周 燕
（西安建筑科技大学建筑设计研究院珠海分院，广东，珠海，519000）
【摘 要】现实生活中，拥有地下室的建筑已普遍存在。同时，随着城镇化的推进，城市人口的逐渐增多，然而与此相对应的是城市建筑用地紧张，故越来越多的建筑和城市交通有着向地下发展的趋势。故对于建筑来说，地下室已成必不可少的部分。因地下工程的复杂性，对结构设计的要求较高，结构工程师在满足其使用功能的前提下，更要做到安全、经济、合理。
【关键词】地下室；抗浮；因地制宜；无梁楼盖
地下室由于设置于地表之下，其与地上结构最大的区别就是要承受地下水浮力。计算水浮力的前提及关键是抗浮水位的取值，根据现行的规范和有关资料，抗浮水位确定原则基本有：
a）当有长期水位观测资料时，抗浮设防水位可采用取长期水位观测资料的最高水位；
b）当无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌，地下水补给，排泄条件等因素综合确定；
c）江、河、库岸边的建筑，存在滤水层时，抗浮设防水位可按设计使用年限内最高洪水位确定；
d）降水较多经常发生街道浸水的场地，抗浮水位可取室外地坪标高。
地下水浮力和抵抗力分项系数的确定可根据《建筑结构荷载规范》中第3.2.5条规定 “结构自重作为抵抗浮力的永久荷载，其效应对结构有力，分项系数γG 取1.0”。并同时根据《工程结构可靠性设计统一标准》的规定 “水位基本不变时水压力按永久荷载考虑，水位变化的水压力按可变荷载考虑”。
在完成了水浮力的计算后，正常情况下，我们对待水浮力都是被动的去取值计算，“一压一拉”在实际工程设计中较为普遍，“压”即为配重法，增加永久荷载的结构自重，比如地下室顶板覆土、地下室底板的配重等来平衡水浮力；“拉”即为设置抗拔桩或抗拔锚杆，以抗浮构件提供的抗拔力平衡地下水浮力。
本文中作者提出结构工程师更多的应在建筑设计初期同建筑设计师共同讨论结构形式，积极讨论地下室的坡度、埋深等，从结构设计方面主动提出地下室的设计方案，从而使地下室设计初期即做到安全、经济、合理使用。下面通过其多年从事沿海地区建筑结构设计，列举三例较为典型建筑，阐述了其在结构设计过程中对于地下室设计的一些见解，为其它类似结构设计提供参考。
一、地下室就地势走向设置
某工程依山而建一层地下车库，设计初期地下停车库底板处于同一平面，采用建筑找坡，无结构找坡，故随着地势的上升，地下室顶板的覆土也同时上升，最厚的覆土多达3米多深，这样的结果导致地下水浮力较大，基坑开挖较深，顶板覆土较厚，整体地下室经济性能差；后经方案讨论，结构工程师提出应因地制宜，采用结构找坡（图一），整个地下室采用2%坡度，使地下室始终保持统一层高。此方案为地下室顶板覆土始终保持为1.5米，减少地下室水浮力，减少了基坑开挖深度。此方案提出后，建设方立刻接受，大大节省了工程费用。
通过这个案例，说明地下室设计时，应明确掌握此建筑地形特点、周围环境，因地制宜，主动寻找对结构设计有利因素，使地下室设计更为合理、经济。
图一 某地下室结构找坡剖面图
二、主动改变结构形式
此建筑为地上26层住宅，地下两层地下停车库。设计初期，建设方即要求最大程度节省建设费用。结构工程师反复验算，使其地上建筑做到结构最为合理。对于地下室，地下室顶板覆土为定值，地下二层顶需走消防管、通风管、水电管等，考虑到此类管均布置于梁底，如做梁板式结构，梁高最小做到800mm，再加管线高度，使地下二层层高增加。故为降低地下二层层高，结构工程师提出其二层顶只为停车使用，使用荷载较小，且柱网较为整齐，地下二层顶可做无梁楼盖，其楼板厚度为300mm（图二），减小500 mm的地下室高度，大大降低了地下室的抗浮水位，同时减小了地下室的开挖量，降低了基坑的深度。
图二 无梁楼盖柱帽做法
三、阶梯计算水浮力
某建筑正面为一层地下室，其后部为三层地下室，中间部分依次由一层地下室过度到三层地下室（图三）。此工程水浮力取值为设计重点，如单纯的按正面考虑一层地下室的水浮力，会导致建筑后部三层地下室的水浮力不够，但如考虑后部三层抗浮水位，致使前部一层地下室抗浮水位过高，造成浪费。故结构工程师考虑到坡地建筑的特点，三层地下室面水浮力为最大，周边道路坡度为5%坡度，地下水依据根据建筑周边地形，也采用5%坡度，对地下室各部位采用阶梯抗浮水位，分段部位取本段最高水头进行地下室抗浮计算。
图三 某建筑立面图
根据此建筑勘察报告丰水期地下水位标高为6.88 m ~12.61m，计算出最高水位深度H=6.4m（计算方法：±0.000标高对应高程为11.0m，地下室层高4.3m，故地下室底板顶标高为6.700，地下室底板厚度为0.5m，故地下室水位计算深度为12.61-6.7+0.5＝6.41m）。最低水位计算深度H=3.2m（计算方法：±0.000标高对应高程为11.0m，室外最低点高程为9.4m，地下室底板厚度为0.5m，故地下室水位计算深度为4.3-(11-9.4)+0.5＝3.2m）。因此地形北高南低，水位同地形基本一致，成5%左右的坡度，故在图中M轴以下向南按最低水位深度3.2m计算，图中M轴以上向北按最高水位深度6.41m线性取值，M轴~N轴约为4.4 m， N轴~P轴约为5.1m，P轴~S轴约为5.9m，S轴以北为6.4 m。
3.2m水浮力F1＝γ0×H＝9.8×3.2＝31.36kN/m2
4.4m水浮力F2＝γ0×H＝9.8×4.4＝43.12kN/m2
5.1m水浮力F3＝γ0×H＝9.8×5.1＝49.98kN/m2
5.9m水浮力F4＝γ0×H＝9.8×5.9＝57.82kN/m2
6.4m水浮力F5＝γ0×H＝9.8×6.4＝62.72kN/m2
通过以上计算，结构工程师根据不同的建筑部位采用不同的抗浮水位，并合理的布置抗浮构件，使此建筑的地下室结构设计做到更为安全、经济。
结语：
水浮力为地下室设计的关键，尤其对于东南沿海地区，地下水水位接近地坪。如果能合理利用场地，选择适当的结构形式，并选取合理的地下水位，对整个结构的抗浮设计会更为安全、经济。
参考文献：
[1]GB50009-2012，《建筑结构荷载规范》[S]
[2]GB50153-2008，《工程结构可靠性设计统一标准》[S]
[3]GB50007-2002，《建筑地基基础设计规范》[S]
论文作者:周燕
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年4月总第209期
论文发表时间:2016/6/13
标签：地下室论文; 浮力论文; 水位论文; 结构论文; 建筑论文; 浮水论文; 荷载论文; 《工程建设标准化》2016年4月总第209期论文;