淺談綠色學校建筑結構設計

孫吶

【摘要】隨著我國城市化進程的不斷加快，地下室工程越來越多，其在施工中及竣工使用期的抗浮措施若無周密考慮，往往會產(chǎn)生上浮現(xiàn)象，導致地下墻體或底板開裂，直接危害使用及結構安全，應引起設計者的足夠重視。

【關鍵詞】地下室；抗浮；設計

一、地下室的抗浮設計

（一）設計要求

地下室的抗浮設計，采用安全系數(shù)法，公式表示為：

G+F≥KV

式中：G—結構自重；F—抗浮力；V—凈水浮力；

K—抗浮安全系數(shù)，一般取1.05。

（二）水浮力計算

水浮力計算是抗浮設計的前提，對地下室而言，應正確合理確定工程的設防水位。因此要求工程勘察單位提供用于計算地下水浮力的設計水位。它不是工程所在位置的常年最高水位，更不是勘察期內的當前水位，而應綜合分析歷年水位地質資料，根據(jù)工程重要性以及工程建成后地下水位變化的可能性確定抗浮設計的設防水位。

當巖土勘察報告中未明確抗浮設防水位時，抗浮設計時宜采取以下措施：

1、對重要工程進行水文試驗同時經(jīng)專家論證后確定；

2、對一般工程設防水位及水壓力分布應取建筑物設計使用年限內（包括施工期）可能產(chǎn)生的最高水位；

3、在計算地下水的浮力時，不宜考慮地下室側壁及底板結構與巖土接觸面的摩擦作用和粘滯作用，除有可靠的長期控制地下水位的措施外，不應對地下水頭進行折減；

4、結構基底面承受的水壓力應按全水頭計算；

5、地下室側壁所受的水土壓力宜按水壓力與土壓力分算的原則計算。

（三）整體抗浮和局部抗浮

地下室不是一個剛體，它會產(chǎn)生整體或局部的變形和破壞，水對地下室的浮力主要以水壓力的形式作用在結構底板上。抗浮設計首先應驗算結構的整體抗浮安全度，若滿足則再驗算局部抗浮安全度，要按逐個柱的受荷面積來進行，并主要針對那些上部結構層數(shù)少，結構自重小的部位，特別是地下室超出高層塔樓范圍較多的部位以及高層塔樓圍合的內天井部位等。

（四）防水設計水位與抗浮設計水位的關系

在結構設計過程中，經(jīng)常會遇到防水設計水位與抗浮設計水位，其兩者的聯(lián)系及區(qū)別如下表：

二、工程抗浮措施的選擇

在確定了結構形式、尺寸、埋深等條件后，根據(jù)設防水位，分別計算工程自重和凈水浮力，并判斷是否需要采取抗浮措施。

目前，工程上通常采用壓重抗浮法、抗拔錨桿等來解決地下室的抗浮問題。壓重抗浮法即通過增加工程的自重來抵御水浮力的作用，抗拔錨桿則主要利用樁側阻力和錨桿提供的拉力來平衡水浮力。

（一）壓重抗浮法

抗浮安全度不足是由于結構自重加恒載重量小于地下水對結構托浮力而造成，故最直接的辦法是增加結構自重或增加其上的恒載，如在地下室頂板上覆土，既可解決上部建筑設備管道出戶的問題，又能增加恒載來提高結構的抗浮能力。有時也利用底板外挑部分的回填覆土作為壓重的一部分。對于底板為板柱或梁板結構，利用底板柱帽或梁至地坪之間的空間設置回填壓重層，既解決了工程的抗浮問題，也便于底板的防水處理。例如青島MAX創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園1#樓底板抗浮設計中由于水頭較高，主樓周邊僅一層車庫，抗浮不足，經(jīng)過車庫頂板增加覆土厚度，底板其建筑面層厚度也部分增大，最終增加了車庫的恒載，最終滿足抗浮要求。

（二）抗拔錨桿的設計

抗拔錨桿是利用錨桿與砂漿組成的錨固體與巖層的結合力作為抗浮力。該方式適宜于基巖或良好錨固土層埋深較淺、錨桿長度較短等情況。但若地下室底板以下地下水的水頭壓力較大，松散砂層太厚，則錨桿施工會有一定困難。需要注意的是，當?shù)叵率业装逡韵萝浫跬翆虞^厚或錨桿自由段過長時，這種方案抗浮是不合適的，因錨桿自由段的永久防腐蝕措施要求就較高，工程費用也會顯著增加。此外由于地下水位是隨季節(jié)不斷變化的，錨桿受到的拉力也隨之發(fā)生變化，若采用非預應力錨桿則會產(chǎn)生較大的變形，不利于結構穩(wěn)定。若設計為預應力錨桿以保證在地下水位最高時結構不會產(chǎn)生向上變形則當?shù)叵滤唤档停×ο鄳獪p小時錨桿的剩余預應力就成為附加荷載作用在工程樁上，增加了工程樁的荷重，滿足抗浮要求。保兒村小學（A-6-4）地下車庫水頭較高，增加配重難以達到抗浮要求，且周邊土層可滿足良好錨固，埋深較淺，故最終采取抗浮錨桿+大直徑人工挖孔灌注樁。

結語：

地下室的抗浮設計是結構設計的重要組成部分。在實際工程中，應根據(jù)地下室的結構形式、地質條件、浮力大小、施工條件和工期等因素確定采用何種抗浮措施，也可以根據(jù)工程特點，采取多種抗浮措施。在設計過程中，應選擇合理的設計參數(shù)，重視地區(qū)經(jīng)驗做好構造處理，使工程的抗浮設計更加合理可靠。