高層建筑地下室結構設計問題思考

盛艷華

南寧市建筑設計研究院有限公司 廣西 南寧 530002

引言

隨著我國經(jīng)濟水平的快速發(fā)展，城市人口越來越密集。為解決城市居民的生活問題，高層建筑拔地而起?，F(xiàn)代高層建筑設置地下室往往是建筑功能所要求的，將高層建筑的汽車車庫、機電機房、消防水池設在地下室，既能充分發(fā)揮地下室的作用，又能滿足基礎埋深要求。隨著地下室的層數(shù)不斷增加，地下室結構設計面臨的問題也越來越復雜，因為設計不合理引起的工程事故與缺陷逐漸增多。

1 地下室結構設計存在的問題

（1）地下室頂板結構形式問題。地下室頂板一般是作為上部高層建筑的嵌固端，其結構形式的選取直接關系到地下室結構的經(jīng)濟合理性，甚至還關系到結構的安全性。近年來，因地下室頂板設計不合理造成的工程事故屢有發(fā)生，應當引起重視。

（2）地下室頂板荷載取值問題?！督ㄖY構荷載規(guī)范》中規(guī)定的消防車荷載是按照300kN重的消防車來計算的等效荷載，如果當?shù)叵啦块T采用的消防車重量大于300kN，根據(jù)荷載規(guī)范確定的消防車荷載就可能偏小，設計上形成安全隱患。另外，景觀綠化可能出現(xiàn)頂板覆土厚度不均勻問題，設計施工圖時往往難以考慮，造成結構設計時，頂板恒載往往無法包絡實際使用工況，實際板塊受力可能超過的梁板承載力。

（3）底板抗浮問題。地下水位如果高于地下室基礎底板，必然會對地下室產(chǎn)生上浮托力。浮托力超過地下室自重就會導致地下室整體結構發(fā)生明顯的變形破壞，所以地下室抗浮結構設計非常關鍵。雖然地勘報告會提抗浮水位，規(guī)范也有明確的抗浮計算方法，但是在實際工程中，往往還是會出現(xiàn)設計按照地勘報告提的抗浮水位進行抗浮設計，工程施工完成后也沒有問題，在使用期地下室底板仍舊出現(xiàn)開裂滲水現(xiàn)象。由此可見，抗浮問題仍然是地下室結構設計的疑難問題。

（4）防水板計算模型的局限性問題。目前地下室底板計算主要是利用PKPM、YJK等設計軟件。針對防水板計算是基于柱墻位為豎向不動支座的倒樓蓋模型，其計算結果存在一定的局限性。主要表現(xiàn)在：該模型僅適用于整體抗浮滿足，上部荷載均勻的情況。對于有抗浮錨桿的底板，或者上部荷載不均勻的情況，采用該模型計算結果偏小，而且該模型無法進行底板的沖切、剪切、沉降驗算[2]。

2 高層建筑地下室結構設計要點分析

2.1 地下室頂板結構形式的選取

地下室頂板常見的結構形式有無梁樓蓋結構形式和有梁樓蓋結構形式，有梁樓蓋結構形式又可分為十字梁結構、井字梁結構、單向雙次梁結構和大板加腋結構。不同結構體系的優(yōu)劣，行業(yè)相關人員已經(jīng)做了大量的研究。從相關文獻的對比分析看出，無梁樓蓋和大板加腋的結構形式具有明顯的優(yōu)勢，但近幾年無梁樓蓋出工程事故較多，需謹慎使用。大板加腋結構形式是經(jīng)過許多工程驗證的安全可靠的樓蓋結構形式，其優(yōu)點主要有：結構整體受力性能好、施工便捷、空間開闊、感官舒適、方便上部單體嵌固、經(jīng)濟技術指標良好[3]。因此，設計地下室頂板時應優(yōu)先考慮大板加腋形式。

2.2 確定合理的地下室頂板荷載

對于一些大型地下室，頂板面標高較多，覆土薄厚不均，局部區(qū)域由于景觀綠化需要，覆土可能超過建筑專業(yè)的提資，而景觀綠化設計往往比較滯后，在建筑結構施工圖設計階段難以充分考慮。因此，在施工圖設計時應當及時與景觀設計方溝通，確定實際覆土厚度。若景觀提資是在結構出施工圖后，要及時復核原圖紙的梁板配筋是否能夠包絡，若不能及時修改圖紙，避免頂板實際受力超過樓板承載力。在確定消防車荷載時，應向當?shù)叵啦块T咨詢消防車型號，確定消防車重量，若重量超過300kN，應將規(guī)范中消防車荷載調(diào)整后再使用。

2.3 地下室底板抗浮設計

2020年3月1日，《建筑工程抗浮技術標準》正式實施[4]。新標準最明顯的變化是將抗浮的安全系數(shù)與抗浮工程設計等級直接掛鉤，故合理確定建筑抗浮工程設計等級極其重要。設計人應仔細解讀勘察報告，對場地水文地質(zhì)情況充分了解，準確確定抗浮工程設計等級。眾多抗浮穩(wěn)定性不足引發(fā)的工程事故中，大部分發(fā)生在施工期間，因此新規(guī)強調(diào)按施工期和使用期兩個階段內(nèi)最不利工況進行分析計算。

此外，對于尚未采取措施有效阻止地表水滲流基坑肥槽或雖已采取有效措施阻止地表水通過肥槽滲流、但基底下仍屬透水土層時，抗浮設防水位應考慮上層滯水作用?？垢≡O防水位宜按距室外地面0.5～1.0m標高取值，施工期和使用期可采用相同的抗浮設防水位。在地下室頂板覆土施工尚未完成前，當無措施確保有效及時降排水時，建筑工程的抗浮穩(wěn)定性驗算，應暫不考慮覆土等附加恒載作用。

2.4 建立防水板精確計算模型

以YJK結構計算軟件為例，當?shù)叵率业恼w抗浮滿足要求、地下室柱跨比較均勻、上部荷載均勻時可用防水板模型，可采用倒樓蓋的方法計算防水板的內(nèi)力。但是實際工程中，此種理想情況較少出現(xiàn)，設計時應當慎用。在整體抗浮不滿足、上部荷載不均勻時應充分考慮柱墻位置支座位移差產(chǎn)生的整體彎曲效應，此時應建立精確的防水板模型，即用筏板代替防水板，并將基床系數(shù)定位0[5]，這樣既能進行錨桿的抗拔驗算，又能進行底板的沖切、受剪和沉降驗算。

3 結束語

地下室結構對整個建筑物的安全性與穩(wěn)定性至關重要，設計人應嚴格遵守相關規(guī)范，充分考慮各種不利因素，準確把握各個設計要點，確保地下室結構設計安全可靠、經(jīng)濟合理、使用舒適。