 (4) 对于地下室的节点防水, 需要对地下室的相应施工缝、变形缝以及后浇带等采取相应的防水处理, 比如设置止水带、止水钢板等等。
3 结语
总之, 对高层建筑地下室的结构设计进行探究具有十分重要的意义。作为设计人员必须着力不断提高自身的专业技术水平, 精心设计地下室荷载, 顶板、外墙、底板等结构和结构的抗浮、抗渗的设计工作, 只有这样才能全面提高结构的安全性能, 为工程质量的提升奠定坚实的基础, 为人民的生命财产安全保驾护航。
参考文献
[1]陈玲瑜.浅谈高层建筑地下室设计中常见问题[J].水利科技, 2006 (2) :30~31.
[2]冯雪.高层建筑地下室结构设计分析[J].民营科技, 2011 (7) :286.
浅析地下室顶板的结构设计 篇9
随着建筑业和经济的快速发展,高层建筑物在现代建筑物中占了大部分地位,同时也是人们选择居住的第一位。但是现在的土地资源紧张,为了更好地利用每一寸土地资源,节省空间,地下室是最好的收纳空间。因此每个高层建筑物都有地下室,随着高层建筑物的用途和规模不同来设计地下室的结构。例如大型的商业大厦和写字楼等商业性而且人流多的高层建筑物,其地下室一般都用作停车场。而小型的高层建筑例如私人住宅则一般用作杂物室。其中文章主要讨论地下室顶板的结构设计。
1 地下室顶板结构概况
1.1 什么是地下室顶板结构
高层建筑的地下室设计一般要考虑外墙(挡土作用,不具备支撑功能)、底板(房屋结构的基础)、出入口坡道(要考虑其宽度和坡度)以及顶板(也就是一楼的地板)等因素。其中地下室顶板十分关键,因为地下室顶板的结构设计直接影响了一楼楼层的使用情况。一般地下室的顶板结构体系包括井字梁体系、十字梁体系、单向梁体系、大板加腋体系、无梁楼盖体系以及空心无梁楼盖体系。其中井字梁体系、十字梁体系和大板加腋体系要求主框梁高度和结构总厚度为800毫米,单向梁体系则是要求900毫米,无梁楼盖体系和空心无梁楼盖体系结构总厚度分别为350毫米和500毫米。而一般来说井字梁体系、十字梁体系和大板加腋体系对应的地下室高度是3.75米,单向梁体系对应的地下室高度为3.85米,无梁楼盖体系对应的地下室高度为3.3米,以及空心无梁楼盖体系对应的地下室高度为3.45米。由于每个高层建筑物对于地下室的要求不同,因此不同的高层建筑物在进行地下室结构设计的时候都有不同的经济性方案。这个问题要根据具体情况来进行地下室的结构设计以达到最大的经济效益。
1.2 地下室顶板结构设计出现的问题
针对不同高层建筑物、不同用途的地下室,在进行结构设计的时候要充分考虑各个方面的因素,避免地下室在后期使用时对高层建筑的一楼造成巨大的影响。地下室结构设计时在设计方案、施工以及建材选用等方面出现失误都有可能造成后期地下室顶板出现裂缝和渗水的问题,给人们的日常生活带来困扰。在设计方面,由于设计师在实地勘察时没有注意到地下水的水位,在设计地下室的结构方案时没有考虑到防水的问题,导致后来地下室顶板和底板都出现渗水问题。又或者是当时考虑了地下水的防水问题,而且也设置了防水层,但是没有在当时的地下水的水位上加上小范围的浮动来设计防水层,也就是说,设计师并没有预设地下水上升的情况,这样防水层高度不够也是导致顶板渗水的原因。在施工方面,施工人员在施工的过程中将普通混凝土误当作是防水混凝土材料,进行顶板的施工工作,这样就导致顶板的防水效果不佳。在建材的选用方面,一般来说,地下室所处的地理环境都是比较潮湿的,顶板和外墙的建筑材料需要使用具有防水功能的新型材料来建立地下室的干燥防水系统。但是由于对新型材料的性能不甚了解,从而使用不当,导致地下室顶板出现渗水问题。还有就是,地下室顶板后期表面上承重大于自身结构的重力,这时一旦板面钢筋分布的数量过少就会产生反拱,从而地下室顶板出现裂缝。
2 如何设计地下室顶板结构
2.1 设计地下室顶板结构的方法
