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摘要：随着现代人防工程、物流储备、泊车需要等，大多数建筑通常都设计建筑了地下室，地下室和地上建筑均连成一个整体，地下室的设计关系着整个建筑的稳固与抗震等功能，笔者本文就地下室的补偿性设计概念、抗浮设计及基础性设计几个问题谈谈自己的几点心得，和同仁共商榷。
关键词：地下室；补偿性设计；地下室设计；地下建筑
地下室是当前建筑中通常施工和建造的底层基础建设工程，地下室建筑设计事关整个建筑的质量和稳固，我们不妨将一艘航空母舰看成是一幢建筑物，我们会惊讶地发现该建筑物竟然可以建造在毫无抗剪强度的海水之中。船体之所以不会沉没，是因为船甲板以下有足够的空间，船体的重量被其所排开的水的重量置换了。可见地下室的设计对整个建筑物的稳定性具有直接的关键作用，地下室的设计涉及到一个地基基础的补偿性问题，抗浮设计及基础性设计几个问题，下面本文将一一论述。
1 地基基础的补偿性设计概念
在软弱地基上建造采用箱形或筏形基础的高层建筑时，常常会遇到地基承载力或地基沉降不满足要求的情况。采用补偿性基础设计是解决这一问题的有效途径之一。同样，只要把建筑物的基础或地下部分做成中空、封闭的形式，那么被挖去的土重就可以用来补偿上部结构的部分甚至全部重量。这样，即使地基土非常软弱，地基的稳定性和沉降也都很容易得到保证。按照上述原理进行的地基基础设计，可称为补偿性基础设计，这样的基础称为补偿性基础。当基底实际平均压力(已扣除水的浮力)等于基底平面处土的自重应力时，称全补偿性基础；小于自重应力，称超补偿性基础；大于自重应力为欠补偿性基础。箱形基础和具有地下室的筏形基础是常见的补偿性基础类型。
虽然补偿性基础设计使得基底附加压力大为减小，从而使由基底附加压力产生的地基沉降大大减小，但基础仍然存在沉降问题。因为在深基坑开挖过程中所产生的坑底回弹及随后建筑基础和上部结构的再加负载可能引起显著的沉降。坑底的回弹是在开挖过程中连续、迅速发生的，因而无法完全避免，但如果减少应力的解除量(即减少地基土的膨胀)，则在施加荷载后沉降将显著减小。为了尽量减少应力的解除，可以设法用建筑物的重量不断替换被挖除的土体重量，以保持地基内的应力状态不变。
L·齐瓦特(Zeevaert)在墨西哥的著名高压缩性土地基上建造补偿性箱形基础时，运用了一种旨在尽可能减少应力解除的特殊施工方法，该法最大的特点是基坑的分阶段开挖和荷载的逐步替换。施工顺序如下：在第一阶段，基坑只开挖到预定总深度的一半左右，这样可以减少坑底回弹，同时也有利于坑底土体的稳定。为了进一步减少应力解除，还可以在基坑内布置深井进行抽水，以便大幅度降低地下水位，使地基中的有效自重压力增加。第二阶段的开挖，采用重量逐步置换法。即按照箱基隔墙的位置逐个开挖基槽，到达基底标高后，在槽内浇筑钢筋混凝土隔墙，让墙体的重量及时代替挖除的土重。接着建造一部分上部结构，然后次第挖去墙间的土并浇捣底板，形成封闭空格后，立即充水加压。基坑开挖时还需注意避免长时间浸水，开挖后应及时修建基础，因为应力的解除会导致土中粘土颗粒表面的结合水膜增厚，使土体体积膨胀、坑底隆起，加剧基础的沉降。
2 地下室的抗浮设计
在在地下室底板(箱基底板或筏板)完工后，上部结构底下几层完工前这一期间，如果可能出现地下水位高出底板底面标高很多的情况，必须对地下室的抗浮稳定性和底板强度进行验算。(1)地下室的抗浮稳定性验算地下室的整体抗浮稳定性安全系数K应符合下式要求：
K=Gk≥1．5
FW
式中：GK一一地下室及已建上部结构自重；
FW——地下水对地下室的浮托力，FW=rwhwA；
hW——地下水位至底板底面的距离，地下水位取施工期间可能出现的最高水位，必要时也可取室外地面标高；
A——地下室水平投影面积。此外，还需考虑自重Gt与浮力F。作用点是否基本重合。如果偏心过大，可能会出现地下室一侧上抬的情况。
