初探某工程地下室结构优化设计与成本控制

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　　摘    要：地下室结构优化对新型工业化建造有着重要的意义，目前地下室的结构设计也是多种多样的，在不降低地下室结构安全性并且确保地下室建筑使用功能的前提下，充分利用结构材料不同的性能来达到技术的可行性目的。本文对传统及现有的地下室结构特点进行分析，从地下室的基础选型、材料选用以及构造措施等方面进行探讨，简单分析出地下室如何做好结构优化设计的工作以及如何控制设计过程中的成本。经济合理也是每个结构工程师关注的重点之一，所以本文探讨地下结构优化设计和成本控制的经济性和合理性问题是十分必要的。目前关于地下室的结构优化案例并不多，但是在未来地下室的优化改造也会有很大的发展，所以本文的研究不只是对地下室结构优化改造的研究，也对地下室结构优化过程中降低工程造价有着合理的建议。
　　关键词：工程地下室;结构优化;成本控制
　　1  引言
　　随着我国经济的不断增长和城市的高速发展，地面空间的利用已经无法满足需要，地下空间的全面发展也占据着越来越重要的地位。政府也在鼓励建筑工程合理的使用地下空间，这也让地下空间逐渐成为重要的城市社会资源。近几年地面空间被城市现代化所改造，绿化减退、使用空间拥挤等“城市病”也日益严重，所以对地下空间进行结构优化也可以减轻城市的压力，在创造宜居城市方面也有着积极重要的作用。近些年国内外对于地下室的改进均有着不同程度的贡献，随着现代工业化研究的深入，对于地下室合理优化改造的研究开展也是十分必要的。本文研究的目的是初探某工程地下室结构优化设计与成本控制 ，在探讨适合地下室优化改造设计方案的同时，也希望对我国新型工业化建造体系的完善有一定的作用。
　　2  地下室基础选型
　　常规的建筑工程中，地下室结构造价在基础造价中占据着不小的比例。但是由于地质条件不同，所以基础类型也各不相同，复杂地质条件下的基础形式也无法进行类比。所以本文仅以建筑工程中大量存在的地下结构进行分析，地下室大多为地下一层，而且地质条件相对简单，地基承载力较高。某工程地下一层基础顶面标高-5.3m，基础持力层为细砂层，在不考虑地下水的情况下地基承载力特征值fak=190kPa[1]。根据地质条件可以算出某工程在地下室结构优化过程中可以节约20%左右的混凝土，40%左右的钢筋用量。其他的建筑工程也可以证明，当地基承载力允许柱下独立基础时，纯地下结构如果采用独立基础加止水板形式会更节省更多成本。
　　3  材料选用
　　3.1  混凝土
　　混凝土的选择对于地下室结构优化设计起着至关重要的作用，同时在节约成本方面也有着不小的影响。不同的混凝土材料特点不同，抗压强度也是不同的，而钢筋同混凝土的结合主要的通就是抗压。理论上来讲，混凝土等级越高，性价比也就越高，但实际上，混凝土的强度等级要根据使用的位置不同来确定的，位置不同混凝土的强度等级也是不同的。
　　地下室结构不需要进行风作用和地震作用的计算，在竖向荷载作用下柱子的弯矩较小，基本处于轴中心受压的状态，柱子的截面也受轴压比的限制，柱内也由最小配筋率来控制[2]。这种情况下混凝土的等级可以提高以达到减少主界面的效果，这样不仅节省混凝土用量，而且由于柱子横截面的减少还可以减少钢筋的使用量，这对于某工程的施工單位来说是可以节约一定成本的。
　　3.2  钢筋
　　在地下室结构优化设计中，按钢筋的使用主要受构造配筋、最小配筋率和计算配筋决定的。不同的地下室结构优化中要根据不同的情况选择不同强度等级的钢筋，就可以非常显著的节省成本。而且低强度钢筋会让配筋率增加，不仅降低经济效益，还会给施工过程带来一定的难度，再加上运输、加工、现场管理等工作量的增加，在实际施工过程中会成为混凝土应用的不利因素。
　　4  地下室外墙设计