由于不同高层建筑的地下室有不同的结构体系设计,但是总体而言分为梁板式结构设计、预应力结构设计和顶板的嵌固式设计三个方面。梁板式结构设计就是上述提到的井字梁体系、十字梁体系、单向梁体系、大板加腋体系、无梁楼盖体系以及空心无梁楼盖体系等的设计。相关数据显示,在地下室顶板的恒载起着控制作用的情况下,采用十字梁体系可以达到最大的经济效益。十字梁体系在施工时采用合适的梁板布置,能最大限度发挥地下室楼板的承载能力,这里楼板的承载能力是指双方向的。同时要控制楼板的厚度,尽量减少次梁的数量,集中了楼面的传力途径,让楼面能够合理且直接受力,从而能够降低地下室整体的钢筋数量,优化地下室体系结构。至于地下室的活载较大的时候,一般是采用大板加腋体系。因为在地下室顶板的活载起控制作用时,活载的布置起到很大的作用,这里要求增大板跨来减少活载的负荷,从而发挥楼板的承重作用。大板加腋体系很好地做到了这一点。当然,应该根据不同地下室类型选用不同的梁板式结构,例如普通的地下室应该优选十字梁体系,而需要高要求的地下室结构的时候可以采用无梁楼盖体系。现在很多商业用的高层建筑以及高级住宅区都拥有大面积的地下室,而这些地下室一般用作停车场。而地下停车场对应的地表都覆盖了大范围的景观工程,例如绿化带和假山等。这样一来就增大了地下室顶板的负荷,因此迫切需要提高顶板的承重能力。运用预应力结构可以增大地下室的结构跨度,减少结构构件的横截面积,从而改善了结构的性能,提高受力能力。预应力结构相对于其他的梁板式结构有着减少结构构件占用空间、最大利用地下室的净空等优点,同时能够减少对地下的挖掘工程,减低了施工的费用,取得很好的经济效益。而顶板的嵌固式是指将顶板作为嵌固端,从而防止顶板有任何的移动而导致整个地下室结构出现问题的情况。将地板作为嵌固端可以加强地下室楼层的整体固定强度,提高承重能力。
2.2 地下室顶板结构设计的未来展望
现在的地下室结构建筑技术日益成熟,未来的发展会越来越好。为了地下室结构的更好发展,需要在现有的建筑基础上,改善目前存在的问题。对于防水的问题,需要设计师在结构设计时给以后的水位上升预留一定的浮动空间,在防水层的建筑过程中选用合适的防水层厚度和高度,这就是所谓的“防患于未然”。在顶板的材料选用方面,需要设计师根据地下室的地理环境选用适合的、具有干燥功能的新型材料,在施工中为地下室打造一个舒适的环境。
3 结束语
在这个土地资源紧张的时代,充分利用一切可以使用的空间资源显得十分重要。因此建设高层建筑物的地下室就成为了一种趋势。虽然目前高层建筑的地下室顶板结构设计方面还存在着不可避免的问题和缺陷,但是随着社会的快速发展,科技的不断进步,未来的建筑行业一定会有所突破,而到那时地下室结构存在的缺点都可以得到改善,从而为人们带来更舒适的生活。这就需要工程师们不断学习建筑行业的前沿知识,不断提高自身的能力,跟随着时代的步伐,向国外的专家、同行借鉴学习,积累理论经验,然后结合国内的具体情况,将所学内容运用国内的地下室顶板结构设计中。
摘要：人类社会的居住环境在不断改善,人们不再满足于只有一层的平顶房。高层建筑物受到广泛的欢迎。随着现代建筑业的发展,高层建筑物的每个细节都受到关注。因此高层建筑的地下室工程日益增多,其中地下室顶板的结构设计也是关注的焦点。一般来说,地下室的地板相当于在建筑物的地基上铺上地板,甚至是简单的水泥,而地下室顶板就是高层建筑一楼的地板。地下室可以作为杂物间或者是地下车室,一旦地下室的顶板出现问题,将会导致一楼出现使用安全问题,同时导致地下室内存放的东西有所损坏。因而地下室顶板结构设计是高层建筑的不可忽略点。
关键词：地下室顶板,结构,设计
参考文献
[1]张颖,文元.地下室顶板不同梁板布置形式的经济性探讨[J].建筑结构,2013,43(S2):59-62.
[2]杨俊.地下室顶板结构设计多方案经济性简析[J].建材与装饰,2014(24):7-9.
