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        淺談地下室底板抗浮設(shè)計(jì)

        2012-06-04 01:30:46李春慶
        城市建設(shè)理論研究 2012年13期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        李春慶

        摘要:隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市建設(shè)用地也相對(duì)緊張,因此,地下工程的建設(shè)也非常廣泛。在地下工程的設(shè)計(jì)最常見的是抗浮設(shè)計(jì)問題,一旦處理不當(dāng)將直接影響建筑的安全性。本文結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)地下室的抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行探討,對(duì)地下室抗浮計(jì)算和方案制定中應(yīng)該注意的問題做一歸納總結(jié),供設(shè)計(jì)人員參考。

        關(guān)鍵詞:地下室底板;抗浮計(jì)算;荷載計(jì)算;抗浮方案;設(shè)計(jì)

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng),城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大,城市建設(shè)用地相對(duì)緊張,建筑物朝著高、大、深、重的方向發(fā)展,為了滿足需要,地下車庫(kù)、地下室的開發(fā)和利用越來越多。地下室等地下建筑不得不面臨的問題就是地下結(jié)構(gòu)物的防水與抗浮問題,埋深較大的地下室抗浮問題就顯得尤為重要。因?yàn)楦×Φ拇嬖?會(huì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,地下建筑物整體不均勻浮起,導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)處開裂和底板破壞以及建筑物的傾斜等,如不進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì),將給結(jié)構(gòu)留下安全隱患。因此,如何解決地下室的抗浮問題引起工程師的廣泛關(guān)注。

        1 工程概況

        某建筑工程,地上17層,地下1層,建筑總高度為52.0m,采用框剪結(jié)構(gòu)。該工程有大片的一層地下車庫(kù),采用框架結(jié)構(gòu)。主體采用靜壓預(yù)應(yīng)力方樁基礎(chǔ)加抗水板,地下車庫(kù)采用獨(dú)立基礎(chǔ)加抗水板。地下車庫(kù)與主體分縫,僅基礎(chǔ)相連。該工程0.000相應(yīng)于絕對(duì)高程為13.855。設(shè)計(jì)水位絕對(duì)高程為12.000,相當(dāng)于-1.855;抗浮水位絕對(duì)高程為13.150,相當(dāng)于-0.705。6#樓地下室地面標(biāo)高為-5.400(以下稱為“地面一”),局部地面標(biāo)高為-6.400(以下稱為“地面二”),地下車庫(kù)地面標(biāo)高為-3.000(以下稱為“地面三”)。

        2 地下室抗浮計(jì)算

        2.1 6#樓主體結(jié)構(gòu)抗浮方案初定

        6#樓為高層建筑,建筑總重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水浮力,所以可以不考慮整體抗浮,只需要考慮局部抗浮,即需要考慮抗水板的配筋計(jì)算。抗水板是抵抗水浮力的構(gòu)件,水浮力越大,抗水板配筋越大;抗水板上壓重越大,抗水板配筋越小。因此,當(dāng)時(shí)就有兩種方案選擇:方案一是將抗水板板面取到-6.400,即與地面二相平,地面一的地方壓重,以減小抗水板配筋。方案二是為了方便施工,將抗水板和大部分單樁承臺(tái)(高度1.0m)底作平,即板底標(biāo)高為-7.400,板面取到-6.900,地面一、地面二的地方壓重,以減小抗水板配筋。

        (1)方案一荷載計(jì)算

        該工程6#樓所有承臺(tái)、基礎(chǔ)梁、抗水板的面標(biāo)高均為-6.400(電梯間筒體下承臺(tái)面標(biāo)高為-7.100),抗水板板厚取500mm,板底標(biāo)高為-6.900,在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400,回填厚度1.0m。(見圖1)

        圖1 方案一示意圖

        則抗水板所受浮力為:(6.9-1.855)×10=50.45kN/m2(方向向上);抗水板的抗浮荷載為:0.5×25+1.0×20=12.5+20=32.5kN/m2(方向向下,用于地面一),0.5×25+0.0×20=12.5+0=12.5kN/m2(方向向下,用于地面二)。

        (2)方案二荷載計(jì)算

        該工程6#樓所有承臺(tái)、基礎(chǔ)梁、抗水板的底標(biāo)高均為-7.400(局部承臺(tái)底標(biāo)高為-8.400和-9.100),抗水板板厚取500mm,板面標(biāo)高為-6.900,在地面一處的抗水板上用毛石混凝土回填至-5.400,回填厚度1.5m;在地面二處的抗水板上用毛石混凝土回填至-6.400,回填厚度0.5m。(見圖2)

        圖2 方案二示意圖

        則抗水板所受浮力為:(7.4-1.855)×10=55.45kN/m2(方向向上);抗水板的抗浮荷載為:0.5×25+1.5×20=12.5+30=42.5kN/m2(方向向下,用于地面一),0.5×25+0.5×20=12.5+10=22.5kN/m2(方向向下,用于地面二)。

        (3)分項(xiàng)系數(shù)及荷載設(shè)計(jì)值

        抗水板水浮力按活荷載考慮,分項(xiàng)系數(shù)取γQ=1.4,抗浮荷載為恒荷載,對(duì)結(jié)構(gòu)有利,則其分項(xiàng)系數(shù)取γG=1.0。

