研究建筑地下室的优化设计

摘要：本文重点针对建筑地下室的优化设计工作展开分析，结合某建筑地下室工程案例全面探究建筑地下室优化设计的主要内容，从功能布局与空间规划、结构设计、空间效率与层高控制、环境与安全控制等多个维度深入研究，旨在高效利用地下空间资源。研究强调，建筑地下室优化设计应以功能适配性为核心，系统化整合各方面因素，实现结构安全、空间高效、环境舒适和成本可控的目标，希望可以为相关工程设计人员提供参考。

关键词：建筑地下室；优化设计；地下空间资源；可持续发展

随着城市化进程的加速，城市土地资源日益紧张，建筑向地下空间拓展成为必然趋势，建筑地下室作为建筑的重要组成部分，不仅承担着停车、仓储、设备用房等多种功能，还对建筑的整体安全性、经济性和环境舒适性有着重要影响，然而传统的建筑地下室设计存在诸多问题，如功能布局不合理、空间利用率低、结构设计不优化、环境与安全控制不足以及成本效益不佳等，因此，开展建筑地下室的优化设计研究具有重要的现实意义。深入研究建筑地下室优化设计，能够提高地下空间使用效率，减少土地资源浪费，增强建筑的整体安全性和稳定性，降低自然灾害对建筑的影响，改善地下空间的环境质量，为使用者提供更舒适、安全的环境；同时，通过优化成本效益，降低建筑的全生命周期成本，实现可持续发展目标。

1工程概况

本次建筑工程按6度设防，设计地震加速度0.05 g，设计地震分组为Ⅰ组，抗震设防等级为丙类（标准设防类），设计特征周期为0.35 s，基础风压和基本雪压分别是0.35 kN/m2和0.45 kN/m2。工程地质条件属于二类，场地不存在液化现象，属于可以施工的普通场地。地质勘察报告显示，地下室底板高程60.500左右，基本处于全风化层中，因此对于单纯的地下室，可以使用自然地基，以全风化板岩作为持力层。经地质勘察，抗浮设防水位西部为64.5m，东侧为60.00m，而中部地区则以水力梯度插值法计算。结构设计时，底板为无梁式防水板或防水板，其西侧和东侧均为350mmmm厚，底板顶部与单一基础顶部在同一高程。

地下室顶板覆土厚度为1.5m，由于地下室为三面开敞，周边布置有高层建筑，为避免多塔问题，将塔楼与地下室之间采用抗震缝分离开来。根据《湖南省住宅工程质量通病防治技术规程》DBJ43/T306-2014，第9.1.3条，地下室顶板为种植顶板时，结构板厚不应小于250mm，同时《地下工程防水技术规范》GB50108-2008，第4.8.3条，由于植被覆盖层的厚度不能低于250 mm，所以地下室顶板最少要达到250 mm，主梁+十字形梁、主梁+井字梁等分隔的板跨都太小，250 mm板厚的承载力不能得到很好的发挥，而250 mm厚的主梁+十字形梁、主梁+井字梁的经济性都不如框架梁+大板加腋的楼盖形式，框架+大板加腋体系相比传统梁板、无梁楼盖等结构形式具有显著的经济优势。

2建筑工程地下室优化设计工作要点分析

2.1结构设计优化要点分析

采用大柱网（7.8mx8m）框架梁大板楼盖，平面恒载标准值27kN/m2，考虑消防车荷载时，计算主梁活载标准值16kN/m2，计算板活荷载取20kN/m2，计算简图如下图1：

采用大小柱网，针对7.8m×（4.8+6.6+4.8）m的柱网布置，平面恒载标准值27kN/m2，考虑消防车荷载时，计算主梁时，6x6m跨活荷载取16 kN/m2，4.8x6m跨活荷载取20.8 kN/m2计算板时，计算板时6x6m跨活荷载取15.9 kN/m2，4.8x6m跨活荷载取20.6 kN/m2，计算简图如下图2：

优化设计需要综合考虑结构性能、经济性和施工可行性等多重因素。从结构受力特性分析，该大柱跨体系承受的覆土荷载达27kN/m²，叠加消防车活载后，设计荷载组合值较高，对楼盖体系的抗弯、抗剪及抗冲切性能提出严格要求。

对于大柱网框架梁大板结构，主梁高度需达到1000mm，楼板厚度需增加到300mm才能满足挠度控制要求，为降低楼板含钢量，楼板加腋部分板厚需增加到300mm时，支座处钢筋含量才能显著降低，这将导致一方面混凝土用量显著增加，另一方面为满足地下室净高≥2.2米的要求，考虑设备管道安装高度，地下室层高一般会设计到3.9m高，计算简图如下图3。

相比之下，大柱网框架梁大板结构展现出独特优势：梁截面7.8m跨方向400mmx800mm，6m跨及4.8m跨方向300mmx700mm，板厚250mm（支座加腋高200mm），为满足地下室净高≥2.2米的要求，考虑设备管道安装高度，地下室层高一般会设计到3.7m高，计算简图如下图4。