地下室结构设计 篇10
摘要：近年来地下室工程日益增多，地下室頂板楼盖结构设计对于地下室工程总造价控制意向重大。目前顶板楼盖结构设计方案多样，本文以项目工程为案例，通过对常用的几种地下室顶板结构形式在不同荷载条件作用下，进行经济性比较，得出结论，供地下室顶板结构设计选型参考。
关键词：地下室顶板；结构选型；经济性比较；无梁楼盖；综合造价
近年来，随着高层建筑的增多，地下室设计日益广泛，在住宅项目的开发过程中，地下室建设往往占有较大的比重，因此建设单位在进行工程投资核算时，项目地下室设计往往受到重视。地下室结构设计时，常具有以下三个特点：
1）结构荷载大：地下室顶板覆土较厚，荷载较大，且常有消防车荷载及顶板人防荷载；
2）柱网间距大：地下室柱网间距常为8 ～ 9 米，有时更可达10 米以上，柱网间距较大；
3）受专业空间要求限制：地下室因其层高相对较小，且控制较为严格，地下室顶板梁截面高度较大时，若加上设备管道高度，地下室净高较难满足建筑专业要求。
一、地下室顶板结构设计方案的多样性
目前，地下室顶板较为常见的结构形式有主次梁体系、十字梁体系、井字梁体系、无次梁大板结构体系及无梁楼盖体系等，采用何种结构形式较为经济，目前观点较多，本文现结合工程案例分析，对以上几种地下室顶板结构形式进行经济性比较，提出个人一些浅见。
二、以案例为基础的多方案地下室顶板结构设计
某项目设有地下两层地下室，地下室柱网为8. 4mx8. 4m，地下室层高为4m，柱截面为600x600 ㎜，砼强度等级为C30，钢筋均采用HRB400 三级钢。
a）模型分析方法
主次梁体系、十字梁体系、井字梁体系、无次梁大板体系采用Satwe 软件分析计算，结构布置见图1 ～ 图4。楼板钢筋采用塑性法计算，板顶部分钢筋通长配置，通长钢筋满足构造要求；梁端支座负弯矩调幅系数取0. 8，梁截面按梁端支座经济配筋率（1. 4%左右）控制。无梁楼盖体系采用平板设计，柱顶设置矩形平托板柱帽，柱帽尺寸满足冲切计算及构造尺寸要求，结构布置见图5。
无梁楼盖体系采用PKPM—SlabCAD 有限元分析，并划分为柱上板带和跨中板带，进行有限元后处理配筋。进行地下室顶板综合成本分析时，统计各方案单位面积砼含量、钢筋含量及单位面积综合单价。单位面积综合单价不仅包含材料费，还包含为完成工程所需要的人工费、设备费、机具使用费和企业管理费、利润、各种规费和税金，及一定的风险费用，是分部分项工程单价的全部费用，也可认为是工程发承包单位价格。
b）不同覆土厚度结构计算分析
地下室顶板上因设备管线布置、景观堆坡及园林小品等要求，顶板不同部位，上部覆土厚度常不相同。以顶板覆土厚度取0. 6m、1. 2m、1. 8m 三种情况进行比较分析，顶板覆土自重按18kN /m3 考虑，顶板活荷载取5kN/m2，暂不考虑消防车道及人防荷载，地下室顶板结构混凝土综合价格取550元/m3，钢筋综合价格为6300 元/吨。在不同覆土厚度情况下，各结构设计方案主要结构构件尺寸见表1，各主要材料指标见表2。
c）不同活载工况结构计算分析
地下室上常布设应急消防车辆施救停放位置及通行车道，承受消防车荷载；也常作为人防掩蔽场所，承受人防荷载，因此顶板上除考虑一般均布活载外，也常考虑消防车荷载及顶板人防荷载。以顶板覆土厚为1. 2m 为条件，按一般均布活载5kN /m2、消防车荷载和顶板人防荷载三种情况分析比较。
三、地下室顶板各方案经济性比较
从以上表格可以看出，地下室顶板在恒载起控制作用时，十字梁体系有较好的经济性；而当顶板上活载较大，承受消防车荷载或人防荷载时，大板体系却有较好表现。
这是因为在恒载起控制作用时，十字梁体系通过合适的梁系布置，较大限度的发挥了楼板的双向承载能力，控制了板厚，减少次梁数量，使得楼面荷载传力路径传递更直接、合理，降低了整体钢筋数量；在活载起控制工况下，活载布置及作用对配筋影响较大，大板体系通过增大板跨，减少顶板上活荷载作用，发挥楼板承载能力，取得了较好的效果。
