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阅读 1301 次 浅析建筑物基础抗浮设计

摘要:由于当前民用建筑设计中,高层和超高层建筑逐渐增多,基础埋深逐渐加深,同时裙房、纯车库地下室或广场的地下商场等建筑物越来越多。当建筑物存在地下室,且基础埋深较深,基础埋深超过建筑物抗浮设计水位时,建筑物基础底板应考虑水浮力的作用。文中简单介绍设计中最为常用的几种抗浮措施及其计算方法。设计时应根据项目情况合理选用。...

浅析建筑物基础抗浮设计

张俊利 13891858763

(陕西同济土木建筑设计有限公司  邮编:710002

    当前民用建筑设计中,高层和超高层建筑逐渐增多,基础埋深逐渐加深,同时裙房、纯车库地下室或广场的地下商场等建筑物越来越多。当建筑物存在地下室,且基础埋深较深,基础埋深超过建筑物抗浮设计水位时,建筑物基础底板应考虑水浮力的作用。当建筑物的水浮力标准值大于建筑物的抗浮重量时,尚应对建筑物进行抗浮设计。

    一、抗浮设计水位及水浮力计算

    抗浮设计水位应由勘察报告提供,抗浮设计水位应根据长期水文观察资料确定,并综合考虑诸多因素进行确定,建筑物在设计基准期内的抗浮设计水位不应高于设计时计算所采用的抗浮设计水位。

    水浮力计算

    qw=γγw V

    qw   水浮力设计值

    γ   水浮力荷载分项系数,当地下水位变化剧烈时,取1.4;当地下水位变化不大时,取1.35

    γw  水的重度,可取10KN/m3

    V    建筑物在抗浮设计水位下排开水的体积(m3

    二、抗浮措施

    当水浮力标准值大于建筑物的抗浮重量时,需要采用必要的抗浮措施,以保证结构安全,工程中常采用多种抗浮方法,如增加结构配重来平衡水浮力(称自重平衡法);设置抗拔工程桩、抗浮锚杆(称抗力平衡法);基础底板采用疏、排水措施,释放水浮力;或采用前几种方法综合处理。现就对最常见的自重平衡法和抗力平衡法的抗浮设计进行阐述。

    自重平衡法,即采用回填土、石或混凝土等进行平衡水浮力。满足:

    G/S k K      

    G   抗浮重量,即结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和,不包括活荷载

    S w  水浮力标准值

    K   地下结构抗浮安全系数,一般取1.05

    (2)抗力平衡法,即设置抗浮锚杆或抗拔桩,来消除地下水浮力。满足:

    G/S w +nRK

    R   单根抗拔桩或锚杆抗浮承载力特征值

    n   抗拔桩或抗浮锚杆的数量

    三、水浮力对基础、防水板的验算

    1、满足自重平衡法的常用基础形式有独立基础加防水板、条形基础加防水板、筏板(这里的筏板概指梁筏、平板筏),这几种基础形式的基础一般都需满足自重平衡法的要求,对于桩筏是例外,在工程桩即是抗压桩又是抗拔桩时,可不满足自重平衡法的要求。

    满足自重平衡法的基础,在标准组合下,既要满足地基承载力的要求,又要满足标准抗浮(自重平衡法),基础内力验算时按最不利进行控制验算。

    (1)独立基础加防水板、条形基础加防水板

    独立基础加防水板、条形基础加防水板的基础应考虑防水板内力的影响,由于设计地下水位较高时,防水板承担了地下水浮力,同时又将其反力传递给独立基础、条形基础,故设计时应考虑防水板对基础的影响;在计算此类基础类型的防水板时,由于防水板上水浮力和防水板及其上的覆土、建筑面层自重相抵消,故防水板无需计算,可按规范最小厚度采用构造配筋,注意独基加防水板基础中,当防水板厚度大于等于250mm时,仍另设基础拉梁时,往往会引起防水板内力分布的变化,改变独基加防水板基础的传力途径,受力复杂。设计时可不另设基础拉梁,必要时可在防水板内利用板内钢筋设置暗梁。此类基础形式应在防水板下设置软垫层,这样才能使独立基础、条形基础受力情况接近典型的独基、条基。

