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建筑工程地下室结构设计的难点与方法

来源:原创论文网 添加时间:2021-04-19

  摘    要: 建筑工程的地下室因具有开发成本高,产出价值低的特点,其设计和施工容易受到开发商和工程设计人员的忽视。如果地下室的结构设计不合理,在施工中容易影响建筑整体的结构稳定性,严重时会引发工程质量事故。设计人员应结合建筑项目特点,提高地下室结构设计的科学性,有效利用地下室的空间资源,保证地下室结构功能的同时,提升其经济价值。

  关键词: 建筑工程; 地下室结构; 设计方法;

  建筑设计是施工作业的重要依据,科学设计的施工图能够保证建筑工程的结构、质量符合规范标准,实现建筑工程的经济效益和社会效益。设计的质量决定工程整体的建筑质量,所以要求设计人员具有较高水平的专业素质,保证设计达到建设方的要求和标准。在建筑工程的设计过程中,应重视地下室的结构设计工作。地下室处于建筑最底层位置,一般情况下承担着建筑的全部荷载,对整体建筑的稳固性起到重要的影响作用,同时也决定着工程的建设质量,工程人员有必要对建筑工程的地下室结构设计进行详细研究。

  1、 建筑工程地下室结构的设计难点

  1.1、 抗震设计

  地震是国内较常见的自然灾害,强级地震会损害建筑的承重结构,对居民的生命财产安全形成严重威胁,重大的地震灾害会造成大面积建筑坍塌和人员伤亡事故。所以,设计人员应重视地下室的结构设计工作,地下室的抗震设计等级必须符合规范要求。不同地区的建筑工程应采用相适宜的抗震设计。设计人员在工作前,需要进行实地勘察,对勘察结果进行科学分析,将分析结果作为抗震设计的重要依据,确保建筑工程的地下室结构具备相应的抗震能力。抗震设计还要充分考虑建筑工程的地质条件,发生地震时,土质的压实度也会较大程度影响地建筑结构的稳固性,有效结合土质特性进行设计,可以提升地下室结构的抗震能力。
 

建筑工程地下室结构设计的难点与方法
 

  1.2、 抗渗透设计

  在地下室的建设过程中,地下土层的积水会产生渗透作用,虽然设计时设计人员会充分考虑周围土层对地下室的影响作用,但由于建筑施工本身的特性,渗透积水仍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,地下室的抗渗透设计是技术人员面临的较大设计难题。

  1.3、 建筑超长结构设计

  我国经济水平的不断提高,推动建筑行业迅猛发展,综合大型建筑逐渐代替传统小型建筑。综合性大型建筑为了增加内部空间并提高商用价值,多具有大横跨的特点。超长横跨结构使建筑工程的设计和施工难度增加,为了保证建筑物的质量和安全性,建筑设计人员需具备较高的专业能力。在进行建筑整体设计时,要全面考虑建筑结构特性和结构承载力,关注混凝土收缩性能和地下室温度变化对建筑结构的影响,避免因受力不均或温差过大等原因导致地下室墙体开裂。

  2 、建筑工程地下室结构设计方法

  2.1 、平面结构设计

  进行建筑工程地下室的结构设计前,需做好平面设计工作。地下室的平面设计要保证地下室负荷能力符合项目要求和规范标准,同时实现空间布局的科学性和合理性。设计人员应合理规划建筑区域的承重结构和面积布局,科学利用地下室的有限空间。技术人员在设计过程中,应结合建筑使用功能的具体需求确定设计方案。例如民用、商用的地下停车位设置,地下人防工程设计需求,商业建筑的地库开发利用,等等。利用平面设计方案还可分析整体空间设计是否具备合理性,是否能够充分发挥地下室在建筑使用过程中的功能作用。

  2.2 、地下室变形缝与后浇带设计

  高层建筑的变形缝包括沉降缝、伸缩缝和防震缝。设置沉降缝是为了确保建筑物沉降均匀,避免因过度沉降使建筑体发生断裂。在施工过程中,有目的地将建筑分成几个部分,使建筑物从上部至基础完全断开,降低不均匀沉降对建筑体的影响;伸缩缝(如图1所示)是防止建筑物因温度变化,发生过度收缩而导致建筑体发生断裂。在施工中将建筑物从基础向上断开,降低建筑物受温度变化产生收缩变形的影响;防震缝主要为防止建筑物受地震破坏。施工中有规律地将建筑体划分为若干具有规律性和独立性的防震单元,发生地震灾害时,建筑体不会因震动单元不规则而受损毁。设置防震缝可采取断开基础的设计方案,也可采取不断开的设计方案。工程的结构设计必须将上述三种变形缝考虑在内,合理设置变形缝,可以提升建筑体的稳定性。高层建筑物的地下室需满足相应的防水要求,变形缝是防水薄弱处,施工中应妥善处理,避免地下水渗透对建筑造成影响。地下室的设计常采用后浇带和加强带等工程措施,有效防止变形缝发生渗水现象。设计技术人员需注意使用后浇带施工方案,不能直接降低建筑物在使用过程中,结构体承受的温度和沉降引起的应力。

  2.3 、地下室抗渗与抗浮的设计方法

  地下室的抗浮设计需考虑地下水位变化。如果地下室设计只考虑正常使用状况,未将施工过程作为工程设计影响因素,容易使地下室在施工建设期因抗浮效果未达到设计标准而使建筑物局部发生破坏;或者地下室的大部分面积承受建筑荷载,局部承受建筑物荷载较小或未承受荷载,地下室承受荷载不均会导致建筑结构受到损毁,这些情况都是设计和施工工作中的难点,需要设计人员在进行抗浮设计时对工程实际情况进行全面分析,然后再确定设计方案。在进行地下室结构的抗渗设计时,一般采取如下方法:一是在混凝土内加入膨胀剂补偿混凝土的收缩效果;二是设计膨胀带;三是设计后浇带;四是根据实际需求采取有效措施改善钢筋混凝土的抗拉性能。