四、地下室层高对于地下室经济性的影响
地下室外墙除受到墙体外侧回填土作用外，还受到地下水压力、回填土传来的上部活载作用以及人防荷载作用，其层高变化对于地下室综合造价也影响较大。本案例中，室外标高为±0.000，地下室顶板及地下室水位标高去-1.2m，采用PKPM 软件在有、无人防两种工况进行分析，对不同层高地下室外墙经济性统计，详见表5。在表中可以看出，地下室层高每增加100mm，单位建筑面积造价约增加15 元/㎡。而据有关资料统计，地下车库层高每增加100mm 时，土方开挖及基坑支护等工程综合成本约增加25 元/㎡左右。综合统计，地下室层高每增加100mm 时，地下室总成成本约增加30 ～ 45 元/㎡。
由此可见，当地下室顶板考虑采用无梁楼盖体系时，可以在保证建筑、设备最小使用空间要求的基础上，最大限度的降低地下室层高，降低了地下室工程直接或间接费用，从而使工程总成本降低，起到控制工程总投资、加快施工进度、提高结构观赏性的作用；但是无梁楼盖体系的延性及安全度低于其他几种，在造价差别不大的情况没有优势。
五、结语
在地下室顶板结构选型方面，以上几种地下室顶板楼盖结构形式在实际工程中均有应用，在项目设计时，应根据项目的特点，选择相应的地下室顶板结构形式。在普通地下室顶板，优先选择十字梁体系；而在人防区，则考虑采用无次梁大板体系；而当地下室层高要求较为严格，设计条件较为苛刻，一般结构体系难以满足要求时，可考虑采用无梁楼盖体系。在设计条件较为苛刻的情况下，结构专业应在建筑方案阶段提前介入，在建筑室外高程、地下室层高、柱距及顶板覆土厚度等对于工程造价影响较为明显的部位，发挥引导作用，满足结构安全性的前提下，提高地下室整体高程，减小地下室柱网跨度，在保证建筑、设备最小使用空间要求的基础上，最大限度的降低地下室层高，减少覆土厚度，从而最终达到有效控制工程总造价的目的。
参考文献：
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[2]中国建筑科学研究院. GB50011 - 2010 建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]中国建筑科学研究院. GB50010 - 2010 混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]中国建筑科学研究院.GB50009-2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[5]PKPM 系列（2010年版）结构软件用户手册及技术条件[M]中国建筑科学研究院.
[6]李国胜. 高层建筑地下室及地下车库结构选型的经济比较[J].建筑结构·技术通讯
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一个过宽、失败的电梯厅是北京饭店（虽然不是写字楼，可是可以借鉴）（图3），电梯厅8m宽，由于8台群控，上下穿梭，加上地毯导致的静电，往往在按钮时打电，十分恐怖。此外有一种时常发生的问题：基于许多城市地处地震区，把核心筒的墙作为抗震墙是理所当然的。可是建筑师们非常容易把电梯门的短墙也设计成抗震墙，可是通常抗震墙都是比较厚的，当三台或四台电梯成排的时候，往往客人看不见后面两台电梯门开了没有（图4-3），等到发现有人进去而赶过去的时候，门已经关上了，非常恼火。其实只要不把该墙设计成厚的抗震墙，而设计成填充墙即可。填充墙就薄得多了，那样就看得见了（图4-2）。
那么墙薄了，对抗震是不是不利呢？其实并不是，由于该墙有很多洞口，起不了多大的抗震作用。倘若这道墙减薄0.2m，而将电梯背后的抗震墙加厚0.1m，這样的抗震效果反而更加好。其次，把这道墙改成填充墙后，还有一个幼师，那就是无论电梯的信号箱是什么样子，无论电梯定哪个厂商的型号，填充墙都可以适应。这对上下分区的电梯组，还有一个优势。鉴于低区电梯的上空是能够加以利用的，少了一堵抗震墙，上面部位就能够成为一个大房间，可作为数据库或者会议室（图4-1），增加有效使用面积，一举数得。一个小小的举措，就能够把被动变成主动。