　　4.1  地下室外墙荷载取值
　　地下室外墙承受的荷载可以分为竖向和水平荷载两种。竖向荷载也分为上部传来的荷载、外墙自重荷载和地下室楼盖传来的荷载。当地下室承受上部的荷载时，此时墙身设计应该考虑上部传来的荷载否则墙身安全性较低。但是上部的荷载压力由外墙扶壁柱传给时，就可以不用考虑上部的荷载压力[3]。
　　（1）土压力。目前大多数地下室优化结构工程中采用的是库伦理论和朗今理论。在土压力的作用下地下室外墙不会发生侧移现象，墙体处于弹性平衡状态，地下室外墙承受的不是非主动土压力，而是静止土压力。一般情况下砂土的静止土压力系数为0.35左右，粘性土压力系数为0.5左右。地下室优化结构施工过程中的静止土压力系数一般是0.5。
　　（2）水压力。水压力的计算要考虑到季节变换下的地下水位，尤其是南方地区还要考虑到地下水的影响。而在高原地区地下水位是高于平原地区的，这时水压力的计算要根据最高水位来确定，而不能按照地质报告的水位来计算。
　　4.2  地下室结构设计优化
　　以往的地下室结构设计按照单向板计算，即取顶板和底板作为外墙的支撑点，取单位宽度的外墙，视为地下室层数按照单跨连续板进行计算。外墙和周边构件刚度比的确定可以决定外墙的支撑条件。当周边构件厚度小于外墙厚度时按简之计算，如果周边构件厚度大于外墙厚度时则按照嵌固计算。在地下室的结构优化设计中地下室外墙在满足要求的前提下是可以采取分离式配筋的，这样一来不仅可以让地下室外墙受力合理，而且还可以降低施工工程的造价。
　　5  构造措施
　　5.1  抗震等级
　　在地下室结构优化设计中采取不同的抗震措施来应对不同的抗震等级也是非常重要的，所以地下室结构优化过程中的抗震等级应该严格按照抗震规范来规定。地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可以逐层降低但是不能低于四级。且抗震等级不可以随意提高。
　　5.2  钢筋连接
　　钢筋的连接可以分为机械连接、焊接和绑扎搭接。大部分的建筑工程实践中都会采用绑扎搭接施工方式，因为出现失误的可能性较小，而且钢筋接头方法较好，不过存在的缺陷也十分明显，当钢筋直径较大时需要搭接较长的的长度，并且箍筋也需要进行加密，这也就消耗了更多的钢材，施工成本也因此加大[4]。在实际工程中机械连接的技术是较为成熟的，所以采用机械连接的方法更优。
　　5.3  构件配筋
　　钢筋在地下室结构优化设计中使用量大而且价格昂贵，设计者在构建配筋时应该物尽其用，合理配置钢筋的使用，使其在结构优化过程中充分发挥作用。
　　6  结束语
　　地下室结构优化设计的工作不应该将各个工作模块拆分开，各个环节是相互关联的，混凝土和钢筋两种原材料的使用也是相互作用和影响的。优化结构设计者需要全面而综合的考虑各方面的因素来制定合理的优化设计方案，这样不仅安全可靠不会出现严重的安全问题，而且还可以减少企业优化成本，帮助企业取得更好的经济效益。本文对某工程的地下室结构优化设计和成本控制的分析和研究，对设计者也有一定的借鉴作用，在满足地下室建筑工程的安全持久的前提下降低成本费用避免不必要的浪费，是所有的企业和设计者都应关注和面对的问题。
　　参考文献：
　　[1] 韩世冲.地下室外墙优化设计分析[J].中国新技术新产品，2018（9）：127～128.
　　[2] 刘锋涛，李红远，刘平伟，et al.柳州市某地下车库独立基础加防水板抗浮设[J].信息记录材料，2017（5）：111～113.
　　[3] 梅文龙.住宅小区地下车库优化设计与智能设计研究[J].智能建筑与智慧城市，2018（10）：145～146.
　　[4] 韦彬.浅谈高层住宅剪力墙结构的优化设计[J].城市建筑，2017（9）：61+84.
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