建筑物抗浮設計方法

摘要：建筑物抗浮設計方法多種多樣，常用方法有自重平衡法，抗力平衡法，浮力削除法及綜合設計法。是采用“抗”還是“消”，如何因地制宜、技術先進、經濟合理、節約資源，是我們設計者們需要著重考慮的問題。

關鍵詞：抗浮設計；自重平衡法；抗力平衡法；浮力削除法

1" 前言

隨著國家經濟的快速發展，人們對居住條件要求的提高，用建筑中擁有地下室的情況已越來越多，當設計人員遇到純地下室或地下室層數較多，而地上層數較少，且抗浮設計水位較高時，結構的抗浮設計往往存在較大困難，現根據近年來設計工作經驗，淡淡地下室抗浮設計的方法，著重討論一下抗浮設計中浮力消除法在工程中的應用．

2" 地下室抗浮設計的方法

1、自重平衡法，即：采取在地下室頂板、底板或裙房屋頂處回填土、石或混凝土等手段，再加上結構本身自重來平衡水浮力。

2、抗力平衡法，即：利用基礎設置抗拔樁或專門設置抗拔錨桿，來消除或部分削除地下水浮力對結構的影響。

3、浮力削除法，即：采取疏、排水措施，使地下水位保持在預定的標高之下，減小或消除地下水對建筑物的浮力，從而達到建筑物抗浮的目的。

4、綜合設計法，即：根據工程的需要采用上述兩種或多種抗浮設計方法，采取綜合處理措施，實現建筑物的抗浮。

上述設計方法中第1條和第2條，從工程角度屬于“抗”的范疇，能解決大部分工程的抗浮問題，實際工程中已應用比較普遍，但對地下水浮力很大的工程，投資大，費用高。設計方法中第3條則屬于“消”的范疇，實際工程中應用較少，但處理得當，可以獲得比較滿意的經濟、技術效果。

3 浮力削除法在工程上的應用

3.1" 工程概況

廣州市某工程，擬建建筑2棟，地下2層，地上11+1層，為多塔剪力墻結構。工程結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為乙級。設計使用年限為50年，建筑抗震設防烈度為7度，抗震設防類別為標準設防類?？偲矫鎴D如下圖所示：

上圖中西邊道路標高為48.00Ｍ，東邊道路標高為40.5Ｍ，東西高差7.5M，北邊和南邊均采用分段檔土墻放坡連接東西兩側；地下室頂板建筑完成面同西邊道路，地下室底板結構標高為：39.00M，與東邊道路高差1.5M，與西邊道路高差9.0Ｍ。

3.２" 地質情況

根據本工程詳細勘察報告，場地未發現不良地質現象及明顯的地質構造形跡，場地及地基較穩定，適宜工程建設，地質結構詳表一。

表一

地" 層" 巖" 性

備注

成因

層序

巖土層名稱

土層厚度

Q^ml

1

粉質粘土

1.00～3.50m

Q^m

2

砂質粘土

11.70～21.60m

Q^al+pl

3-1

全風化花崗巖

2.30～8.70m

3-2

強風花崗化巖

2.10～9.70m

3-3

中風化花崗巖

2.80～5.60m

地下室整體抗浮計算：根據勘察報告所示，靠西面地下室抗浮設計水位標高為：41.00m，地下室底板底標高為：38.700m，41.0-38.7=２.3m；地下水位荷載?。?3 kN/m²； 地下室中柱（8.0m*8.0m跨度）則8*8*23=1472 kN/m²。地下室自重計算：底板厚300mm則：25*0.3*8*8+20*0.1（面層）*8*8=608.0 kN/m²；加兩層地下室結構自重：1093 kN/m²計算過程（咯）頂板１m厚的填土荷載1*8*8*18=1152 kN/m²，總計2853 kN/m²；則2853/1472＝1.93gt;1.05結構整體抗浮滿足規范要求。

地下室底板配筋計算，采用無梁樓蓋等代框架法計算，計算過程如下：

地下室抗浮設計水位標高為：41.00m，地下室底板底標高為：38.700m，41.0-38.7=２.3m；地下水位荷載?。?3 kN/m^2；底板自重：調整底板為400厚；25*0.4+20*0.1（裝修）=12.0 kN/m^2；則底板荷載取：23.0-12=11.0kN/m²（鋼筋：d - HPB300；D - HRB335；E - HRB400）

