建筑设计

地下结构的设计与优化

发布时间：2013-11-29 | 所属分类：建筑设计：论文发表 | 浏览： | 加入收藏

　　摘要：进入二十世纪以来，伴随着我国经济的高速发展以及城市建设的不断进行，土地价值不断攀升。为了提高建设用地的利用效率，地下结构在城市建设中得到了广泛应用，高层建筑设置地下室，可以增强建筑本身的水平作用承载能力，提高结构的抗倾覆性能，增强结构的安全性。在软土地区设置地下室，还可以增强基础的整体性，对结构的沉降控制非常有利。本人主要分析了如何对地下结构进行设计与优化。

　　关健词：地下结构;地下室;设计

　　与地上结构相比，地下结构受力相对较为复杂，除结构自重外，通常还会受到土压力、水压力、地震荷载、人防荷载以及顶板活荷载的作用，每一种荷载工况下的荷载组合内力也往往较大。另外，地下结构的防水要求一般较高(例如一般高层建筑的地下室防水等级均为一级)，裂缝控制相对较为严格，所以往往地下结构的单位面积建造成本较地上建筑有较大幅度的增加，据统计，单层地下室每平米的含钢量往往在150～220Kg范围，当顶板覆土较重，或顶板范围活荷载较大时，单位平方含钢量还会增加。因此，地下结构的建造成本占项目建造总成本的比例往往较高，地下水位较高的软土地区的建设项目尤为如此。为了节约建造成本，有些项目人为的削减结构的设计可靠度，甚至少算、漏算荷载，采用不合理的结构设计方案，采用过于苛刻的限额设计方案。导致不少地下结构在使用过程中，结构裂缝、漏水等安全事故现象频发，给人民生命财产和国民经济带来巨大损失。所以，如何对地下结构进行经济、合理的设计显得非常重要。

　　迄今为止，本人直接完成了多个项目的地下结构设计工作，并对这些项目建成后的建设成本、结构质量、使用效果等进行了跟踪调查，通过实践不断吸取经验教训，从而提高地下工程的设计质量。下面以本人参与设计的\"上海市松江区鑫山汇众苑--四期住宅-商业综合体(象屿都城)\"地下室设计为例，对地下结构的设计要点进行简要分析。

　　该项目位于上海市上海市松江区九亭镇(靠近沪松公路、定浦河路路口)，项目建筑总面积约25万平米，其中项目四期所包括的住宅-商业综合体建筑总面积约10万平米，设两层地下室，地下室占地约1.6万平米，其中地下一层为地下商场,层高为4.8m;地下二层属人防地下车库，层高为4.5m。人防结构设计由上海市沪防建筑设计院完成。基础底板板面标高为-9.3m，底板厚度为800mm。地面以上由八幢高层住宅单体和一幢多层商业联合体共同组成。

　　1、顶板荷载计算

　　顶板分为两个区域，一部分位于住宅单体与商业联合体建筑范围内，该范围地下室顶板位于上部建筑室内，该区域简称A区域。另一部分地下室上部无任何上部建筑，顶部覆土厚度为45～90cm，该区域简称B区域。

　　A区域:根据地下室顶板上部室内空间的建筑使用功能的不同，统一根据荷载规范取大值4.0KPa。

　　B区域：主要考虑顶板地面的消防车荷载，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)4.1.1条第8栏规定，进行楼板配筋设计时，楼面的车辆活荷载的取值要根据楼盖区格的大小、车辆满载总重的不同而取值，对于不符合直接查表条件时，应将车轮的局部荷载按结构效应等效的原则，换算为等效均布荷载。

　　为了最大限度的增加建筑室内净高，本工程地下室顶板采用井字梁楼盖。主要柱网区格为8.1×8.1m，井字梁区格为2.7×2.7m。板厚180mm，不符合《建筑结构荷载规范》直接查表的条件，根据《建筑结构荷载规范》4.4.1条及附录B，本工程消防车荷载取值计算如下：

　　1.1、覆土为45cm时的消防车活荷载

　　结构受力分析时，顶板覆土荷载作为地下室顶板恒荷载输入，消防车荷载作为顶板活荷载输入。对于满载重量为300KN的大型车辆，最大轮压为60KN，作用面积为0.6×0.2m,轮压扩散角取45度;其轮压荷载作用简图如下：

　　计算楼板等效均布荷载时，偏于安全的按每区格承受中后轮共计4个轮压的作用，根据荷载规范附录B提供的计算方法，均布荷载计算如下：

　　Bx=0.2+2s+h=0.2+2×0.45+0.18=1.28m

　　By=(1.4+0.6)+2s+h=2+2×0.45+0.18=3.08m

　　Q1=2×P/(Bx*By)=2×60/(1.28×3.08)

　　=30.4KPa

　　结合上面的计算结果并查阅有关文献后确定：板跨区格尺寸为2.7×2.7m,覆土45cm时消防车活荷载取值为Q1=30KPa。

　　此时地下车库顶板恒荷载为：

　　P1=25×0.18+18×0.45+0.5=13.1 KPa

　　基本组合下顶板荷载设计值为：