城市综合体地下室结构的优化设计
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摘 要：本文针对城市综合体地下室结构的优化，结合工程实例，从地下室主要构件确定、荷载取值设计、基础选型设计、嵌固层选择四个方面分析了具体的优化设计思路。分析结果表明，综合体地下室结构复杂，设计难度较大，为保证设计效果，需要从多个方面同时入手，才能在保证设计效果的基础上，降低建设成本，获得更大的经济效益，值得高度重视。
关键词：城市综合体;地下室结构;主要构件;荷载取值
1 引言
针对现代化建筑工程对使用功能多样化的需求，城市综合体建筑工程越来越多，和单一建筑工程相比，综合体建筑工程通常带有较大规模的地下室，当做停车库、设备用房、人防等。其结构功能非常复杂，且荷载也比较大。地下室建筑成本比较高，对城市综合体地下室结构优化设计，可有效降低施工难度和施工成本，获得更多效益。
2 工程概述
某城市综合体，由4栋主楼共同组成，包括：22层、26层、20层，1栋裙房。地层上部结构和主楼结构相互分离，地上建筑面积为12.6万平方米，地下建筑面积5.2万平方米，地下室结构共两层，高层分别是4.6m和4.4m。该城市综合体地下室结构设计使用年限为50年，安全等级为二级，基本风压为0.4kN/m2，基本雪压为0.65kN/m2，抗震设防烈度为为7度，最大地震影响系数为0.08。
3 城市综合体地下室结构优化设计要点
3.1 地下室主要构件确定
本城市综合体地下室结构比较复杂，涉及到的构件也比较多，为提升设计效果，需要对每个构件进行全面系统的优化选择设计，主要包括以下内容：
第一，柱网结构确定。柱网结构要严格按照城市综合体的具体使用功能合理布置，就地下室规模比较大，和塔楼成45°夹角布置，因此，地下车位、人防、设备用房等结构的布置比较紧凑。为更加科学的优化的车位位置，柱网采用了两种扁柱结构，一种是400×700扁柱，另一种是500×600扁柱，柱网结构开间为7900mm，具体的进深尺寸，按照车位情况合理决定，通过此种优化设计后，在地下室长方向，可设置2个车位。
第二，顶板厚度确定。按照城市综合体地下室结构设计规范和标准的要求，普通地下室顶板厚度不能低于160mm，如果在顶板上做嵌固端，则顶板厚度不能小于180mm，人防部位的顶板厚度不能低于200mm。本工程为地下室覆土厚度较大，同时需要满足消防车荷载、人防荷载、预计施工堆载等的要求。结合过往设计经验，该地下室结构内部分顶顶板的取值为180mm厚，外露部分取是200mm，且板配筋率要高于规范标准的0.3%做加强设计。
第三，侧壁厚度。在城市综合体地下室结构侧壁设计时，既要满足土压力、水压力、人防荷载承载力的需求，还要满足人防地板、顶板钢筋锚入侧壁的要求，因此，侧壁设计厚度不能低于350mm。
第四，梁截面。城市综合体地下室结构布梁方式通常有两种，一种是单向布梁，另一种是双向布梁。单向布梁半跨为大约为2.7m，且主跨梁截面积配筋略大于次跨。双向布梁时梁跨大约为4.0m，截面配筋大致相同。如果仅从成本的角度来看，二者的成本基本相同。但单向布梁采用的板筋比较少，且施工更加灵活边界。因此，本工程采用了单向布梁。但柱截面的宽度为400mm，如果按照常规设计梁截面高度较大，会抵消掉部分净高，为解决这一问题，在消防车通道设计时，主方向梁截面设计为700×900，次方向400×800。无消防车位置，主方向梁截面设计为600×900，次方向300×800。
3.2 荷载取值优化设计
