高层建筑地下室结构设计问题思考

2021-04-03盛艳华

建筑与装饰 2021年5期

盛艳华

南宁市建筑设计研究院有限公司广西南宁 530002

引言

随着我国经济水平的快速发展，城市人口越来越密集。为解决城市居民的生活问题，高层建筑拔地而起。现代高层建筑设置地下室往往是建筑功能所要求的，将高层建筑的汽车车库、机电机房、消防水池设在地下室，既能充分发挥地下室的作用，又能满足基础埋深要求。随着地下室的层数不断增加，地下室结构设计面临的问题也越来越复杂，因为设计不合理引起的工程事故与缺陷逐渐增多。

1 地下室结构设计存在的问题

（1）地下室顶板结构形式问题。地下室顶板一般是作为上部高层建筑的嵌固端，其结构形式的选取直接关系到地下室结构的经济合理性，甚至还关系到结构的安全性。近年来，因地下室顶板设计不合理造成的工程事故屡有发生，应当引起重视。

（2）地下室顶板荷载取值问题。《建筑结构荷载规范》中规定的消防车荷载是按照300kN重的消防车来计算的等效荷载，如果当地消防部门采用的消防车重量大于300kN，根据荷载规范确定的消防车荷载就可能偏小，设计上形成安全隐患。另外，景观绿化可能出现顶板覆土厚度不均匀问题，设计施工图时往往难以考虑，造成结构设计时，顶板恒载往往无法包络实际使用工况，实际板块受力可能超过的梁板承载力。

（3）底板抗浮问题。地下水位如果高于地下室基础底板，必然会对地下室产生上浮托力。浮托力超过地下室自重就会导致地下室整体结构发生明显的变形破坏，所以地下室抗浮结构设计非常关键。虽然地勘报告会提抗浮水位，规范也有明确的抗浮计算方法，但是在实际工程中，往往还是会出现设计按照地勘报告提的抗浮水位进行抗浮设计，工程施工完成后也没有问题，在使用期地下室底板仍旧出现开裂渗水现象。由此可见，抗浮问题仍然是地下室结构设计的疑难问题。

（4）防水板计算模型的局限性问题。目前地下室底板计算主要是利用PKPM、YJK等设计软件。针对防水板计算是基于柱墙位为竖向不动支座的倒楼盖模型，其计算结果存在一定的局限性。主要表现在：该模型仅适用于整体抗浮满足，上部荷载均匀的情况。对于有抗浮锚杆的底板，或者上部荷载不均匀的情况，采用该模型计算结果偏小，而且该模型无法进行底板的冲切、剪切、沉降验算[2]。

2 高层建筑地下室结构设计要点分析

2.1 地下室顶板结构形式的选取

地下室顶板常见的结构形式有无梁楼盖结构形式和有梁楼盖结构形式，有梁楼盖结构形式又可分为十字梁结构、井字梁结构、单向双次梁结构和大板加腋结构。不同结构体系的优劣，行业相关人员已经做了大量的研究。从相关文献的对比分析看出，无梁楼盖和大板加腋的结构形式具有明显的优势，但近几年无梁楼盖出工程事故较多，需谨慎使用。大板加腋结构形式是经过许多工程验证的安全可靠的楼盖结构形式，其优点主要有：结构整体受力性能好、施工便捷、空间开阔、感官舒适、方便上部单体嵌固、经济技术指标良好[3]。因此，设计地下室顶板时应优先考虑大板加腋形式。

2.2 确定合理的地下室顶板荷载

对于一些大型地下室，顶板面标高较多，覆土薄厚不均，局部区域由于景观绿化需要，覆土可能超过建筑专业的提资，而景观绿化设计往往比较滞后，在建筑结构施工图设计阶段难以充分考虑。因此，在施工图设计时应当及时与景观设计方沟通，确定实际覆土厚度。若景观提资是在结构出施工图后，要及时复核原图纸的梁板配筋是否能够包络，若不能及时修改图纸，避免顶板实际受力超过楼板承载力。在确定消防车荷载时，应向当地消防部门咨询消防车型号，确定消防车重量，若重量超过300kN，应将规范中消防车荷载调整后再使用。

2.3 地下室底板抗浮设计

2020年3月1日，《建筑工程抗浮技术标准》正式实施[4]。新标准最明显的变化是将抗浮的安全系数与抗浮工程设计等级直接挂钩，故合理确定建筑抗浮工程设计等级极其重要。设计人应仔细解读勘察报告，对场地水文地质情况充分了解，准确确定抗浮工程设计等级。众多抗浮稳定性不足引发的工程事故中，大部分发生在施工期间，因此新规强调按施工期和使用期两个阶段内最不利工况进行分析计算。

此外，对于尚未采取措施有效阻止地表水渗流基坑肥槽或虽已采取有效措施阻止地表水通过肥槽渗流、但基底下仍属透水土层时，抗浮设防水位应考虑上层滞水作用。抗浮设防水位宜按距室外地面0.5～1.0m标高取值，施工期和使用期可采用相同的抗浮设防水位。在地下室顶板覆土施工尚未完成前，当无措施确保有效及时降排水时，建筑工程的抗浮稳定性验算，应暂不考虑覆土等附加恒载作用。

2.4 建立防水板精确计算模型

以YJK结构计算软件为例，当地下室的整体抗浮满足要求、地下室柱跨比较均匀、上部荷载均匀时可用防水板模型，可采用倒楼盖的方法计算防水板的内力。但是实际工程中，此种理想情况较少出现，设计时应当慎用。在整体抗浮不满足、上部荷载不均匀时应充分考虑柱墙位置支座位移差产生的整体弯曲效应，此时应建立精确的防水板模型，即用筏板代替防水板，并将基床系数定位0[5]，这样既能进行锚杆的抗拔验算，又能进行底板的冲切、受剪和沉降验算。