有关地下室地板的防水板设计分析
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[摘要]：对于地下室底板仅作为防水板时，看似简单，但由于现在的小区一般都有面积较大的车库，而在计算时，有不少设计者存在误解或计算方法不对，导致有的浪费极大，有的则存在安全隐患。本文就以上问题进行简单归纳、整理，以供参考。
[关键词]：地下室 防水板 水浮力 荷载 裂缝 保护层 暗梁
地下室底板，一般可用倒楼盖法计算。对于正向荷载，即平常使用荷载或面层等恒荷载当板下土质较好时大多由板下土质承受，而不必计算板的承载力。只有当该底板下的土受扰动且未经夯实处理处于虚土状态时，才要验算。此时要注意不仅正反向要计算，在配筋及构造要求时，上下钢筋在任何位置都有可能受拉，故其搭接及截断都要求按受拉处理。由于这种情况较少，且在计算方法上并无特殊之处，本文以下仅对反向荷载即水浮力计算进行论述。
梁板结构：
这种底板相对简单，采用倒楼盖法，按一层输入后，即可得出弯矩及配筋值。需要提及的是，一般只有正向配筋即上部钢筋是准确的，下部支座钢筋则要根据标准弯矩值进行裂缝验算后得到。通常如果裂缝最大值控制在0.2mm以内时，其配筋结果要比按强度计算大1/4~1/3之多。另外支座处宜考虑承台的影响，不少论文对此有详细的讨论，这里不再另述。
无梁结构：
用倒楼盖法计算时，可归为板柱结构，按【4】中规定：“计算中纵向和横向每个方向的等代框架均应承担全部作用荷载”。故较多的设计者是沿某方向取出某局部五跨，利用程序（如理正等）计算。虽然是可以的，但由于现在的地下室越做越大，越做越复杂，有时即使选了很多局部，仍很难包住所有情况，更何况这样即不直观也不方便。这样自然而然地想到，可否用平面整体按有梁（如虚梁或等代梁）的方式一次输入，一次输出呢？
如直接用净反力输入，在荷载导入方式中要按单向板的方式导算。这样可以分水平方向和竖直方向，否则得出的内力肯定是错的且偏小较多。那能否按双向板但荷载乘以两倍的关系输入呢？这种结果却比正确输入的结果要偏大。以下是某工程用几种方法计算得出的结果。（基本条件：柱网8×8m，净反力20KN/m2）
采用两倍荷载输入的方式，其差异其实就是均布荷载与三角形荷载在相同情况下产生的荷载有差异所造成的。以一根5等跨连续梁为例，如下图，其总荷载是不变的，每跨都是QL，但产生的弯矩却是不同，对中间支座弯矩，三角形荷载产生的弯矩为-0.098QL，而均布荷载产生的弯矩为-0.079QL，相差1.24倍。而跨中弯矩对中间支座而言，三角形荷载产生的弯矩为0.068QL，均布荷载产生的弯矩为0.046QL，相差1.48倍。与上述例题比较接近。故按反过来计算，如要求等效弯矩，可以把荷载Q×2÷1.24输入以求支座弯矩；按荷载Q×2÷1.48输入以求跨中弯矩。根据笔者试算，对于不等跨及非正方形板都可按此方法计算，且误差较小，用于工程设计完全符合要求。这种方法要比每次每块板都要修改导荷方式方便不少。对于边跨，一般都有外墙当支座，故按上述计算实际要比按理正等取单向计算更符合实际情况。
其实规范上的规定是一种近似方法，这主要是基于无计算机时只能通过手计算的简化办法。按照实际荷载受力方向和实际受力情况，笔者倒认为应当按一倍荷载输入更正确，这与目前用有限元计算的结果比较吻合。这就产生了一个新问题，用无梁体系比用有梁体系在一般情况下要省很多。原因在于正常的梁板结构荷载用了两次，一次是计算板配筋，另一次是板荷载再在平面上分给梁，无形中又用了一次荷载。在无梁体系中，在平面中荷载仅用一次，而且其值不变。故对于正常的梁板结构，实际上可以考虑共同作用，而不应独立分离出来，这样才符合真实受力情况，且更经济。
在用倒楼盖法输入时，有几项需要注意：当用等代框架输入时，其混凝土容重应按0输入或用净反力再扣去梁自重后再输入；对稳定水位，宜按恒载输入，且计算强度时其分项系数应用1.35；如是变化的水位，可按活荷载输入，但不应考虑活荷载的不利布置。以上不管用恒载、活载，其乘以分项系数后其水位反算值不应超过室外地面。
对于保护层的取值，混凝土规范对基础等的保护层有明确规定：有垫层时，不能小于40mm。一般设计人员在无其它资料作参考时，对防水板的钢筋保护层也按此取。有的甚至按《地下工程防水技术规范》（以下简称防水规范）里规定的50mm取，笔者个人认为不妥。规范实际上是对构件尺寸较大的如承台、独立基础、箱筏基础等的保护层作此规定的，原因是这些本身属于主体受力构件，且一般尺寸均较大，保护层取大些对受力本身影响不大，还能对钢筋起有利的保护作用。而防水规范实际主要针对的是地下工程，如隧道、地铁、人防工程等，这类工程不少要穿山越岭，各种有腐蚀性的土质都有可能接触，且一般构件均较大，少则500～800mm，多则1000~2000mm，对于50mm的保护层确有必要且影响又少。而民用住宅的车库等，基本不存在上述因素。因此一般的地下室外墙可按《砼规范》8.2.2条当对地下室墙体采取可靠的建筑防水或防护措施时，与土接触一侧钢筋的保护层厚度可适当减少，但不应小于25mm。事实上对于墙体拉结筋由于保护层小而导致漏水的工程并不多见，且也有较成熟的施工经验。倒是有不少因保护层过大或因混凝土等级高而引起墙体水化热过大等原因导致墙体开裂的工程。
对于地下室防水板是否要设暗梁也是有争议的。在国家统一技术规定中规定：当地下室底板厚不小于350mm时，可以不设梁，但要设暗梁，按此规定，要想做成无梁底板，则板厚至少要到350mm，且还要设暗梁。笔者认为此规定不适用于所有情况。桩基设梁的本意是无地下室时为抵抗柱下弯矩或协调基础沉降变形而设的。
参考规范和文献:
混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)
建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）
建筑地基基础设计规范（DBJ15-31-2003）
全国民用建筑工程设计技术措施（2003，结构）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。