蔣福升

城市建設(shè)日新月異，地下室也越來越大、越來越深，很多建筑物的設(shè)備房、消防水池和汽車停車位等都設(shè)在了地下室。這是城市建筑大型化、高層化以及充分利用地下室空間帶來的結(jié)果。因此，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性就顯得尤為突出和重要。

現(xiàn)結(jié)合具體實例談?wù)剛€人對消防水池設(shè)計的看法，本地下室為東莞市松山湖某大型住宅小區(qū)室外地下消防水池，建筑面積160㎡，頂板標高為-0.700m，頂板上有500mm覆土，其上尚設(shè)計有消防通道，水池蓄水量為220m?，水深約1.4m。地下室底板標高為-3.600m。地下室頂板厚度270mm、底板厚度為300mm。本工程采用框架結(jié)構(gòu)，另配有鋼筋混凝土側(cè)墻壁。

當代城市建筑物地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計范圍

當代城市建筑物地下室設(shè)計主要包括外墻設(shè)計、頂板設(shè)計、底板及基礎(chǔ)設(shè)計、出入口坡道、樓梯等設(shè)計，如果是人防地下室，還包括人防口部設(shè)計。

（一）地下室結(jié)構(gòu)荷載問題

地下室結(jié)構(gòu)荷載包括核爆動荷載（考慮人防）、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及地下室自重等。規(guī)范給出了防空地下室不同部位應(yīng)考慮的荷載組合，結(jié)構(gòu)設(shè)計時可依各工程的結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)規(guī)范要求進行荷載組合。地下室各部位參與組合的荷載分別為：

頂板：頂板核爆動荷載標準值，頂板靜荷載標準值。本工程頂板恒荷載為覆土荷載及頂板自重，共為14KN/㎡，活荷載按結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 50009-2001）（2006版）消防車荷載取值，根據(jù)規(guī)范要求尚且可以按照地下室頂板消防車等效荷載計算進行折減，本工程按20KN/㎡進行計算。

側(cè)墻：豎向：頂板傳來的核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重標準值（僅有局部剪力墻部位），外墻自重標準值；橫向：核爆動荷載產(chǎn)生的水平動荷載標準值、土壓力、水壓力。本工程側(cè)土壓力較小，故按滿水壓力作為橫向壓力進行計算。

內(nèi)承重墻（柱）：頂板核爆動荷載標準值、靜荷載標準值，上部建筑物自重，內(nèi)承重墻自重標準值。應(yīng)對比戰(zhàn)時所增加的頂板核爆動荷載標準值與平時各樓層的活荷載標準值之和，由大的荷載起控制作用.

底板：地下室底板自重，需滿足的荷載要求。本工程具體考慮地下室活載為水荷載，按12KN/㎡取值。

基礎(chǔ)：底板核爆動荷載標準值，上部建筑物自重標準值，頂板傳來靜荷載標準值，地下室墻身自重標準值。防空地下室進行荷載組合時，主要解決核爆動荷載作用下如何確定同時存在的靜載問題。

（二）地下室頂板設(shè)計

地下室頂板是高層建筑上部結(jié)構(gòu)的一個水平約束支座，其剛度越大，對上部結(jié)構(gòu)的約束作用越好。因此，地下室頂板厚度不能太薄，一般取≥160mm。人防地下室頂板厚度還要滿足人防要求根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB5001-2001，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，對樓板厚度、混凝土強度等級、板配筋率、樓層側(cè)向剛度等都有具體要求，且地下室層數(shù)不宜少于兩層。規(guī)范還明確規(guī)定，作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)。這意味著當高層建筑地下室層數(shù)或總深層不僅僅由地基基礎(chǔ)埋深決定，還必須考慮上述因素。結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)往下算至滿足嵌固端要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強區(qū)層數(shù)應(yīng)從地面往上算并應(yīng)包括地下層。當出現(xiàn)以下情況時，地下室頂板不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位：（1）頂板室內(nèi)外板面標高變化超過梁高范圍形成錯層，且未采取措施；（2）頂板為無梁樓蓋。本工程頂板設(shè)計厚度為250，單獨作為地下消防水池使用，并無人防設(shè)計要求，并無上部結(jié)構(gòu)。本工程地下室頂板采用梁板結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級C30，板面為雙層雙向12@150，滿足最小配筋率0.2的要求。

