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地下室顶板为什么要覆土一、前言随着城市建设规模的扩大，大地盘大地下室建筑越来越多。在施工图审查中，我们发现设计人员在抗浮设计、人防设计、建筑节能设计等技术措施方面各显神通，背离了相关的行业技术标准，存在一定的安全隐患。笔者倍感有些问题是该加以整理、归纳最终得以统一的，有些问题还得在实践中加以总结、提炼和再研究，现借此一角和大家进行一次探讨、学习。二、抗浮设计1、抗浮水位的确定抗浮水位分为：整体稳定的抗浮水位及结构设计的抗浮水位。规范规定，抗浮水位应由岩土工程勘察单位提供。《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）第4.1.11-6条，第4.1.13条，第7.1.1-5条以及《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）第11.4.11-3条均对抗浮水位作了规定。可见，抗浮水位的确是一个复杂的问题，抗浮水位的高低与地形、地下水类型、土质等多种因素相关，应综合多种因素分析确定，不能简单地取用勘察报告提供的勘察时的水位。（1）地下室基底位于含水层内，含水层有承压水存在时，抗浮水位应按照历史最高或丰水期最高承压水头计算。当承压水与潜水或上层滞水有水力联系时，应按二者的混合最高水位计算。（2）当建筑物所处所处场地地势低洼，场地有可能积水时，应按可能发生的积水标高计算。（3）一般情况下，出于安全考虑，在场地无积水的情况下，可取地面标高为抗浮水位标高。当场地地势高于周边地面时，可按设计年限内可能产生的最高地下水位或丰水期稳定水位计算。（4）当地下室四周的填土高度不一致时，抗浮设计应考虑地下水渗流在地下室底板产生的非均布荷载对地下室底板的影响。2、抗浮设计时，安全系数的取值《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）第3.2.5条规定：“基本组合时永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时，应取1.2；当其效应对结构有利时，且对结构的侵覆、滑移或漂浮验算时，应取0.9，可变荷载取分项系数，一般情况下应取1.4。”《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）第9.0.4条规定：“明挖法地下工程的结构自重应大于静水头造成的浮力，在自重不足时必须采用锚桩或其他措施。抗浮力安全系数应大于1.05～1.1，施工期间应采取有效的抗浮力措施。”《全国民用建筑工程设计技术措施》第2.5.3条规定：“水位不急剧变化的水压力按永久荷载考虑；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑。”综上所述，对水位稳定的地下水压力可按永久荷载考虑，其抗浮稳定安全系数：①对于明控法施工阶段，应大于1.05～1.1；②使用阶段，应不小于1.2/0.9=1.33。而对于水位急剧变化的地下水压力应按可变荷载考虑，抗浮稳定系数应不小于1.4/0.9=1.56。三、人防设计1、底板设计（1）结构布置：通常情况底板可布置成梁板式筏基、倒置的无梁楼盖或独立柱基础加防水板等形式。《建筑地基基础技术规范》第11.4.9条规定：“地下室底板与基础设计在一起时，宜使底板与基础面平。当板底水土压力很大时，应根据上部结构柱或墙的位置设置底板地梁。”（2）底板的强度设计及抗裂验算在抗浮整体及局部稳定得到保证的前提下，才能进行构件的强度设计和抗裂验算。根据《建筑地基基础规范》（DB42/242-2003）第11.4.10条及《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）第4.9.3条，第4.10.1条相关规定进行。（3）荷载组合系数①采用桩基时：作用荷载＝水浮力＋人防荷载；②采用天然地基时：作用荷载＝基底反力＋人防荷载（基底土反力中不计顶板上人防、消防车引起的反力）；2、顶板设计（1）结构布置：根据柱网尺寸，顶板可布置成单向板、双向板或无梁楼盖体系。（2）荷载组合①平时组合：作用荷载＝覆土＋板自重＋活载②战时组合：作用荷载＝覆土＋板自重＋人防荷载③偶然组合：作用荷载＝覆土＋板自重＋消防车荷载（3）内力计算：内力计算应根据GB50038-2005第4.10.2条进行。计算时应注意以下问题：①一般内力计算时采用弹性方法，人防设计时可采用弹塑性方法；②人防、消防车荷载，荷载分项系数γd＝1.0，其中消防车荷载尚应根据覆土厚度进行折减；③人防荷载截面设计时，材料强度设计值应考虑综合调整系数γd。