《建筑工程抗浮技术标准（JGJ 476—2019）》在工程设计中的应用

2021-04-28伊新富

浙江建筑 2021年2期

关键词：堆积物抗浮覆土

伊新富

（浙江省城乡规划设计研究院，浙江杭州310030）

1 概述

本文结合PKPM JCCAD程序（V5.1.2.1以上版本），介绍《建筑工程抗浮技术标准（JGJ 476—2019）》（以下简称《抗浮标准》）在工程设计应用中应该注意的要点。

2 抗浮验算的基本流程

抗浮验算的基本流程如下：抗浮工程设计等级→抗浮稳定安全系数→输入浮力→输入抗浮力及抗浮组合系数→抗浮区域布置与删除→抗浮计算书。

3 详细的软件应用介绍

3.1 抗浮工程设计等级

《抗浮标准》第3.0.1条规定抗浮工程设计等级，JCCAD程序在“参数”“荷载工况”菜单下设置“抗浮工程设计等级”下拉选择项（图1），进行抗浮工程的计算及设计之前，用户需要根据《抗浮标准》表3.0.1及工程实际情况在此设置合适的抗浮设计等级。

图1 分析和设计参数补充定义

3.2 抗浮稳定安全系数

《抗浮标准》第3.0.3条规定抗浮稳定安全系数值，该值与《抗浮标准》表6.1.3直接决定抗浮工程的抗浮验算结果的状态是“稳定”还是“不稳定”。

JCCAD程序在如图1的交互输入框，默认值按《抗浮标准》表3.0.3取值，该值与“抗浮工程设计等级”联动，用户可以手工修改。

3.3 输入浮力

根据《抗浮标准》第6.1及6.2节相关内容，水浮力计算应该包含：静水压力、承压水压力、渗流水压力。

静水压力F w：程序默认自动计算，需要在图1的“历史最高水位（抗浮设计水位）”里输入抗浮水位的标高（需要在前面的方格勾选）。该标高是相对标高，相对于整个计算模型与整个计算模型（PM模型及基础模型）取相同的正负零。要特别注意《抗浮标准》第5章详细阐述抗浮设防水位的确定方法，考虑的因素比较多且复杂，在抗浮设计的时候需要根据工程实际综合考虑。程序计算净水压力采用如下方法：

F w=［历史最高水位（抗浮设计水位）标高-基础底标高］×10

用户可以在“筏板”“布置”“筏板荷载”菜单下选择“水浮力-抗浮水”工况查看和编辑程序自动计算的净水压力值（图2）。

承压水位压力Ffc与渗流水压力Ffs：如果工程中存在，可以在“筏板荷载”菜单下，选择“水浮力-抗浮水”工况，在荷载定义列表里选择相应的水浮力，然后点“新建”或“修改”，在弹出的荷载定义对话框输入承压水压力或者渗流水压力（图2）。

JCCAD按《抗浮标准》公式6.2.4计算浮力标准值总和。

3.4 输入抗浮力及抗浮组合系数

《抗浮标准》第6.3.1条，抗浮工程使用期的抗浮力主要包括以下作用的组合值：

1）包括地下结构底板在内的结构自重；

2）结构上部、地下结构底板外挑结构上的填筑材料自重；

3）地下结构底板和上部结构上的固定设备及永久堆积物的自重；

4）与地下结构连接的结构或构件提供的抗拔力。

同时，《抗浮标准》第6.3.7条对于不同抗浮力规定了不同的抗浮组合系数。

JCCAD可以输入以上所有的抗浮力，同时，在“参数”“荷载组合”里自动生成抗浮验算组合（图3）。按《抗浮标准》表6.3.7，通常分抗浮稳定有利和不利两个组合。

抗浮力组合系数：默认按《抗浮标准》表6.3.7取值，且每个系数都可以手工修改，可以满足不同工程的计算要求。抗浮力工况仅仅用于抗浮稳定验算。其中“抗浮水”的系数默认取值抗浮稳定安全系数，抗浮稳定验算的时候，∑W/∑F里的抗力W值是乘以系数的值，而浮力F是不乘以系数的值。