四、写字楼内部设计关键问题
1、防火的问题
在高层写字楼中，人流量比较大，这样对于电的使用量随之增大，和低楼层建筑相比较，发生火灾的机率较大。所以对写字楼的电气、水暖设施应单独走线，并安装烟雾报警器。更急需要重视的是，不可以为了方便一味地多安装电源插口。对电源插口数量适当的控制，减轻线路负荷，减少发生事故的可能性。按照建筑防火的相应需求，高层写字楼的楼梯大部分是用来紧急情况进行疏散的。所以各层楼梯的位置需要相同，还要容易到达，楼层内部应设立明确的指示标志。在楼梯的出入口，应当有充足的空间，避免出现紧急情况时出现拥挤踩踏。
2、垃圾处理
往往高层写字楼都是由上千人集中在一起办公的，每天产生大量的垃圾，在设计中应当进行考虑的是：垃圾清理方面、收集和处理安排专门通道，一是为了使得清洁效率提高，二是为了确保办公区域清洁、隔离病菌。
3、电气问题
（1）应急照明
当高层出现火灾或者其他类型故障、灾害的时候，造成正常照明系统中断而需要启动照明，也叫做事故照明。应急照明的安装必须要具有科学合理以及人性化，应急照明大致安装在疏散楼梯、消防控制室、消防电梯前室、自备电源室、消防水泵房、变配电室、防排烟机房的墙面上或者顶棚上。应急照明大致疏散指示照明，就是标志出口位置的出口标志灯以及引导只想出口的指向标志灯，符合疏散通道的照明需求。
（2）电梯
在电梯设计中应当确保位置合理，确保使用者在日常可以出现方便。在遇到电梯紧急情况的时候，要有快捷方便的方法让人们迅速撤离。为了确保电梯安全正常的运行，以利于灭火、救人，对此还应当考虑排水设施、变配电站、消防泵房、柴油发电机房往往设在高层建筑的地下室。
五、结束语
高层写字楼建筑相当于是一座城市的“名片”，为城市的发展提供良好的物质保证。因此，设计师应当从经验、专业知识各方面出发，将写字楼周边环境加入一起进行考虑，建设一个适合社会人们工作、城市建设的写字楼，满足持续发展观念。
参考文献：
[1] 赵奇明. 谈商业写字楼建筑设计要点. [J]第40卷第30期.2014.10.
[2] 邱赛飞. 高层写字楼建筑的设计要点. [J]建筑规划与设计.
南京新城科技地下室结构设计 篇11
紫金 (建邺) 科技创业特别社区一期A、B地块工程位于南京市建邺区云龙山路以东, 梦都大街以南。A、B区地块为三层地下室, A、B区地面以上为10栋楼, 分别为100m高2栋, 80m高5栋, 64m高1栋, 16m高2栋, 地上建筑面积为30万m2, 地下建筑面积15万m2, 地下室平面尺寸约为320m×160m, 建筑总平面图 (见图1) 。地下室为大型地下室, 结构方案对工程造价影响非常大, 结构设计从需配合建筑确定地下室合理的层高、楼层结构形式及桩基础的优化都需要综合对比, 最终选用合理的方案。
2 地下室结构方案确定
地下室顶板覆土1.4m, 地下一层为设备用房及汽车库, 地下二层为汽车库, 地下三层为人防地下室, 非战时为汽车库。
2.1 楼层结构方案确定
(1) 地下室顶板为上部嵌固部位, 地下室取梁板结构, 主体以内地下室部分按常规设计, 板厚180mm, 主体以外顶板可以考虑4个结构可行方案: (1) 实心板十字次梁梁板方案; (2) 实心梁板方案; (3) 空心板实梁方案; (4) 实心板、井字次梁梁板方案。考虑到地下室较大, 大板方案情况施加预应力, 即承受竖向力, 也对板起抗裂作用。地下室板顶板厚度根据防水规范要求, 均不小于250mm, 十字和井字布梁方式, 布梁方式不同, 但板厚不能减少, 荷载规范要求在消防荷载的作用下, 根据板跨不同需取不同的值, 板跨小, 取值大。井字梁分割为小跨板, 消防荷载相应增, 因此井字梁次梁根数、板荷载均大于十字次梁, 所以 (1) 方案比 (4) 节省, 现只对 (1) 、 (2) 、 (3) 方案进行比较 (见图2) 。