①計算簡圖：

②計算條件：

荷載條件：

均布恒載：11.00kN/m²"""" 恒載分項系數：1.35

均布活載：0.00kN/m²"""""" 活載分項系數：1.40

板容重：25.00kN/m³""""""" 活載準永久值系數：0.50

活載調整系數：1.00

配筋條件：

混凝土等級：C30""""""""""""" 縱筋級別：HRB400

配筋調整系數：1.0""""""""""" 縱筋保護層厚度：30mm

彎矩調幅幅度（%）：0.00

彎矩分配系數：

邊支座""""""""" 跨中""""""" 內支座

柱上板帶""""""""" 0.75""""""""" 0.55""""""""" 0.75

跨中板帶""""""""" 0.25""""""""" 0.45""""""""" 0.25

板柱沖切：

柱帽有無：有"""""""""" 箍筋級別：HRB400

柱帽高度：900mm" 柱帽位置：上反

柱帽配筋as：25mm

位置""" 截面形狀" 柱帽寬（mm）柱帽長（mm）柱帽直徑（mm）是否配箍筋

左柱"" 方形"" 1800""""" 1800""""""" ----""""""" 配

中柱"" 方形"" 1800""""" 1800""""""" ----""""""" 配

右柱"" 方形"" 1800""""" 1800""""""" ----""""""" 配

幾何信息：

板厚：400mm""""""""""""""""" 板帶寬：4.000m

左柱：600×600mm""""""""" 中柱：600×600mm"""""" 右柱：600×600mm

柱帽影響：

不考慮柱帽對板帶配筋的影響

③ 計算結果如下：

上述計算可得出，底板厚度需取400mm厚且按計算配筋才能滿足要求。

根據項目現場實際情況，東邊道路標高為40.5Ｍ且道路排水條件良好，地下室底板位于礫質粘土上，有較好的滲透性，且西高東低，采取在地下室四周及底板下設置截水盲溝，盲溝設置反濾層且鋪設土工布，反濾層的做法為：在碎石盲溝的外部，由內而外逐層設置粗砂、中砂和細砂層再加上土工布防止細顆粒土在水力作用下充填盲溝。盲溝的作用是當地下水位高于基底標高時，起攔截地下水由下向上滲流和越流，而當地下水位低于基底標高時，起到隔斷地基土中毛細管水的作用，有利于地下室的防潮。這樣場地由西向東把水引入道路側并排入道路排水系統，如下圖所示：

如上圖所示地下室長77米，寬72米，除外墻四周設置盲溝外，中間再加設三道，這樣盲溝間距控制在20米之間，因西側地勢較高，為防止西側水滲入地下室底，形成水位上升，在地下室西、北、南面外墻頂處設500mm厚不透水層（可為粘土層或混凝土層），并加設盲溝一道，雙重保證地下室的抗浮安全。

按此方法設計，地下室底板無地下水位荷載作用，底板厚度可取300mm厚，按構造配筋雙層雙向12@200，減少了混凝土及鋼筋含量，只增加了設置盲溝的工程量，取得了一定的經濟效果；并順利通過了廣州市初步設計審查專家及施工圖審查專家的審查。

４" 結論

（1）當地下室水位較高，建筑物長期處在地下水浮力作用下時，宜采用自重法或抗力平衡法。

（2）當地下水位較低，場地高差較大且土層透水性較好，排水通暢或建筑物長期沒有地下水浮力作用和水浮力作用的時間很短、概率較小時，宜采用浮力消除法。

（3）工程中應根據工程所處環境，因地制宜，采用“抗”和“消”相結合的綜合設計法并應擴大抗浮設計思路，做到技術先進、經濟合理、節約資源的設計目的。

參考文獻：

[1]朱炳寅，婁宇，楊琦.建筑地基基礎設計方法及實例分析（第二版）[M]..北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2]GB50007-2011 建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[3]GB50108-2008 地下工程防水技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.