3、侧墙设计（1）荷载及组合，应根据GB50038-2005第4.9.3,第4.10.2条进行。其中的荷载分解如下：①土压力应按静止土压力计算，Ks＝0.5，σc＝Ks.rc.h②水压力：σc＝rw.h③地面附加载σ＝Ks.p，一般情况下，当室外不堆放材料，也不停放车辆或所停车辆仅为轻型小汽车时，可取σ＝5KN/M2④人防荷载按GB50038-2005第4.8.1条～第4.8.4条规定执行（2）抗裂验算在正常使用极限状态下，平时组合时构件裂缝宽度[W]≤0.2mm，裂缝宽度建议不采用软件程序计算（目前软件计算的裂缝宽度多数是不真实的），在采用手算方法时可考虑一些有利因素，但侧墙的保护层厚度建议取30mm（或40mm）；不宜取50mm。四、建筑节能设计在国家行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中JGJ134-2001第4.0.8条表4.0.8中规定了底部架空楼板传热系数K≤1.5。我们江苏省根据本省的气候特点根据行业标准制定了《江苏省民用建筑热环境与节能设计标准》（DB32/478-2001），其中第5.6.1,第5.6.2及5.6.3条明确规定了居住建筑地下室顶板的传热阻值。需要补充的是：如果居住建筑为全埋地下室，则本省标准是允许夏热冬冷地下室顶板不做节能措施的。在国家标准《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）第4.2.2条，表4.2.6中规定了寒冷地区室内地面及周边地面的热阻限值为1.5，夏热冬冷地区热阻值为1.2。针对该条文，我们曾召集我市建筑专业审查专家代表进行了讨论，意见如下：1、寒冷地区应严格执行条文，但对夏热冬冷地区可适当放宽；2、针对南京这样的夏热冬冷城市，若地下室仅作为停车、设备用房，并不使用空调时，可仅在地下室顶板采取保温隔热措施，并满足K≥1.2要求。但若地下室为商场、娱乐等使用功能的场所，应在该层的底板采取节能措施，侧墙也应达到相应标准规定。五、值得研究的问题1、超长地下室设缝的问题有些工程为了使用上的需要，底部需要超长结构，上部设计成多塔楼，或整栋建筑均为超长结构，对超长结构部分设置1～2道施工后浇带，未采用其他有效防裂措施。对此，在《混凝土结构设计规范中》中有明确的说明，在砼强度等级不断提高的情况下，则它在凝固过程中混凝土体积收缩也呈增大趋势。为了减少凝固过程混凝土收缩的不利影响，常采用后浇带的方法来解决，此时伸缩缝的间距可适当增大。但必须注意，后浇带不能取代伸缩缝，更不能解决温度应力或不均匀沉降引起的砼拉应力产生的开裂问题。目前，我市未设缝全埋地下室，通过结构加强，预应力等措施结构长度已经突破200m，但因未设缝时砼应力除受结构本身长度、平面刚度影响外，受外界环境影响也较大，故设计时如无可靠经验，应谨慎视之。2、什么情况下可不考虑水浮力的作用这个问题，国家标准及行业标准未做明确规定。《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）第11.4.11-1条，第11.4-2条中规定：“施工期间应采取可靠措施，防止基坑内积水。使用中应采取措施防止场地积水。”，“地下建筑物埋于不透水层，周边填土密实的不透水土，当场地无积水时，可不考虑水的浮力作用。”上述条文的内涵是地下建筑物周边的水不能渗入基底，地面的水也不能渗入基底，地下建筑物还要埋于不透水层，即做到地下建筑物完全埋置于无水的土层中，方可不考虑水的浮力作用。我市明发集团在建的商业广场（共8幢单体，大地盘地下室）是采用的以上基础，地下室地板下先是埋设了“疏水管网”。后经专家论证，同意此设计，但对其管网设置，地下室周边回填均提出了要求。当然，要满足以上规范的限制条件，施工要求也是比较高的。人防地下室顶板为什么存在结构不利覆土厚度？由于土中压缩波随传播距离的增加峰值压力减小，升压时间增长，其效果是随深度的增加结构的动力作用逐渐降低。另一方面，当压缩波遇到结构顶板时，将会产生反射压缩波并朝反向传播，当它到达自由地表面时，因地表无阻挡面使土体趋向疏松，形成向下传播的拉伸波。拉伸波所到之处压力将迅速降低，当拉伸波传到顶板时，顶板压力也将随之减小。如果顶板埋置较深，拉伸波到达时间较晚，在此之前结构顶板可能已达到最大变形，因而拉伸波不能起到卸荷作用；如果顶板埋深很浅，由于拉伸波产生的卸荷作用，将会抵消大部分入射波在顶板上形成的反射作用。根据以上多种影响因素综合考虑，承受压缩波作用的土中浅埋结构，会有一个顶板不利覆土厚度。通过试验分析，其不利覆土厚度的大小，主要与地面超压值、结构自振频率以及结构允许延性比等因素有关