(2) 负一层地下室为用途为停车, 结构方案可选择3种 (1) 实心梁板方案, (2) 实心无梁方案, (3) 空心无梁方案, 现结构布置、计算条件 (见图3) 。
(3) 负二层为人防地下室顶板, 平时用途为停车, 结构方案可选择3种: (1) 实心梁板方案; (2) 实心无梁方案; (3) 空心无梁方案, 现结构布置、计算条件详 (见图4) 。
(4) 价格计算依据。此工程为2012年设计, 计算采用当年的造价, 混凝土按商品混凝土计算, 材料费单价按C35为445元/m3计取。钢筋材料费一级钢按4905元/t, 二级钢按4885元/t, 三级钢4975元/t, 空心盒子每个44元, 计算取标准单元为8.9m×8.9m, 建筑面积79.21m3。计算结果见表1。
(5) 通过计算可以得出: (1) 一层结构平面, 实心板、十字次梁梁板方案最优; (2) 负一层方案, 从三个方案看, 实心无梁方案造价最高, 实心梁板方案与空心板无梁方案造价相差不大, 但实心梁板方案比无梁板层高增加350mm。所以在造价相同的情况下, 层高低为优, 所以负一层最优方案为空心无梁方案。空心板比实心板方案省, 是因为结构自重减轻。空心板的最小配筋率, 是按照板的截面惯性矩比取值, 比实心板最小配筋率小, 所以空心板方案比实心板省钢筋。从分析表看出, 空心板混凝土用量只是实心板的70%, 钢筋用量也是实心板的75%, 具有和明显的优越性; (3) 负二层人防顶板, 实心有梁方案与空心板无梁方案造价差不多, 实心梁板方案比空心板无梁方案层高增加480mm, 所以还是选取空心板无梁方案为最终结构方案。
3 桩基方案确定
3.1 地质概况
场地从地表到下分别如下: (1) ~1杂填土:密实度、均匀性差; (1) ~2素填土:灰色~灰黄色, 可~软塑; (1) ~2a淤泥质填土:流塑; (2) ~1粘土:软~可塑, 局部粉质粘土; (2) ~2淤泥质粉质粘土:灰色, 流塑, 局部为软~流塑粉质粘土; (2) ~3淤泥质粉质粘土、粉质粘土:灰色, 流~软塑, 局部夹薄层粉土; (2) ~4粉质粘土、淤泥质粉质粘土:软~流塑, 夹薄层粉土、粉砂; (2) ~5粉细砂:灰色, 密实, 层顶面局部为中密; (2) ~5a粉质粘土:灰色, 软~流塑, 局部为淤泥质粉质粘土; (4) 含卵砾石粉细砂:中密~密实; (5) ~1强风化泥岩、泥质粉砂岩:棕褐色, 风化较强烈, 已风化呈砂土状, 层底部夹中风化岩碎块, 属极软岩; (5) ~2中风化泥岩、泥质粉砂岩:棕褐色, 为极软岩、软岩, 局部夹较软岩, 岩体较为完整, 有少量闭合裂隙发育, 遇水易软化。
3.2 桩设计优化
(1) 桩选型。本工程主要功能为办公主楼, 均为60m以上的高层;裙房和连廊荷载亦较大;地下车库面积较大、深度较深, 受地下水浮力较大。整个建筑群体对地基变形要求较高, 场地中上部土层工程性质较差, 地下水位埋藏浅。根据拟建物性质、荷载、结构特点, 以及场地工程地质、水文地质条件和施工环境条件, 需采用桩基, 桩持力层距地下室底板约44m, 深度较深, 故选用嵌岩钻孔灌注桩型。桩端持力层采用 (5) ~2中风化泥岩、泥质粉砂岩。
(2) 抗压桩设计。鉴于场地基岩属极软岩, 强度低。根据南京河西地区在该类岩层的大量试桩资料, 采用极软岩为持力层的钻孔嵌岩灌注桩, 可按地区经验公式估算的单桩承载力, 为了获得较合理的桩形和承载力, 对不同直径的桩按国家规范《建筑桩基技术规范》 (JGJ94-2008) 5.3.9条及《南京地区地基基础设计规范》 (DGJ32/J12-2005) 9.2.3条分别进行计算对比, 计算结果详 (见表2、表3) 。
从计算数据中可以看出, 随着入岩深度的增加, 按《南京地区地基基础设计规范》算的地基承载力比《建筑桩基技术规范》算的地基承载力值提高1.2~1.5倍, 随着桩嵌入持力层深度的增加, 桩承载力提高越明显, 所以桩设计按选用按《南京地区地基基础设计规范》进行计算值确定, 加大桩入岩深度, 使桩数量减少, 节省造价。选取桩可根据上部荷载, 选用合适入岩深度, 尽力使桩承载力接近桩身强度, 使桩设计达到最优化设计。