当K不能得到满足时，可采用如下措施以提高地下室的抗浮稳定：①尽快施工上部结构，增大自重；②在箱格内充水，在地下室底板上堆砂石等重物或在顶板上覆土，作为平衡浮力的临时措施；③将底板沿地下室外墙向外延伸，利用其上的填土压力来平衡浮力；④在底板下设置抗拔桩或抗拔锚杆，当基坑周围有支护桩(墙)时，可将其作为抗拔桩来加以利用。(2)底板强度验算地下室在施工期间，须确保其底板在地下水浮力作用下具有足够的强度和刚度，并满足抗裂要求。地下室底板在使用期间通常是按倒楼盖法进行内力分析的，但在施工期间，由于上部结构尚未建造，或上部结构已建造但其刚度尚未形成，故底板的内力计算不能按倒楼盖法进行，应结合具体情况选择合适的计算简图。如果底板的截面尺寸过大或配筋过多，可考虑在底板下设置抗拔锚杆或抗拔桩以改变底板的受力状态。3．后浇带的设置：地下室一般均属于大体积钢筋混凝土结构。为避免大体积混凝土因收缩而开裂，当地下室长度超过40m时，宜设置贯通顶、底板和内外墙的后浇施工缝，缝宽不宜小于800mm，且缝内的钢筋必须贯通。为减少高层建筑主楼与裙房间的沉降差异，施工时通常在裙房一侧设置后浇带，后浇带的位置宜设在距主楼边柱的第二跨内。后浇带混凝土宜根据实测沉降值，并在计算后期沉降差能满足设计要求后方可进行浇筑。后浇带的处理方法与施工缝相同。施工缝与后浇带的防水处理要与整片基础同时做好，并要采取必要的保护措施，以防止施工时损坏。
3 地下室基础性设注意事项
高层建筑高度大、重量大，在水平力作用下有较大的倾覆力矩与剪力，对基础及地基的要求较高。高层建筑结构宜设置地下室形成补偿性基础来降低地基附加压力。下面给出地下室基础设计的一般原则。
1）上部结构的特点是选择基础设计方案的重要因素。基础设计时要把地基、基础和上部结构当成一个整体来考虑：当上部结构刚度和整体性较差，地基软弱，且不均匀时，基础刚度应适当加强；当上部结构刚度和整体性较好，荷载分布较均匀，地基也比较坚硬时，则基础刚度可适当放宽。
2）一般情况下，地基的土质均匀、承载力高、沉降量小时，可以采取天然地基和竖向刚度较小的基础；反之，则应采用人工地基或竖向刚度较大的整体式基础。
3）当采用桩基时，应尽可能采用单根、单排大直径桩或扩底墩，使上部结构的荷载直接由柱或墙传至桩顶；基础底板因受力很小而可以做得较薄，如果采用多根或多排小直径桩，基础底板就会受到较大弯矩和剪力，从而使板厚增大。4减少地震作用对上部结构的影响。震害调查表明：有地下室的建筑物震害明显减轻。同一结构单元应全部设置地下室，不宜采用部分地下室，且地下室应当有相同的埋深。
参考文献
[1]马国祝，建筑工程施工图审查常见问题详解——建筑专业[M]机械工业出版社,2010
[2]黄世敏，杨沈:建筑避震与设计对策[M]中国计划出版社2009.11
[3]张建勋，基础工程[M]高等教育出版社2009.01
关键词：地下室；补偿性设计；地下室设计；地下建筑
地下室是当前建筑中通常施工和建造的底层基础建设工程，地下室建筑设计事关整个建筑的质量和稳固，我们不妨将一艘航空母舰看成是一幢建筑物，我们会惊讶地发现该建筑物竟然可以建造在毫无抗剪强度的海水之中。船体之所以不会沉没，是因为船甲板以下有足够的空间，船体的重量被其所排开的水的重量置换了。可见地下室的设计对整个建筑物的稳定性具有直接的关键作用，地下室的设计涉及到一个地基基础的补偿性问题，抗浮设计及基础性设计几个问题，下面本文将一一论述。
1 地基基础的补偿性设计概念
在软弱地基上建造采用箱形或筏形基础的高层建筑时，常常会遇到地基承载力或地基沉降不满足要求的情况。采用补偿性基础设计是解决这一问题的有效途径之一。同样，只要把建筑物的基础或地下部分做成中空、封闭的形式，那么被挖去的土重就可以用来补偿上部结构的部分甚至全部重量。这样，即使地基土非常软弱，地基的稳定性和沉降也都很容易得到保证。按照上述原理进行的地基基础设计，可称为补偿性基础设计，这样的基础称为补偿性基础。当基底实际平均压力(已扣除水的浮力)等于基底平面处土的自重应力时，称全补偿性基础；小于自重应力，称超补偿性基础；大于自重应力为欠补偿性基础。箱形基础和具有地下室的筏形基础是常见的补偿性基础类型。
虽然补偿性基础设计使得基底附加压力大为减小，从而使由基底附加压力产生的地基沉降大大减小，但基础仍然存在沉降问题。因为在深基坑开挖过程中所产生的坑底回弹及随后建筑基础和上部结构的再加负载可能引起显著的沉降。坑底的回弹是在开挖过程中连续、迅速发生的，因而无法完全避免，但如果减少应力的解除量(即减少地基土的膨胀)，则在施加荷载后沉降将显著减小。为了尽量减少应力的解除，可以设法用建筑物的重量不断替换被挖除的土体重量，以保持地基内的应力状态不变。