        則方案一荷載設(shè)計(jì)值為:50.45×1.4-32.5×1.0=38.13kN/m2(方向向上,用于地面一),50.45×1.4-12.5×1.0=58.13kN/m2(方向向上,用于地面二);則方案二荷載設(shè)計(jì)值為:55.45×1.4-42.5×1.0=35.13kN/m2(方向向上,用于地面一),55.45×1.4-22.5×1.0=55.13kN/m2(方向向上,用于地面二)。

        (4)6#樓主體結(jié)構(gòu)抗浮方案最終決定

        經(jīng)過上述計(jì)算對(duì)比,方案二比方案一的抗水板板面低0.5m,考慮在上面多填充荷載以抵抗部分水浮力來減小抗水板的配筋。但經(jīng)過計(jì)算,抗水板的荷載設(shè)計(jì)值相差不大,所以得出結(jié)論:降低抗水板板面標(biāo)高,在其上填充荷載以抵抗水浮力的效果是不明顯的。所以采用方案一,使抗水板盡量淺埋,且能減少土方的挖方量。

        至于抗水板的配筋計(jì)算,則可以通過上述的荷載設(shè)計(jì)值查結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)來確定梁板的內(nèi)力和配筋,也可以用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件(例如PMCAD)來建一層模型來計(jì)算梁板配筋。

        2.2 地下車庫(kù)抗浮方案

        對(duì)于地下車庫(kù),由于只有一層,建筑總重較小,有可能不足以抵抗水浮力,所以需要整體抗浮計(jì)算和局部抗浮計(jì)算。地下車庫(kù)基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深取1.5m,基底標(biāo)高為-4.500,抗水板250mm厚,板底與基底想平,上面碎石砂回填至設(shè)計(jì)地面-3.000回填厚度1.25m。(見圖3)

        圖3 地下車庫(kù)抗浮方案示意圖

        (1)地下車庫(kù)局部抗浮設(shè)計(jì)

        場(chǎng)地設(shè)計(jì)水位為-1.855,則抗水板所受浮力為(4.5-1.855)×10=26.45kN/m2(方向向上);抗水板的抗浮荷載為0.25×25+1.25×20=6.25+25=31.25kN/m2(方向向下);荷載設(shè)計(jì)值為26.45×1.4-31.25×1.0=5.78kN/m2(方向向上)。由于抗水板荷載較小,經(jīng)過計(jì)算配筋均為構(gòu)造配筋(此處計(jì)算省略)。

        (2)地下車庫(kù)整體抗浮設(shè)計(jì)

        該工程地下車庫(kù)建筑平面布置均勻,所以結(jié)構(gòu)荷載均勻。因此只需要地下車庫(kù)平均每平方米總重力不小于水浮力即可滿足整體抗浮要求。粗略計(jì)算如下:地下室頂板180mm(重0.18×25=4.5kN/m2),上面覆土600mm(重0.6×13=7.8kN/m2),抗水板250mm厚(重0.25×25=6.25kN/m2),抗水板上覆1.25m厚的碎石砂(重1.25×20=25kN/m2),則總的抗浮荷載為4.5+7.8+6.25+25=43.55kN/m2(方向向下)。場(chǎng)地抗浮水位為-0.705,則抗水板所受浮力為(4.5-0.705)×10=37.95kN/m2(方向向上)。

        水浮力37.95kN/m2小于抗浮荷載43.55kN/m2,所以地下車庫(kù)整體抗浮滿足要求。

        (3)地下車庫(kù)整體抗浮設(shè)計(jì)擴(kuò)展

        當(dāng)抗水板整體抗浮不滿足要求時(shí),常規(guī)做法有壓重和抗拔兩種。壓重就是在抗水板板面或地下室頂板覆土壓重以抵抗水浮力;抗拔就是在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)抗拔樁或者錨桿來抵抗水浮力??拱螛兑酥苯釉O(shè)計(jì)在柱下,枯水期地下水水位較低時(shí)作為框架柱的基礎(chǔ),此時(shí)樁身受壓;豐水期地下水水位較高時(shí)作為抵抗水浮力的抗拔樁,此時(shí)樁身受拉。錨桿一般和獨(dú)立基礎(chǔ)相結(jié)合來設(shè)計(jì),其僅僅起到抵抗水浮力的作用,一般設(shè)計(jì)在獨(dú)立基礎(chǔ)底部。但是,為了優(yōu)化抗水板的配筋設(shè)計(jì),可以將錨桿設(shè)計(jì)在抗水板上,大概在板跨1/3和2/3處,以減小抗水板的配筋。

        3 結(jié)語(yǔ)

        總之,地下室的抗浮是建筑工程設(shè)計(jì)過程非常重要的一部分,但地下室的抗浮設(shè)計(jì)往往被忽略,而導(dǎo)致的不良后果便是地下室浮起、地下室底板裂縫滲水等等,都是直接影響到結(jié)構(gòu)的正常使用甚至是安全的。在進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí),需要按照工程的特點(diǎn),選擇合理的計(jì)算條件,來充分考慮地下水對(duì)建筑的影響。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 傅承誠(chéng) 吳炳,地下空間抗浮設(shè)計(jì)[J].科技傳播,2011年06期

        [2] 戴清峰,地下工程抗浮加固設(shè)計(jì)[J].中外建筑,2010年04期

        注:文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。

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