关于地下室部分结构设计问题的探讨

摘要：随着城市化发展以及建筑用地的紧张，建筑高度日益增加，且伴随地下空间资源的开发利用，地下室越趋复杂。建筑结构设计现在主要成为结构相关工程设计人员在设计工作重点和难点，结构设计不仅应保证高层建筑具有足够的安全性，还应保证结构的经济性、合理性。本文结合笔者工程实际对结构设计中的几个问题进行探讨。

关键词：成本控制；抗浮；结构安全

Abstract： With the development of city and the tension of construction land， building height increasing， the development and utilization of the underground space， underground chamber becomes more complex. Design of building structure is now mainly structural engineering staff in the design of the key and difficult points， structure design should not only ensure the high-rise building with adequate security， should also guarantee the economic， reasonable structure. In this paper， Combined with the actual problems of author's engineering in structure design are discussed.

Key words： cost for control； Floating resistance； Structural safety

一、荷载合理取值

通过降低成本以求提高经济效益是房地产行业共同追求和努力的目标之一，而结构成本的控制是房地产项目成本控制的关键。而结构荷载的合理取值，直接影响到结构的安全，也是土建成本的决定性因素。

为满足建筑消防要求，大型地下室顶板面经常根据需要布置消防行车道路。消防车荷载标准值很大，根据消防车道作用范围荷载的合理取值，对受力构件截面尺寸的选取及配筋计算至关重要，甚至影响到地下室层高的要求，将直接影响到工程成本。新的《建筑结构荷载规范》GB 5009-2012版的颁布，增加了条文，当顶板有覆土时，可根据覆土厚度、不同板跨对活荷载经行折减。另笔者认为，在实际工程中，在进行梁配筋计算时可根据实际作用范围进行继续折减，在实际设计中设计人员对沿消防车道作用板是满布荷载计算，而在实际中每跨板不可能同时作用消防荷载，如柱网6mx6m地下室顶板，双向板楼盖，主梁上布置十字交叉次梁划分3mx3m跨度楼板，按规范表5.1.1及5.1.2条，板荷载标准值应取28KN/㎡（不考虑覆土折减），仅是传递到每条主梁上总重为504KN>大于规范适用的300KN的消防车总重量，因此可在进行梁计算时按实际最不利荷载作用位置再合理折减取值。特别在消防车回转车道范围内，更应按实际情况考虑折减，在计算梁时不应按各板跨同时满布计算。

另规范新增加5.1.3条，设计墙、柱时，消防车活荷载按实际考虑，设计基础时可不考虑消防车活荷载。消防车活荷载按覆土厚度的折减系数按规范B规定确定。消防车荷载标准值很大，但出现几率很小作用时间很短，在墙柱设计时应容许较大的折减，由设计人员根据经验确定折减系数。在基础设计时，根据经验和习惯，同时为减少平时使用时产生的不均匀沉降，允许不考虑消防车通道的消防车活荷载。但笔者认为，在基础设计时应区分对待。依据建筑地基基础设计规范在按地基承载力确定基础底面积及埋深或单桩承载力确定桩数时，传至基础及承台底面上的作用效应按正常使用状态下作用的标准组合。因消防车作用是临时荷载，短期作用不会产生较大沉降影响结构安全，且岩土破坏的极限值远大于设计采用的特征值无需考虑是合理的。但按地基规范在确定高度、截面配筋及验算材料强度等时，应按承载力极限状态下作用的基本组合，这与荷载规范本身用于承载能力极限状态计算的时候应考虑荷载偶然组合不符，由于消防车荷载较大，在此时不考虑其作用将直接影响到结构的安全。

在工程设计中，由于不了解电梯工作机理，不少设计人员只依据荷载规范在电梯机房考虑了活荷载及机房顶的集中荷载，其实这两项为检修电梯荷载，而未考虑电梯实际工作中的荷载作用。设计人员应根据选用的电梯型号，根据厂家提高资料按实际考虑集中荷载作用在支撑构件上。

二、抗浮设计

在工程设计中，往往会遇到纯地下或地下室埋深大的高层建筑裙房，就出现了抗浮设计问题，在暴雨来临，施工期间一旦未及时采取降水措施就会积水产生浮起，使用期间若不将四周的回填土采用粘性土分层夯实形成止水层，也同样会产生水浮力，有不少地下室因为设计未考虑周全或施工阶段未做好降水排水工作出现工程事故。

在《建筑结构荷载规范》中仅对有关浮力问题进行了定性的描述，并未对如何验算进行严格规定。只有《给排水工程构筑物结构设计规范》GB50069提到了关于水浮力可变荷载的分项系数问题。《给排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002第5.2.2条和5.2.3条中有表述，对于抗浮结构的设计，地表水或地下水作用应是第一可变荷载，1）在进行结构构件的强度计算时，它的分项系数取为1.27；2）当计算整体抗浮的稳定性时，抵抗力只计入永久作用，可变作用和侧壁上的摩擦力不应计入。此时上浮设计稳定性抗力系数Ks取1.05，即抵抗力/水浮力标准值>1.05时满足。