（三）地下室外墻設(shè)計

地下室外墻計算時應(yīng)進行彎矩調(diào)幅，底部為固定支座（即底板作為外墻的嵌固端）、考慮荷載分項系數(shù)、有多層地下室時應(yīng)按多跨連續(xù)計算，側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣，底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁，其厚度和配筋量應(yīng)匹配，這類問題在地下車道中最為典型。車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁底部。地面層開洞位置（如樓梯間）外墻頂部無樓板支撐，計算模型和配筋構(gòu)造均應(yīng)與實際相符。車道緊靠地下室外墻時，車道底板位于外墻中部，應(yīng)注意外墻承受車道底板傳來的水平集中力作用。

本工程外墻荷載分別取墻內(nèi)滿水和墻外滿水時產(chǎn)生的側(cè)壓力進行計算，由于本工程地下室只有一層，且外墻有扶壁柱、基礎(chǔ)梁和壓頂梁，故按照單塊矩形板3.9mX1.65mx0.3m進行計算，配筋雙層雙向12@200，構(gòu)造配筋。

（四）地下室底板設(shè)計

同外墻一樣，地下室底板設(shè)計除滿足受力要求外，還要滿足地下室抗?jié)B、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取40cm～60cm，配筋率一般取0.2%。地下室底板標高變化處應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)置梁，梁寬不宜小于底板厚度，還應(yīng)計算板的支座彎矩傳遞到梁所需的抗扭鋼筋。樁箱、樁筏基礎(chǔ)的地下室底板也是樁承臺，還要滿足沖切、剪切、抗彎、局部受壓等要求。地下室底板尚需滿足控制裂縫小于0.2mm的要求。

地下室設(shè)計中抗浮、抗?jié)B問題

南方地區(qū)地下水位一般較高，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)特別注意只有地下室部分和地面上樓層不多時的抗浮計算，采用樁基時應(yīng)計算樁的抗拔承載力。板、覆土的自重對結(jié)構(gòu)有利，根據(jù)《荷載規(guī)范》計算強度時，荷載分項系數(shù)應(yīng)取1.0。計算抗浮時，荷載分項系數(shù)應(yīng)取0.9。地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計重要依據(jù)，實際設(shè)計時往往只考慮正常使用極限狀態(tài)，對施工過程和洪水期重視不足，造成施工過程中由于抗浮不夠出現(xiàn)局部破壞。

以下為部分工程常用抗浮措施：

1.在設(shè)計允許的情況下，盡可能提高基坑坑底的設(shè)計標高，間接降低抗浮設(shè)防水位。高層建筑的基礎(chǔ)底板多采用平板式筏板基礎(chǔ)和梁板式筏板基礎(chǔ)。一般而言，平板式筏板基礎(chǔ)的重量與梁板式筏板基礎(chǔ)上填覆土的重量基本相當，但后者的基礎(chǔ)高度一般要比前者高，在保證基頂標高不變的情況下，后者的基礎(chǔ)埋深要大于前者。從而相對提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基礎(chǔ)更有利于降低抗浮水位。

2.樓蓋提倡使用寬扁梁或無梁樓蓋。一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/22～1/16，寬扁梁的使用將有效地降低地下結(jié)構(gòu)的層高，從而相對降低了抗浮設(shè)防水位。

結(jié)語

現(xiàn)代城市建筑的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜的過程。特別是高層、大型建筑物上部荷載大，基礎(chǔ)埋深較深，地下室與基礎(chǔ)設(shè)計的合理與否直接影響它正常使用與造價。設(shè)計中與地下室相關(guān)的不少問題也逐漸變得突出起來，因此，設(shè)計時既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟合理，又要滿足地下室結(jié)構(gòu)抗?jié)B這一特殊要求，以保證其正常使用。如何協(xié)調(diào)好技術(shù)與經(jīng)濟在建設(shè)工程中的相互關(guān)系，是每個設(shè)計人員應(yīng)該認真考慮的。

（作者單位：東莞市建筑設(shè)計院有限公司）