主体为框架剪力墙, 核心筒下满布桩, 单桩承载力特征值需6400k N左右, 根据计算表筏板下桩选用1m直径, 嵌入持力层5d, 桩承载力特征值7000k N比较经济、合理。柱底标准荷载下轴力为24000k N左右, 4桩布置受力较为合理, 设计选用直径1m, 入岩深度为4d, 单桩承载力为6500k N。经计算1m桩混凝土强度等级为C40, 桩身强度为7781k N, 桩设计达到最优控制。
(3) 抗拔桩设计。场地覆土较深, 地下室深度深, 面积较大, 为了较好的控制主楼与地下室整体的不均匀沉降, 拟抗拔桩嵌入持力层1d, 抗拔桩抗浮计算 (扣除地下室部分) , 0.7m桩, 抗拔承载力计算值为1140k N, 0.8m抗拔桩承载力计算值为1323k N, 还考虑桩身自重提供抗浮力, 0.7m桩抗拔承载力可达到1300k N;0.8桩抗拔承载力可达到1500k N。纯地下室柱下所需抗拔力为5100k N, 所以选取0.7m直径4根正好满足设计要求。抗浮桩的布置对抗拔桩反力及板配筋影响较大, 需分别计算对比, 本工程抗浮桩为柱下4根, 有4种布置方法 (见图5) 。
从计算结构看, 方案二、三抗拔桩抗拔值均超选取桩设计特征值, 如果采用, 均需加桩, 该桩桩长41m, 桩空置段13m, 虽然防水板底板配筋比方案一、四省, 但综合计算比较, 还是不加桩为省;方案一、四, 桩抗拔反力相差不大, 方案四板配筋是方案一1.1倍。为了节省钢筋, 满足底板抗裂要求, 在柱位置底板需加柱墩, 常规抗水板柱墩单边宽度为跨度的1/6, 约为1.4m左右, 方案四为承台布置方式, 抗拔桩均在柱墩内, 而方案一均匀布桩, 桩在柱墩外侧, 在受压工况下受力不太合理, 即满足抗拔又满足抗压受力, 方案四相对合理, 所以最终桩布置采用方案四。实际实施中, 抗拔、抗压桩采用的桩承载力特征值, 均通过现场试桩, 达到计算估值, 满足设计要求。
4 结论
通过对楼面结构对比、采用桩不同的计算方法、选用合理的桩直径及入岩合理深度、优化抗拔桩布置, 使设计达到最优的方法。本工程楼层采用无梁空心板比实心板节省造价526万, 地下楼层无梁板方案, 地下室挖深减少0.85m, 使土方开挖节省造价31万, 支护节省造价586万, 混凝土外墙节省造价58万, 桩采用南京规范计算方法比按国家规范方法, 桩本身节省造价1200万, 还未考虑桩增加相应承台加大费用, 及施工降水节省费用等, 总共设计优化造价约2400万, 节省混凝土量1.2万m3, 还符合现阶段我国大力推广的绿色建筑设计要求。从该工程可以看出, 地下室体量越大, 越要精心设计, 方案的优化对总工程价影响也较大, 设计可节省造价也是相当客观的, 设计必需进行多种方案比较, 采用最优方案, 本项目的最优设计方法及设计思路可做为类似项目的设计参考。
摘要：因地下室上部建筑结构形式、建筑高度、地下室层数、地质情况及荷载不同, 设计其可采用不同的结构方案, 基础类型, 均能满足使用要求。但对于大型地下室, 结构方案、基础设计对整个工程造价影响较大。在保证建筑安全的前提下, 采用合理的基础形式和结构方案至关重要。最优地下室设计需针对实际情况, 进行多种方案比较, 最终采用综合造价最经济的结构方案。文章根据南京新城科技项目, 具体阐述探讨选取最优方案, 将工程设计与优化理论有机结合起来, 使结构性能优, 受力更加合理, 最大程度节省造价。
关键词：结构,合理,选型,桩基,造价
参考文献
[1]建筑抗震设计规范[S].GB50011-2010.
[2]混凝土结构设计规范[S].GB50010-2010.
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