国贸工程设计院
摘要：我国经济发展迅速，结构设计要求越来越高，人口众多的国家地上面积不够用，逐渐利用地下建筑，地下室建设越来越多。由于各地区的地势高低都不尽相同，所以每一栋建筑物的水位不同，各建筑物的结构设计层次也就不同，进而不同的水位深度对建筑物的浮力也不同。地下室的抗浮设计往往被忽视，其不良后果是地下室楼板出现拱形、底板裂缝、渗漏甚至地下室浮起、结构破坏等问题，很难处理，效果不佳。2004年，大庆地下购物中心建成后不久，由于水位上升，商场上浮了。2009年，哈尔滨工程大学耿永昌教授研究了这一现象，并提出了相应的解决方案。因此，地下室的抗浮问题必须引起我们的重视。随着时代发展，人们增加了对地下室的需要，也对其结构设计需求越来越高，越来越严格，地下室在整个建设项目的结构设计中的比率需要地下室随着对地下空间需求的不断增加，地下工程在整个建设项目中所占的比率将越来越大。地下室在结构设计过程中需要消耗很多材料，施工工期长，施工难度大，结构设计的质量将对整个工程的设计周期、工期和施工成本产生很大的影响。因此，每个设计师都应该重视地下室结构的设计，力求为企业获得最大的经济效益。本篇文章对地下室的结构设计进行描述，主要分析了抗浮抗震荷载。
关键词：地下室；抗浮；抗震；结构设计
一、地下室结构设计分为“一压二拉”抗浮措施
（1）压即为配重法。
通过增加地下室屋顶的覆岩和地下室楼板的抗压强度来平衡地下水浮力。我们知道，地下室的抗浮安全是由于结构的重量小于地下水，所以最直接的方法是增加结构的重量或增加结构的恒载，并利用底板的外伸部分来增加回填物的重量。例如，地下室屋顶上的覆盖层不仅可以增加建筑物的重量，而且还可以解决建筑绿化问题。此外，它还可以增加地板的重量，降低底板和梁的高度。然而，平衡重量法会增加地基埋深和水浮力。因此，在采用平衡重量法时，应考虑合理的地基深度。
（2）拉是指为平衡抗浮构件所提供的地下水浮力而安装的抗拔桩或锚杆。
（a）抗拔桩是利用桩侧阻力的一种抗浮作用。其抗浮能力受多种因素影响，如桩型、桩径、桩长及周围地质条件。单桩承载力越大，柱墙下的抗浮面积越大，对施工条件的影响越大，工程造价越高。如果常规布置下的桩基础不能满足抗浮的要求，就必须在抗浮地板下设置抗拔桩。抗拔桩的抗拔承载力应通过静载试验确定。
（b）抗拔锚杆是一种适用于地下室向上位移的各种桩型的通称。抗拔锚杆不同于普通的基桩，有其独特的性能。抗拔锚杆以其造价低、施工方便、受力合理等优点得到了广泛的应用。然而，由于在设计、建造和检测方面缺乏专业标准，执行工作有一些障碍，可将抗拔锚杆分割成固定的压力锚杆和非预应力的锚杆。一般锚杆只能在结构的底部开始移动，以方便承受用水、位移和移动水平低的地下建筑。预应力锚杆在地下建筑物内，使用高水位浮力和大规模移动。在结构设计实践中，只有一种抗基底浮力的方法往往加倍努力，耗材费力，通常采用这两种方式进行防浮设计，以达到经济上的合理性。
二、地下室荷载取值与抗浮
在计算地下室承载力时，土压力对地基承载力的影响是永久荷载效应，当变荷载效应组合时，土压力的荷载分量系数为1.2。在控制永久荷载效果时，“标准合并”值为1.35倍，可用作按规范计算的设计值的简化公式。在计算抗浮强度时，在计算顶部结构重量（减去梁、板、柱等）的重量时，上限系数应为0.95。在实际设计中，当顶部结构的重量不精确计算时，顶部结构自身重量的载荷截面系数应为0.9。地下室的外部地面压力必须是静态的地面压力。侧面压力系数也必须增加到地面上的活荷载。当地下室屋顶通过消防车时，应先将消防车的荷载分散到板上，然后按照规范中推荐的方法将其转换为等效均布荷载。地下水位及其变化是地下室抗浮设计的重要依据，应严格按照调查报告规定的防洪水位进行防浮验算。为了保证结构在抗浮水平下不发生局部破坏，不仅要进行整体的抗浮计算，还要对各柱、各墙进行局部抗浮计算。
三、几种主要的地下结构抗震设计方法
1、静力法。抗震作用是地震计算的等效静载荷。它通常用于地下管线和隧道截面的抗震设计。它以土压力和建筑物以及之上的上覆土层作为外力。该方法的缺点是不考虑土层和结构的振动特性及其相互关系。
2、反应位移法。20世纪70年代，日本学者们提出了一项关于在地下结构中采取抗地震反应的反应位移法。其原因是模拟现有的地面结构，以灵活的地基结构，地震时的位移被用作牢固的地基，以解决梁的压力和变形，进而计算地下结构。该方法的理论基础是地下结构在地震作用下的地面变形，而不是结构的惯性力。近年来，大多数地下结构，特别是地下管线，通过这种方法来用作抵御地震的设计方法。然而，这种方法把不正常的地震波的传播被认为是同一方向的、同一周期的地震波，这与现实相去甚远。此外，该方法仅适用于线性地下结构的地震研究，在大断面地下结构地震分析中需要进一步探讨、改进和修改。
3、动力反应分析法。它主要适用于结构形状复杂、地质条件复杂的地下结构地震反应分析。基于有限元理论，将地震记录直接输入结构模型，得到结构的动力响应。该方法不仅可以得到结构在地震作用下的最大反应，而且可以观察结构反应的全过程，为分析结构的弹塑性反应提供了可能。动力响应分析可分为两类：一是考虑土与结构的相互作用，二是不考虑土与结构的相互作用。前者将土体和结构视为一个由一定边界条件连接的整体系统，而后者则将自由场的地震位移响应作为相应的地震位移响应，而不考虑结构的存在性。该方法既考虑了地基土的具体特性，又考虑了结构的非线性，适用于任何类型的地下结构。缺点是应用不方便，很难得到规律的结论，需要通过实验或理论分析加以验证。
总结
随着城市化进程的加快，对地下空间的需求不断增加，地下工程在建设项目建设中所占的比重越来越大。地下室的设置不仅有利于地基土承载力的提高，而且对建筑物上部结构也是有利的。因此，有必要对地下室结构进行合理的设计。随着各类高层建筑的不断施工，高层建筑的抗震设计越来越受到人们的重视，但为了保证整个高层建筑的抗震能力，必须从地下室结构的设计入手。
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