恒载：包括上部结构自重、基础自重及基础上布置的附加恒载。

图2 荷载输入

覆土及永久堆积物：程序分为上部结构输入的覆土或永久堆积物及基础上的覆土或永久堆积物。上部结构覆土或永久堆积物可在PM里的“自定义荷载工况”里“增加”定义布置，进行上部计算后，在“参数”“荷载工况”“荷载来源”里勾选“SATWE U覆土”或“SATWE U永久堆积物”（图4）。

地下室底板上或者室外挑出部分的覆土或永久堆积物，一般需要在JCCAD“筏板荷载”里定义布置。为了和基础里布置的荷载工况加以区分，程序会在读取的部分上部荷载工况前加上字母“U”，如“U覆土”表示上部结构计算传递的覆土（图4）。

覆土一般按填筑体对待，所以程序里其抗浮力组合系数取值默认按表6.3.7“填筑体”取值，见图4。

抗拔力：通常指抗浮桩或者抗浮锚杆的抗拔承载力总值。在“桩”“定义布置”菜单下先定义抗浮桩或者锚杆，输入相应的抗拔承载力特征值，然后将桩或者锚杆布置在基础相应位置。程序默认按《抗浮标准》表6.3.7执行。

图3 荷载组合

3.5 抗浮区域布置与删除

《抗浮标准》第6.1及6.4节相关规定，抗浮工程有些情况需要分区域验算各个区域的抗浮稳定性。

JCCAD在“筏板—编辑—板抗浮计算”菜单下可以同时布置多个抗浮区域进行抗浮验算。布置的抗浮区域可以通过“删除”菜单手工删除。

抗浮区域布置后程序会自动将该区域的抗浮验算结果输出在基础平面图上。

如果抗浮稳定验算结果为“不稳定”，表明计算结果不满足规范要求，需要采取抗浮措施。抗浮措施可参考《抗浮标准》第6.5节相关规定采取相应的抗浮治理措施。通常采用压重法、抗浮锚杆、抗浮桩等方法。

如果验算结果为“稳定”，则表示抗浮稳定验算满足规范要求。

3.6 抗浮计算书

程序可以提供WORD版本的计算结果文档、txt抗浮结果文档及输出抗浮验算结果图形文件。

4 工程实例对比

以某市的一个大型混合溢流污水（CSO）末端调蓄池为例。该工程按7度进行抗震设防；框架的抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为三级，建筑抗震设防类别为丙类。4.300 m标高以下采用防水混凝土，强度等级为C30，设计抗渗等级为P8。地基基础设计等级为甲级。典型柱距为5 m，调蓄池内部净尺寸为65 m（长）×15.6 m（宽）×10.8 m（高），底板厚度为900 mm，壁板厚度为800 mm，底板埋深达16.5 m。顶板厚度300 mm，覆土为4.5 m。结构内部永久堆积物按5 kN/m2计算（图5）。

图4 自定义工况

图5 典型剖面

采用锚杆进行抗浮设计（锚杆布置见图6）：

1）本工程水池抗浮采用直径Φ200锚杆，锚杆锚筋采用一根Φ36钢筋，采用水泥砂浆灌浆，水泥砂浆强度等级不低于30 MPa，锚杆进入底板50 mm，桩身少量位于③-粉砂层中，大部分位于④-圆砾层中；局部锚杆进入⑤-强风化砂岩中。

图6 锚杆布置图

2）原设计锚杆长L=7.5 m，抗拔承载力特征值260 kN。根据《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程（CECS 138∶2002）》，抗浮安全系数为1.05，抗浮力组合系数均为1.0，满足抗浮验算要求。

3）根据《抗浮标准》，该工程的抗浮设计等级为甲级，抗浮稳定安全系数为1.10，抗浮力的组合系数要分有利和不利两种情况采取不同的取值。其中覆土的组合系数为0.9，内部永久堆积物的组合系数为0.95。采用PKPM JCCAD进行计算，锚杆抗拔承载力特征值要到320 kN才能满足规范要求。而且《抗浮标准》在抗浮设计等级为甲级时，要求锚杆为预应力锚杆，这些都会大大提高工程的成本。