地下室抗浮验算的基本原则：1、地下建筑物埋于不透水层，周边填土为密实的不透水土，当场地无积水时，依据水文地质资料抗浮水位位于地下室底板之下时，可不考虑水的浮力作用。 2、地下水最高水位的确定在计算浮力时，地下水最高水位对浮力的大小起着关键作用，其取值原则如下：①若有长期水文观测资料或历史水位记录时，浮力的计算可取历史最高水位；若无长期水文观测资料或历史水位记录时，可采用中水期最高稳定水位。②场地有承压水且承压水与潜水有水力联系时，应按承压水和潜水的混合最高水位计算。

三、基础设计

基础做为结构设计最重要的部分，基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例，往往也影响到整个项目的周期，且关系到建筑的安全。因此如何选择合理的基础形式对于保证安全节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。基础部分无疑是结构设计中最重要的部分，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失，这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析选择一个最优化的基础方案，能熟悉掌握规范，合理设计，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。地质报告要正确反映土层性质、地下水和土工试验情况，并结合设计要求，对地基作出正确评估，否则就会给设计人员造成分析、判断的错误。结合最近遇到的实际工程对基础设计中值得注意的问题进行探讨。

南宁某住宅小区，采用剪力墙结构，上部26层、地下室2层。场地内岩土层由素填土第四系土层和第三系强风化硅质岩组成，从上到下依次分述如下：

1）、素填土①层：平均厚1.30m～3m。

2）、粘土②层。该层中进行标贯试验平均8.7击/30cm；本层分布于整个场地，分布厚1.3～12.3m，原岩土工程勘察报告提供地基承载力特征值为fak=200KPa。

3） 粉质粘土③：本层分布于整个场地，层面埋深12.5m～26.2m，为砂质岩全风化残积形成。本层进行标贯试验平均12击/30cm，原岩土工程勘察报告提供地基承载力特征值为fak=230KPa。

4）强风化硅质岩④：岩体易破碎，取样成碎石、角砾、粗（砾）砂状态。该层层面埋深13m～45m，未钻穿该层厚，该层分布均匀，但层面起伏较大。地基承载力特征值fak=8000KPa，桩极限端阻力标准值qpk=2200Kpa。勘察单位拟建议采用钻孔灌注桩，以强风化硅质岩④作为桩端持力层，而不建议采用静压桩，原因是考虑到岩石起伏较大，岩石埋设较深。根据初步估算结果，由于桩端持力层承载力较低，桩属于端承摩擦桩，设计桩长为30米时，1米桩径单桩竖向承载力特征值仅为2500KN，不经济；由于场地岩面起伏大，不利于桩基的稳定，更不利于基础的沉降控制；且设计桩长较长，易产生崩孔现象，成桩难度大，不利于控制桩身质量；采用钻孔灌注桩施工工期较长，桩基施工时现场不文明，排浆困难，对环境有污染。

经过分析，当以粉质粘土③为持力层时，土面埋深为14米处，根据深度修正后承载力可达510Kpa，按平均每层17KN/㎡楼面折算荷载考虑则为30x17=510KN/㎡，刚好满足。后经方案研究选用预应力混凝土管桩（PHC桩），桩顶采用筏形承台，做为地基处理方案，全部选用直径400mm管桩，按桩长14米设计，初步设计单桩承载特征值为1000KN，桩距按1.4米考虑，则折算到每平米有效地基承载力特征值为1000/1.4/1.4=510.0KPa，满足承载力要求。采用此桩根据结构布置墙柱荷载分布调整桩疏密分布，桩顶与承台断开连接，桩顶设100mm厚砂垫层点式分布（即以各桩位中心点周边600mmx600mm范围设置，用素混凝土设挡边阻隔地下室水影响，防止砂流失），达到调节沉降作用，在主体完成时最大沉降观测点仅为12mm。由于使用小直径密桩布置，相比更节省了承台的配筋。合理的基础方案选取，不仅加快了施工速度、不影响周边环境，且在节省了工程造价的情况下，使结构更安全进一步降低了建筑的沉降差和沉降量。

结语

在今后的工作中，结构设计人员需要重新认识自己工作的重要性，明确自己的责任，提高对结构设计质量安全问题的辨别能力，能熟悉掌握规范，积累结构设计的工作经验，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。

参考文献

[1]建筑地基基础设计规范GB 50007—2011[S]

[2]建筑桩基技术规范JGJ94-2008[S]

[3]建筑结构荷载规范GB 5009-2012 [S]

[3]给排水工程构筑物结构设计规范GB50069-2002 [S]