经有限元分析，该方案在相同荷载条件下，大小柱网框架梁大板楼盖相比大柱网框架梁大板楼盖跨中弯矩分配更合理，加腋节点相比大柱网框架梁大板楼盖能有效降低板支座处35%的负弯矩，使最大裂缝宽度控制在0.18mm（小于规范限值0.2mm）。经济性对比显示，大小柱网框架梁大板楼盖方案较大柱网框架梁大板楼盖跨方案节省混凝土18%，钢筋用量减少12%，减少土方开挖20cm，且停车位数量不会有任何变化，单方造价更低，经济性比较如表1；且较传统梁板体系减少模板工程量20%，避免了次梁对管线布置的干扰。特别值得注意的是，大板加腋体系通过加腋构造将柱上板带的等效抗弯刚度提高40%，有效解决了大板体系在消防车轮压局部荷载下的冲切难题。施工方面加腋模板可采用定型化钢模，虽初期投入略高，但周转次数达50次以上，综合成本反而降低，通过精细化配筋设计（采用HRB400钢筋，主梁配筋率1.8%，板配筋率0.9%），既能确保结构安全，又实现了材料的高效利用。大小柱网框架梁大板楼盖这种选型方案完美平衡了结构性能、空间使用和经济指标三大核心需求，尤其适合此类覆土深厚、荷载较大的地下室顶板工程。

2.2.2抗浮与防水设计

地下水浮力是建筑地下室面临的重要问题，若地下水浮力过大可能导致地下室结构上浮、开裂，影响结构安全和正常使用。为平衡地下水浮力，可采用抗浮桩或配重法等措施。抗浮桩通过桩身与土体之间的摩擦力抵抗地下水浮力，其抗浮系数应不小于 1.05，配重法是在地下室顶板上增加覆土、设备等重物，增加结构自重以平衡地下水浮力。防水设计是建筑地下室设计的关键环节，地下室防水体系需结合混凝土自防水、卷材外防水及排水系统等多种措施，形成完整的防水体系。混凝土自防水通过提高混凝土抗渗等级实现防水，一般要求抗渗等级不低于 P8卷材外防水是在地下室结构外侧铺设防水卷材，形成防水屏障，排水系统通过设置排水沟、集水井等设施，及时排除地下室周围积水，减少地下水对结构的压力。

施工缝、后浇带等薄弱节点是防水重点部位，需进行特殊处理。在施工缝和后浇带处，可采用止水带、密封胶等材料密封，防止地下水渗漏，同时施工过程中要严格控制施工质量，确保防水措施有效。

2.3空间效率与层高控制

柱网尺寸设计需综合考虑停车效率和梁高对层高的影响，地下室停车设计常用柱网尺寸为 7.8 - 8.1m，采用大小柱跨柱网7.8m×（4.8+6.6+4.8）m这样的尺寸可在保证停车效率的前提下，减少梁的跨度，降低梁高，从而降低地下室层高。管线综合排布是减少层高的重要措施，地下室通常有风管、喷淋、桥架等各种管线。通过合理的管线综合排布，可避免管线交叉和冲突，减少管线占用的空间高度。例如，风管可避让车道，避免影响车辆通行；喷淋与桥架可分层敷设，提高空间利用率，通过这些措施，单层地下车库的层高可控制在 3.7m 以内，减少土方开挖，减少地下室建设成本。将风机房、水泵房等设备集中布置于塔楼投影区是有效的空间利用方式，塔楼投影区是建筑结构的主要受力区域，将设备用房布置在此可充分利用建筑结构空间，减少对停车空间的占用，同时利用山墙设置风井可进一步节省空间，采用设备叠加布置技术可压缩机房面积[3]。例如，风机可采用竖向组合方式布置，将多个风机叠加在一起，减少机房占地面积，通过设备用房的集约化布置，可提高地下室空间利用率，使地下空间得到更合理利用。

3结语：

综上所述，建筑地下室优化设计是一个复杂的系统工程，应以功能适配性为核心，通过结构安全、空间效率、环境舒适、成本可控四个维度的系统化整合，实现地下空间资源的高效利用。在功能布局与空间规划方面，要依据建筑整体定位合理确定地下室功能，进行科学的分区规划和交通流线设计；在结构设计方面，要综合考虑荷载作用和抗震性能，做好抗浮与防水设计；在空间效率与层高控制方面，要进行柱网与层高的精细化设计和设备用房的集约化布置；在环境与安全控制方面，要优化采光通风系统，做好防火与疏散设计；在成本效益与可持续性方面，要进行材料与施工技术创新和全生命周期成本控制，以此来保证整个地下室设计的科学性与合理性。

参考文献：

[1]王骥，向阳，雷增威.住宅建筑地下室底板抗浮锚杆施工技术要点剖析[J].居舍，2024，（30）：45-48.

[2]姚树池.混凝土抗裂防渗技术在建筑地下室施工中的应用[J].中国建筑装饰装修，2022，（11）：59-61.

[3]陈芝诚.高层建筑地下室抗浮设计的几个问题[J].大众标准化，2022，（09）：98-100.

[4]段慧斌.高层建筑地下室防水工程的施工工艺[J].居舍，2022，（08）：66-68+95.

[5]沈钰婷.建筑地下室结构设计要点分析[J].工程建设与设计，2021，（22）：4-6.

作者简介：葛正锋（1981.9.20-），男，汉族，湖北汉川，本科，中级工程师，主要从事工作方向：结构设计