  2.4 、抗震性能设计方法

  在进行建筑抗震性能设计时,需要设计人员勘测并分析建筑所在区域的地质情况,如果所在区域为地震多发区,应遵照当地的地震等级与抗震要求进行设计,满足地下室具备足够建设深度的同时确保地基承载力达到设计要求,降低建筑在地震中发生形变的概率,提升建筑整体的稳固性。设计人员进行抗震性能分析时要结合地下室墙体结构的实际特点,合理选择地下室墙体建造所用的材料,利用材料的性能达到提高地下室墙壁稳固性的目的,同时提升地下室建筑结构的抗震性能。在地下室抗震性能设计时,还要将建筑整体的稳定性考虑在内,保证建筑物不会因倒塌而影响整体平衡。

  图1 伸缩缝
图1 伸缩缝

  2.5 、地下室外墙结构设计方法

  科学计算地下室外墙的混凝土钢筋配比,是确保外墙承载力达到设计要求的关键。因地下室处在建筑底层,承载着建筑整体负荷,地下室外墙是重要的承重结构,确保地下室承载力满足建设需求是地下室外墙设计工作的重点和难点内容。合理选择配筋比,充分利用混凝土和钢筋的特性,能够实现地下室外墙抗压能力达到设计要求,同时也能确保建筑物具有较高的稳固性。

  2.6 、顶板结构设计方法

  地下室的顶板是与上层建筑连接的重要结构。设计地下室顶板结构时,设计人员要采用地下室与上层建筑协同设计的原则,对设备的管线高度进行综合分析研究,确保顶板厚度符合设计要求。计算地下室顶板承载力时要结合建筑功能综合分析,同时还要考虑施工中可能存在的环境影响因素。

  2.7 、地下室超长结构设计措施

  目前的商用建筑地下室的设计长度多超过40 m,设计时要注意超长结构的受力状况对地下室质量的影响。设计人员不仅要计算地下室的结构承载力,还要综合考虑环境温度与湿度对承重结构的影响,避免因环境问题导致地下室墙面产生裂缝。如果超长结构的地下室产生裂缝要及时采取有效措施进行补救,以免引发更大的质量问题,在地下室施工完成后还应做好后期的混凝土养护工作。

  2.8、 墙柱设计

  工程设计人员需注意地下室的墙柱设计标准与地面建筑墙柱的设计标准存在较大的差异,设计人员进行地下室墙柱设计时需根据项目实际需求和设计规范制定设计方案。在图纸设计时需注意:建筑的基础埋深应从室外地面标高算起。对于地下室而言,当设计采用独立基础或条形基础时,应从室内地面标高算起。高层建筑的结构抗震设计,需要根据实测数据的验算结果确定设计方案,但地下室结构的抗震设计,不能直接套用地上建筑物的设计方法,需考虑地下室埋深的影响因素。如果地下室埋深未达到建设要求或规范标准,会严重影响建筑物整体的稳定性。在地下室施工作业时要注意地下室房间的地平面比室外地坪低的高度应超过地下室净高的一半,一般情况下可直接将地下室底板顶面作为固定端,可将室外地坪到地下室底板顶面高度作为埋深。

  2.9、 地下室底板设计

  地下室底板要能够承受建筑物的荷载,还要保证地下室具备一定的抗渗和防水功能。因此,应科学计算地下室底板的厚度和配筋率,底板厚度要结合建筑抗震要求、建筑荷载、地下室工程做法等因素综合确定,一般情况下,可将底板厚度控制在400 mm~600 mm范围内,底板配筋率可选择0.25%。进行地下室底板设计时,应注意区分箱形基础与筏形基础的不同设计要求,底板设计需要满足冲切、剪切、抗弯、局部受压等要求。

  2.1 0 、保护层与垫层厚度设计

  地下室保护层与垫层厚度需根据《地下工程防水技术规范》要求确定,防水混凝土结构底板的混凝土垫层要保证强度等级等于或大于C15,厚度等于或大于100 mm,在软弱土层的厚度要等于或大于150 mm。防水混凝土的结构厚度需保证等于或大于250 mm,地下室工程防水混凝土迎水面钢筋的保护层厚度需等于或大于50 mm。地下室的保护层和垫层的厚度,直接影响着地下室的建筑质量,对地下室进行科学设计,可保证地下室具备较好的抗压性,使地下室满足建筑设计要求的同时,提升建筑整体的稳固性。所以设计人员应重视地下室的保护层和垫层的设计工作。

  3 、结语

  地下室处于建筑物的最低层,承担建筑物的整体负荷,对建筑整体的稳固性和安全性具有重要的影响作用。工程设计人员应重视地下室的设计工作,确保地下室达到荷载设计要求的同时,还要使地下室具备一定的抗渗防水功能。提升地下室的设计水平,确保建筑质量达到规范要求。

  参考文献

  [1] 何峰.浅谈建筑工程中地下室结构设计[J].建筑工程技术与设计,2015(1).
  [2] 杨勇超.建筑工程地下室结构设计方法的探讨[J].工程技术:文摘版,2016(3).
  [3]李茂才.建筑工程地下室结构设计分析与研究[J].住宅与房地产,2020(9).

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