荷载取值优化设计是城市综合体地下室结构设计的重点，其优化设计效果，直接决定了整个地下室工程结构施工质量及使用的安全性。因此，本工程在地下室结构荷载取值优化设计时从两个方面入手，取得了良好效果。
第一，地下室顶板荷载取值优化设计。按照城市综合体地下室结构相关设计规范的要求，覆土重度需要结合地下室结构有利或者不利的状态，合理选取上限值和下限值，其中抗压工况不能低于20kN/m?，抗浮工况不能低于16kN/m?。本工程所地下室底板标高为23.9m，顶板覆土厚度字0.4m～2.0m之间，因此，为满足设计要求，顶板附加恒荷的取值要控制在6.0km/m2～38kN/m2之间。按照城市综合体地下室结构荷载规范的要求，消防通道和消防登高位置设计时，必须综合考虑消防车荷载荷载，同时严格按照覆土厚度合理折减，而其余位置的活荷载取值选择施工荷载和使用荷载的较大值，本工程地下室顶板荷载取值为5.0kN/m2。此外，在基础荷载设计时，无需考虑消防车荷载，只要顶部荷载大于5.0kN/m2即可。
第二，地下1层楼板荷载取值。本工程楼面附加恒荷载的取值为2.0kN/m2，按照抗浮计算模型确定，为提升城市综合体地下室结构的承载力，抗浮荷载的偏安全取值为1.5kN/m2。变电所活荷载不能低于10kN/m2，用电机房活荷载取值不能低于7.0kN/m2。
3.3 基础选型优化设计
在城市综合体地下室结构设计之前，需要综合分析地质勘探报告，本工程土层分布变化范围较大，可划分为四个区域，各土层承载力如表1所示。
在基础选项优化中，需要按照基础承载力和调平原则合理优化，比如：本工程22层主建筑工程位于1区，按照地基承载力的要求，可选择平板式筏型基础。26层、20层建筑工程位于3区，为保证施工质量，可采取桩筏基础。裙楼和地下室结构，可采用相对独立的基础加防水板。地下室结构外墙基础可采用条形技术，独立基础和条形基础需要根据所处实际范围，采取土层基础，降低土方开挖量和地基处理工作量。
3.4 嵌固层优化设计
从嵌固层的概念来看，分为两种嵌固形式，其一是力学嵌固，指的是完全刚性的固定，固定点无法移动，可实现完全约束。其二是强度嵌固，柱的塑像绞可出现在地下一层的下方，并不出现在梁柱节点的两侧。本工程地下室结构内外层高差是1.2m，并且定下是顶板不连接，使得错层梁无法有效传递水平剪力。塔楼周边也存在地下车道引起的楼板局部开大洞，无法满足顶板嵌固的具体要求。并且塔楼首层高度为5.0m，地下室层高约6.0m。虽然本工程在塔楼周围设置了人防墙、水池壁等，但这些结构大多布置在地下室北侧，和上部结构不连续，受力结构分布不均匀。难以满足下一层比上一层高度大2倍的需求。为解决这一问题，本工程在嵌固层选择时，以地下室地板为上部结构嵌固层，由于地下室厚顶板和侧壁外填土刚度也真实存在，如果只是按照地板嵌固層设计，则可能会发生首层柱配筋偏小的问题。因此，在具体设计中采用了顶板、底板两种嵌固端包络设计方法。通过方法配筋的方法来实现嵌固目标。
4 结束语
综上所述，本文结合工程实例，分析了城市综合体地下室结构的优化设计，分析结果表明，和单一建筑工程的地下室结构相比，城市综合体地下室结构更加复杂，涉及到的内容更多，为保证设计效果，需要结合工程特性、地质条件、地下室使用性能等合理优化设计方案，保证设计效果，降低施工难度和成本。
参考文献：
[1] 蒋俊杰.长沙北辰新河三角洲A3区商业综合体结构设计[J].建筑结构，2017（S2）：40～44.
[2] 刘奚青.商业综合体地下车库设计浅析——赛高城市广场地下车库设计[J].城市建筑，2017（9）：6～7.
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