    (2)筏板基础

    对于筏板基础由于在自重平衡法下的筏板基础水浮力不起控制作用,基础内力验算时不考虑水浮力的有利影响,按基本组合内力最大值计算。这里简单介绍一下当筏板基础的水浮力在满足自重平衡法时差一点时,通常有几种方法,尽可能提高基础埋深高度,减少水浮力;增加基础底板及其建筑面层的自重;更为简单经济的将基础底板外挑,利用外挑板上的覆土自重,就可以满足平衡水浮力的要求,该法值得推荐。由于地基反力不均匀,设计时应考虑局部抗浮满足要求。

    2、抗力平衡法的常用基础:抗拔桩独立承台加防水板、桩筏基础、或筏板基础加筏板加抗浮锚杆。

   1)抗拔桩独立承台加防水板

    这种基础形式较为常用,独立承台下的抗拔桩数量应满足该承台范围内防水板所传递的水浮力(扣除防水板及其面层自重的水浮力),又要满足在不考虑水浮力的作用,建筑物上部标准组合下的所需的桩数,桩基为抗拔桩兼做抗压桩使用,独立桩基承台验算以建筑物基本组合验算控制,防水板验算可采用pkpm-jccad程序下的防水板抗浮验算,该法对防水板采用有限元进行分析,根据项目情况填写抗浮设计水位等参数进行计算,计算的配筋应满足规范要求的最小配筋率。

    (2)桩筏基础

    桩筏基础要求筏板下的桩数量应满足该基础筏板所传递的水浮力(扣除基础板及其面层自重及上部建筑传递到筏板的恒荷载标准值),又要满足在不考虑水浮力的作用,建筑物上部标准组合下的所需的桩数,桩基为抗拔桩兼做抗压桩使用,桩筏基础可采用pkpm-jccad程序下的桩筏、筏板有限元进行计算,按实际情况填写工程的各项参数后,可给出筏板、桩基在各种组合下的结果。

    (3)抗浮锚杆

    抗浮锚杆是利用土层与锚固体的粘结强度提供抗拔承载力,来抵抗水浮力。通常锚杆在基础底板下的布置分为分散式和集中式两种。分散式锚杆布置时,对基础而言,抗浮锚杆分散布置的拉力与水浮力大小相等方向相反,互相抵消,建筑物基础反力按正常基础进行结构分析及配筋,不考虑水浮力的影响。集中式布置锚杆,一般布置在基础梁两侧一定范围内,来平衡该基础梁受力范围区域所传来的水浮力,但由于水浮力实际作用于基础底板时是均匀的,因此集中布置锚杆,其拉力仅起支座抗浮作用,并不能影响基础底板水浮力的作用分布情况,故基础底板应考虑未布置锚杆范围内水浮力的影响,该部分基础板应与建筑物自身的地基反力叠加进行基础验算。并按最不利荷载组合进行配筋。所以尽可能采用分散式锚杆布置,简化结构计算。

    (4)抗力平衡法中,桩基、锚杆应考虑的问题

    抗拔桩基单桩轴向抗拔承载力应进行现场试验确定,桩身配筋应按荷载效应基本组合下桩顶的轴向拉力设计值进行配筋验算,并按规范要求进行抗拔桩的裂缝验算,抗拔桩裂缝应按0.2mm进行控制。这是抗拔桩基所必须满足的。其余注意事项同常规桩基。

    抗浮锚杆的设计主要包括锚杆承载力的计算、杆体截面积的计算和锚杆数量的计算。单根的锚杆轴向抗拔承载力应进行现场试验确定,并满足规范对锚杆布置间距长度等要求。对于岩石锚杆基础还用满足基础规范8.6中的相关要求。

    小结,由于抗浮设计水位是个复杂的问题,而抗浮设计水位又是决定抗浮设计的一个决定性参数,抗浮设计水位的确定又直接关系到抗浮的安全性和经济性,设计时应会同地勘单位根据项目情况合理确定抗浮设计水位并选择合理抗浮方法,做到有效、安全、经济,并应考虑抗浮设计中存在的不确定性因素,如局部抗浮验算、基础梁板的裂缝控制、抗拔锚杆受力不明确等不利因素。避免后期使用中存在隐患。

(本文来源:陕西省土木建筑学会    文径网络:雷丹 尹维维 编辑    刘真 文径 审核)

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