地下室底板抗浮计算常见问题研究

2018-09-13杨宏军湖南省建筑工程集团设计研究院

新商务周刊 2018年13期

文/杨宏军，湖南省建筑工程集团设计研究院

在建筑地下室设计过程中，常需要考虑抗浮问题，而在这一过程中，抗浮计算是重要环节，应引起相关人员的高度重视，以此保证抗浮设计的合理性与可行性，保证地下室结构整体质量。

1 工程概况

某工程建于市中心，为地上三层住宅建筑，设1层地下室，建筑上部结构为框剪结构，地下室为框架结构。主体基础为人工挖孔桩，地下室基础为独立基础，辅以抗水板。建筑地下室底板实际标高为-5.200m，其抗浮设计水位与室外地坪标高相等，为-0.160m；建筑地下室结构顶、底板厚度分别为200mm和300mm，上部覆土厚度为600mm。现围绕本工程实际情况，对其地下室结构底板抗浮设计作如下深入分析。

2 地下室底板结构设计

如果地下室的地下水位相对较高，则要在底板结构设计过程中进行抗浮设计与计算，水浮力对结构的作用如图1所示。在结构设计时，主要采用PKPM软件，其主要设计方法与流程如下。

图1 水浮力对结构的作用

2.1 荷载的计算与输入

底板所受荷载由两部分组成，即为正、反向荷载，其中，正向荷载有梁板自重、上隔板与面层等主要恒载与活荷载；而反向荷载主要是水浮力。底板的结构设计过程中，应充分考虑工程的实际状况，分析不同荷载的组合，尤其是最不利组合[1]。考虑到本工程地下室底板下伏岩土条件相对较好，以粉质粘土为主，承载力的特征值取210kPa，故正向荷载主要由底板经土体来承担，仅考虑反向荷载及其组合。底板地中及水浮力的标准值经计算分别为7.5kN/m2、52.5 kN/m2。

因板体配筋计算过程中，将恒载的分项系数确定为1.2，将活荷载的分项系数确定为1.4，按现行规范，如果永久荷载属于有利荷载，则其分项系数确定为1.0；按相关标准，如果可变荷载效应有利于构件自身承载力，则其分项系数为0；基于此，该工程输入恒载取6.2 5kN/m2，而输入活荷载取52.5kN/m2。考虑到恒载的方向为下，与水浮力方向相同，故在底板计算过程中，将输入的荷载确定为-6.2 5kN/m2与52.5kN/m2，根据倒置楼盖实施分析计算，应注意，软件还无法计算在组合以后得到负值的实际情况。

2.2 承台模拟输入

使用软件对底板进行计算时，要注意不得在原模型上计算，应单独建立计算模型；对于柱尺寸，一般按照相同承载尺寸进行输入，并选择不考虑风荷载与地震力作用的选项，以及将梁、柱之间的重叠简化考虑成刚域，以此保证和实际情况相符，避免产生误差与浪费。按现行规范，在迎水面上，其钢筋的保护层厚度应达到50mm以上。基于此，选择参数时，需将梁体保护层厚度确定为50mm。

利用以上模型进行计算，可基本满足要求，而对挠度与裂缝有较为严格的控制。根据输入的荷载，将标准组合值确定为46.25kN/m2，比实际值大。施工图设计过程中，可采用以上结果配筋，并根据倒置楼板进行处理：底板上部钢筋直接按照配筋计算结果确定，在双向予以拉通；而底板下部钢筋应按照根据跨中配筋要求在双向布置贯通钢筋，并在支座板的底部布置附加钢筋[2]。

2.3 基础梁分析计算

对于基础梁的分析和计算，可使用底板模型，而且其荷载输入也和底板完全相同，此时也存在对挠度与裂缝有较为严格的控制问题，由于基础梁的配筋主要受裂缝控制，若实际值和标准值相差较大，则会产生浪费。在基础梁的计算过程中，可借助以下方法进行处理：在进行计算时，将恒载的输入确定为-7.5kN/m2，即不再考虑1.2的分项系数，而输入的活载则保持不变，仍取52.5kN/m2，在此基础上，于SATWE当中，将恒载对应的分项系数确定为1.0，将活载对应的分项系数确定为1.4。采用以上方法后，计算得出的配筋结果将与实际情况更加贴近。

3 整体抗浮验算

通常情况下，主体上部结构的自重将远大于水浮力，所以无需对使用阶段的抗浮实施整体验算；而需要在施工过程中进行，也就是通过计算确定当施工至哪一层时，自重会比水浮力大；进而在说明中准确标出降水措施，以此在对该层进行施工时，停止降水，避免地下室结构产生上浮等问题，防止其发生破坏[3]。

考虑到本工程地下水位相对较高，且地下室实际埋深很大，所以结构自重难以完全抵消水浮力，应重视抗浮验算。如果抗水板无法满足抗浮要求，则可采用抗拔或压重的方法。其中，压重是指在板表面或顶板处进行覆土压重，以此有效抵抗水浮力；而抗拔是指采用锚杆与抗拔桩等措施来有效抵抗水浮力，锚杆受力如图2所示[4]。

水浮力的标准值经计算为52.5kN/m2，抗浮力由覆土、顶底板、梁柱折算荷载四部分构成，经计算，结果为27.3kN/m2，可见，水浮力明显大于抗浮力，所以必须施以抗浮设计。地下室基础采用独立基础，辅以抗水板，结构设计过程中已经根据最大水位，按照倒置楼盖进行分析计算，使水浮力能传递到基础梁，然后传递到基础，所以应采用锚杆来提高抗浮力。以柱距为依据，对基础受到的水浮力进行计算，比如，最大柱距为8.4m，则水浮力经计算为1778kN[5]。

图2 锚杆受力

因当抗浮水位与室外地坪保持相平时，水压力将停止增加，即保持不变。对抗浮进行验算时，可变荷载及其组合将直接控制水浮力，其分项系数确定为1.2；在锚杆抗浮设计过程中，所用锚杆的截面积应按照规范计算确定，经计算，锚杆抗拉强度可达360N/mm2，考虑到受拉构件抗拉强度超过300N/mm2时，均按300N/mm2考虑，故锚杆的抗拉强度也取300N/mm2。