地下室抗浮计算.doc

建筑结构设计地下室抗浮怎么计算首先要知道抗浮水位是多少，算出水浮力然后乘以1.05的系数。算出地下室总得恒荷载（包括基础重和基础上的填土）如果恒荷载大于水浮力的1.05倍，可视为抗浮满足要求。如不能满足要求，可以降低基础底板，然后填土或素混凝土以增加基础的恒荷载。或者将筏板外挑，然后压上土以增加恒荷载。关于地下建筑抗浮设计的几点意见 = NTHc*湖北省勘察设计协会袁内镇 A3su!I2S内容摘要 y*B(本文根据作者的工作经验结合湖北省地方标准建筑地基基础技术规范DB42/242-2003以及相关标准的有关规定，对地下建筑物抗浮设计原则及一些具体问题进行了探讨，可供抗浮设计中参考。 j o+-关键词：抗浮设计、抗浮水位、抗浮稳定、水的浮力、抗拔构件 .(lW地下建筑物抗浮设计是一个复杂的技术问题，由于对抗浮设计的一些重要问题有不同看法，因此相关规范未对抗浮设计作出明确的具体规定，导致设计工作的困难。抗浮水位不易确定。抗浮现状施工阶段浮起，使用阶段浮起，特殊情况浮起。浮起 底板未见开裂，柱上下端横向裂缝浮起时常发生倾斜，水位下到四周，等高，受力不均匀，形成与重心不重合。 Mtw7aK为解决抗浮设计的操作问题，湖北省地方标准建筑地基基础技术规范DB42/242-20031对抗浮设计作了原则的规定，但具体问题尚有一些歧意，地下建筑浮起破坏的现象仍时有发生。作者认为有必要对以下问题进行探讨，以求抗浮设计的合理完善。 t0 H($至于地下建筑物基底及周边水在土中的渗流影响是深层次的抗浮机理问题。可以肯定，只要建筑物周边与土介质之间的水位达到一定高度，且水的补充速度大于水在土的渗流速度时建筑物即可能被浮起。 B3;Tcs2、抗浮设计应进行哪些验算？ cxig0 BmA特殊情况下的整体及局部抗浮稳定验算，指的是水池，游泳池及其它储仓等，当换水、检修需减少稳定荷载时，也应考虑此工况的抗浮稳定性。 $EU-=m2.2地下建筑物的外墙、底板等构件的强度及抗裂验算。在抗浮整体及局部稳定得到保证的前提下，才能进行地下建筑结构的验算，验算中应重如外墙应按静止土压力考虑水、土压力，同时应考虑超载的影响。底板的荷载组合较为复杂，对构造底板，尚应计及由于基础沉降引起地基对底板的反力，这个反力一般取建筑物竖向荷载总值（扣除水的浮力）的10%15%。与此同时，尚应计及水对构造底板的浮力。底板有荷载组合时，应考虑两种最不利情况：（1）不考虑浮力及板底土反力，只考虑板自重及板上荷载。（2）考虑浮力、板底土反力、底板自重及板上合载的组合。 pH/_C0e72.3抗拔构件的抗力及强度验算。 kBlk=h$z!.):3.1地下建筑物所在场地无积水，雨水及其它地表水应有组织地及时排走。如地下建筑物位于低洼场地，无把握及时排除积水时，应慎重考虑。 3:mZ1+3.2地下建筑物基底以上无杂填土、砂类土、粉土等透水层，或虽有上述透水层，但层厚较薄，且不赋存潜水或承压水，可以采取有效地隔、排水措施者。 D6vhW:t8?3.3基抗回填土必须采用压实的不透水的粘性土或灰土，压实系数不小于0.93。 Xwzh;Ks_3.4地下室外墙防水层不应采用透水的塑料泡沫板等材料，应确保防水层及保护层不形成水通道。 iu.$P-s3.5当基底以下存在承压水时，在无建筑物荷载作用时不得发生管涌或突涌。 WCL#3uYk除上述必备备件外，尚宜采取基础及底板砼原槽浇灌，超挖部分以砼回填，地面外墙周边设砼散水等措施。湖北省博物馆，编钟新馆地下室埋入老粘土中，采取上述措施后不考虑抗浮设计，节约了大量资金。相反，武某花园地下库同样埋老粘土中，因填土质量不好，场地积水造成局部浮起事故。 5|bDJ$%_4、抗浮水位如何确定？ ioFc抗浮水位分为整体稳定和局部稳定的抗浮水位及结构构件设计的抗浮水位。规范规定，抗浮水位应由岩土工程勘察单位提供。 bS&XlgnKi岩土工程勘察规范GB50021-20012第4.1.11-6条要求，“查明地下水的埋藏条件，提供地下水位及其变化幅度。” n2O:V s第4.1.13条要求“工程需要时，提出防水设计水位和抗浮水位的建议”。