L·齐瓦特(Zeevaert)在墨西哥的著名高压缩性土地基上建造补偿性箱形基础时，运用了一种旨在尽可能减少应力解除的特殊施工方法，该法最大的特点是基坑的分阶段开挖和荷载的逐步替换。施工顺序如下：在第一阶段，基坑只开挖到预定总深度的一半左右，这样可以减少坑底回弹，同时也有利于坑底土体的稳定。为了进一步减少应力解除，还可以在基坑内布置深井进行抽水，以便大幅度降低地下水位，使地基中的有效自重压力增加。第二阶段的开挖，采用重量逐步置换法。即按照箱基隔墙的位置逐个开挖基槽，到达基底标高后，在槽内浇筑钢筋混凝土隔墙，让墙体的重量及时代替挖除的土重。接着建造一部分上部结构，然后次第挖去墙间的土并浇捣底板，形成封闭空格后，立即充水加压。基坑开挖时还需注意避免长时间浸水，开挖后应及时修建基础，因为应力的解除会导致土中粘土颗粒表面的结合水膜增厚，使土体体积膨胀、坑底隆起，加剧基础的沉降。
2 地下室的抗浮设计
在在地下室底板(箱基底板或筏板)完工后，上部结构底下几层完工前这一期间，如果可能出现地下水位高出底板底面标高很多的情况，必须对地下室的抗浮稳定性和底板强度进行验算。(1)地下室的抗浮稳定性验算地下室的整体抗浮稳定性安全系数K应符合下式要求：
K=Gk≥1．5
FW
式中：GK一一地下室及已建上部结构自重；
FW——地下水对地下室的浮托力，FW=rwhwA；
hW——地下水位至底板底面的距离，地下水位取施工期间可能出现的最高水位，必要时也可取室外地面标高；
A——地下室水平投影面积。此外，还需考虑自重Gt与浮力F。作用点是否基本重合。如果偏心过大，可能会出现地下室一侧上抬的情况。
当K不能得到满足时，可采用如下措施以提高地下室的抗浮稳定：①尽快施工上部结构，增大自重；②在箱格内充水，在地下室底板上堆砂石等重物或在顶板上覆土，作为平衡浮力的临时措施；③将底板沿地下室外墙向外延伸，利用其上的填土压力来平衡浮力；④在底板下设置抗拔桩或抗拔锚杆，当基坑周围有支护桩(墙)时，可将其作为抗拔桩来加以利用。(2)底板强度验算地下室在施工期间，须确保其底板在地下水浮力作用下具有足够的强度和刚度，并满足抗裂要求。地下室底板在使用期间通常是按倒楼盖法进行内力分析的，但在施工期间，由于上部结构尚未建造，或上部结构已建造但其刚度尚未形成，故底板的内力计算不能按倒楼盖法进行，应结合具体情况选择合适的计算简图。如果底板的截面尺寸过大或配筋过多，可考虑在底板下设置抗拔锚杆或抗拔桩以改变底板的受力状态。3．后浇带的设置：地下室一般均属于大体积钢筋混凝土结构。为避免大体积混凝土因收缩而开裂，当地下室长度超过40m时，宜设置贯通顶、底板和内外墙的后浇施工缝，缝宽不宜小于800mm，且缝内的钢筋必须贯通。为减少高层建筑主楼与裙房间的沉降差异，施工时通常在裙房一侧设置后浇带，后浇带的位置宜设在距主楼边柱的第二跨内。后浇带混凝土宜根据实测沉降值，并在计算后期沉降差能满足设计要求后方可进行浇筑。后浇带的处理方法与施工缝相同。施工缝与后浇带的防水处理要与整片基础同时做好，并要采取必要的保护措施，以防止施工时损坏。
3 地下室基础性设注意事项
高层建筑高度大、重量大，在水平力作用下有较大的倾覆力矩与剪力，对基础及地基的要求较高。高层建筑结构宜设置地下室形成补偿性基础来降低地基附加压力。下面给出地下室基础设计的一般原则。
1）上部结构的特点是选择基础设计方案的重要因素。基础设计时要把地基、基础和上部结构当成一个整体来考虑：当上部结构刚度和整体性较差，地基软弱，且不均匀时，基础刚度应适当加强；当上部结构刚度和整体性较好，荷载分布较均匀，地基也比较坚硬时，则基础刚度可适当放宽。
2）一般情况下，地基的土质均匀、承载力高、沉降量小时，可以采取天然地基和竖向刚度较小的基础；反之，则应采用人工地基或竖向刚度较大的整体式基础。
3）当采用桩基时，应尽可能采用单根、单排大直径桩或扩底墩，使上部结构的荷载直接由柱或墙传至桩顶；基础底板因受力很小而可以做得较薄，如果采用多根或多排小直径桩，基础底板就会受到较大弯矩和剪力，从而使板厚增大。4减少地震作用对上部结构的影响。震害调查表明：有地下室的建筑物震害明显减轻。同一结构单元应全部设置地下室，不宜采用部分地下室，且地下室应当有相同的埋深。
参考文献
[1]马国祝，建筑工程施工图审查常见问题详解——建筑专业[M]机械工业出版社,2010
[2]黄世敏，杨沈:建筑避震与设计对策[M]中国计划出版社2009.11
[3]张建勋，基础工程[M]高等教育出版社2009.01