高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題思考

盛艷華

南寧市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣西 南寧 530002

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，城市人口越來(lái)越密集。為解決城市居民的生活問(wèn)題，高層建筑拔地而起。現(xiàn)代高層建筑設(shè)置地下室往往是建筑功能所要求的，將高層建筑的汽車(chē)車(chē)庫(kù)、機(jī)電機(jī)房、消防水池設(shè)在地下室，既能充分發(fā)揮地下室的作用，又能滿(mǎn)足基礎(chǔ)埋深要求。隨著地下室的層數(shù)不斷增加，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的問(wèn)題也越來(lái)越復(fù)雜，因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理引起的工程事故與缺陷逐漸增多。

1 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

（1）地下室頂板結(jié)構(gòu)形式問(wèn)題。地下室頂板一般是作為上部高層建筑的嵌固端，其結(jié)構(gòu)形式的選取直接關(guān)系到地下室結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理性，甚至還關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性。近年來(lái)，因地下室頂板設(shè)計(jì)不合理造成的工程事故屢有發(fā)生，應(yīng)當(dāng)引起重視。

（2）地下室頂板荷載取值問(wèn)題。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中規(guī)定的消防車(chē)荷載是按照300kN重的消防車(chē)來(lái)計(jì)算的等效荷載，如果當(dāng)?shù)叵啦块T(mén)采用的消防車(chē)重量大于300kN，根據(jù)荷載規(guī)范確定的消防車(chē)荷載就可能偏小，設(shè)計(jì)上形成安全隱患。另外，景觀(guān)綠化可能出現(xiàn)頂板覆土厚度不均勻問(wèn)題，設(shè)計(jì)施工圖時(shí)往往難以考慮，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，頂板恒載往往無(wú)法包絡(luò)實(shí)際使用工況，實(shí)際板塊受力可能超過(guò)的梁板承載力。

（3）底板抗浮問(wèn)題。地下水位如果高于地下室基礎(chǔ)底板，必然會(huì)對(duì)地下室產(chǎn)生上浮托力。浮托力超過(guò)地下室自重就會(huì)導(dǎo)致地下室整體結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變形破壞，所以地下室抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。雖然地勘報(bào)告會(huì)提抗浮水位，規(guī)范也有明確的抗浮計(jì)算方法，但是在實(shí)際工程中，往往還是會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)按照地勘報(bào)告提的抗浮水位進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，工程施工完成后也沒(méi)有問(wèn)題，在使用期地下室底板仍舊出現(xiàn)開(kāi)裂滲水現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，抗浮問(wèn)題仍然是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的疑難問(wèn)題。

（4）防水板計(jì)算模型的局限性問(wèn)題。目前地下室底板計(jì)算主要是利用PKPM、YJK等設(shè)計(jì)軟件。針對(duì)防水板計(jì)算是基于柱墻位為豎向不動(dòng)支座的倒樓蓋模型，其計(jì)算結(jié)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(mǎn)足，上部荷載均勻的情況。對(duì)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(jì)算結(jié)果偏小，而且該模型無(wú)法進(jìn)行底板的沖切、剪切、沉降驗(yàn)算[2]。

2 高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 地下室頂板結(jié)構(gòu)形式的選取

地下室頂板常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式和有梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式，有梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式又可分為十字梁結(jié)構(gòu)、井字梁結(jié)構(gòu)、單向雙次梁結(jié)構(gòu)和大板加腋結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)劣，行業(yè)相關(guān)人員已經(jīng)做了大量的研究。從相關(guān)文獻(xiàn)的對(duì)比分析看出，無(wú)梁樓蓋和大板加腋的結(jié)構(gòu)形式具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但近幾年無(wú)梁樓蓋出工程事故較多，需謹(jǐn)慎使用。大板加腋結(jié)構(gòu)形式是經(jīng)過(guò)許多工程驗(yàn)證的安全可靠的樓蓋結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點(diǎn)主要有：結(jié)構(gòu)整體受力性能好、施工便捷、空間開(kāi)闊、感官舒適、方便上部單體嵌固、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)良好[3]。因此，設(shè)計(jì)地下室頂板時(shí)應(yīng)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(duì)于一些大型地下室，頂板面標(biāo)高較多，覆土薄厚不均，局部區(qū)域由于景觀(guān)綠化需要，覆土可能超過(guò)建筑專(zhuān)業(yè)的提資，而景觀(guān)綠化設(shè)計(jì)往往比較滯后，在建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)階段難以充分考慮。因此，在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)與景觀(guān)設(shè)計(jì)方溝通，確定實(shí)際覆土厚度。若景觀(guān)提資是在結(jié)構(gòu)出施工圖后，要及時(shí)復(fù)核原圖紙的梁板配筋是否能夠包絡(luò)，若不能及時(shí)修改圖紙，避免頂板實(shí)際受力超過(guò)樓板承載力。在確定消防車(chē)荷載時(shí)，應(yīng)向當(dāng)?shù)叵啦块T(mén)咨詢(xún)消防車(chē)型號(hào)，確定消防車(chē)重量，若重量超過(guò)300kN，應(yīng)將規(guī)范中消防車(chē)荷載調(diào)整后再使用。

2.3 地下室底板抗浮設(shè)計(jì)

2020年3月1日，《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》正式實(shí)施[4]。新標(biāo)準(zhǔn)最明顯的變化是將抗浮的安全系數(shù)與抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)直接掛鉤，故合理確定建筑抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)極其重要。設(shè)計(jì)人應(yīng)仔細(xì)解讀勘察報(bào)告，對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)情況充分了解，準(zhǔn)確確定抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)。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(qiáng)調(diào)按施工期和使用期兩個(gè)階段內(nèi)最不利工況進(jìn)行分析計(jì)算。

此外，對(duì)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(guò)肥槽滲流、但基底下仍屬透水土層時(shí)，抗浮設(shè)防水位應(yīng)考慮上層滯水作用。抗浮設(shè)防水位宜按距室外地面0.5～1.0m標(biāo)高取值，施工期和使用期可采用相同的抗浮設(shè)防水位。在地下室頂板覆土施工尚未完成前，當(dāng)無(wú)措施確保有效及時(shí)降排水時(shí)，建筑工程的抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，應(yīng)暫不考慮覆土等附加恒載作用。

2.4 建立防水板精確計(jì)算模型

以YJK結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件為例，當(dāng)?shù)叵率业恼w抗浮滿(mǎn)足要求、地下室柱跨比較均勻、上部荷載均勻時(shí)可用防水板模型，可采用倒樓蓋的方法計(jì)算防水板的內(nèi)力。但是實(shí)際工程中，此種理想情況較少出現(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)慎用。在整體抗浮不滿(mǎn)足、上部荷載不均勻時(shí)應(yīng)充分考慮柱墻位置支座位移差產(chǎn)生的整體彎曲效應(yīng)，此時(shí)應(yīng)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(jìn)行錨桿的抗拔驗(yàn)算，又能進(jìn)行底板的沖切、受剪和沉降驗(yàn)算。

3 結(jié)束語(yǔ)

地下室結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)建筑物的安全性與穩(wěn)定性至關(guān)重要，設(shè)計(jì)人應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范，充分考慮各種不利因素，準(zhǔn)確把握各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，確保地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、使用舒適。