第7.1.1-5条要求掌握“勘察时的地下水位、历史最高的地下水位、近35年最高地下水位、水位变化趋势和主要影响因素。”上述规定并未明确抗浮水位的具体确定方法。 !JnxNIr&i|建筑地基基础技术规范DB42/242-20031第11.4.11-3条规定“抗浮设防水位若有长期水文观测资料或历史水位记录时，地下水作用力的计算可采用历史最高水位；若无长期水文观测资料或历史水位记录时，地下水浮力的计算可采用丰水期最高稳定水位。”第11.4.11-4规定“场地有承压水且承压水与潜水有水力联系时，应按承压水和潜水的混合最高水位计算地下水对地下室的浮力作用。”第11.4.11-7规定“在无动水压力及承压水时，计算浮力的最高水位不宜超过地下室顶板面标高。” .gs:.X)TG9可见，抗浮水位的确定是一个复杂的问题，抗浮水位的高低与地形地貌、地下水类型、土质、环境情况等多种因素相关，特别是环境及上层滞水的变化更是难以预测。因此，不能简单地取用勘察报告提供的勘察时的混合水位。应综合各种因素分析确定。 +OeoA-W5、抗浮设计时，抗浮稳定安全系数如何确定与抗浮水位的确定（即荷载效应）有直接关系？ #ZE应按三种情况考虑，第一种需设置抗拔构件时，抗拔构件的抗力（指土的抗力）用的是特征性，其对应的荷载效应为标准组合下的荷载效应，此时抗浮稳定安全系数即为构件极限抗拔力与构件抗拔承载力特征值之比，对抗拔桩，安全系数为2，对抗拔锚杆则按边坡规定办理。 ueu=$.;g第二种是计算抗拔构件本身的强度及抗裂时，其安全度同相关规范，荷载效应为基本组合下的荷载效应。 4cZlQ3OE.第三种是不需设置抗拔构件中，以地下建筑自重（含覆土重）平衡水浮力时的安全系数，规范无明确规定，暂作以下分析： iXD=_o .地下工程防水技术规范GB50108-20013第9.0.4条规定“明挖法地下工程的结构的自重应大于静水头压力造成的浮力，在自重不足时，必须采用锚桩或其它措施。抗浮力安全系数应大于1.051.10，施工期间应采取有效的抗浮力措施。” Np0c -S建筑结构荷载规范GB50009-20014第3.2.5条规定：“基本组合时永久荷载分项系数，当其效应对结构不利时，应取1.2；当其效应对结构有利，且对结构倾覆、滑移或漂浮验算时，应取0.9，可变荷载的分项系数，一般情况下应取1.4。” T&u25QOf综合以上规定，地下水的作用应按永久荷载考虑。对于明挖法施工阶段，及前述特殊情况下抗浮稳定安全系数应大于1.051.10。使用阶段抗浮稳定安全系数应不小于1.1/0.9=1.22。对于抗浮设防水位确为历史最高水位或抗浮水位为地面标高（地面不可能积水）时，抗浮稳定安全系数也可不小于1.1。适当减小全国民用建筑工程设计技术措施2.5.3条规定水位不急剧变化的水压力按永久荷载考虑，水位急剧变化的水压力按永久荷载考虑。灵活考虑水位的变化，按照水位考虑的不利情况，因此水压力只能按永久荷载考虑，分项系数为按可变荷载1.4考虑，只能按GB50007-2003，3.0.4条规定分项系数。 ,a1RN6、单建地下室顶面有填土，抗浮稳定计算时，填土荷载应如何计算？ , %$Cfu填土自重应分别按两个阶段考虑。当采用时挖法施工时，施工阶段顶面填土未能加上，地下室顶面填土荷载不应计入。在使用阶段，当抗浮水位高于板面时，水位以下的土重应按土的有效重度计算，水位以上的土重按天然重度计算。 jM;?);Dd当抗浮水位低于顶板面时，填土自重按土的天然重度计算。 QR(j7+J填土上的活荷载均不应考虑。 4ad-摘 要:地下室支承着上部结构，不可预见的因素影响较多，设计方案的选择受不确定性（如地下水、土质等）的因素影响，造成地下室设计的复杂化，同时也影响建造成本的经济性。笔者根据多年的工程设计经验,针对一些不确定性因素，总结出以下一些措施来解决地下室结构设计中存在的问题。关键词:地下室；结构设计；问题一、抗浮问题对于具有大底盘地下室的高层建筑群,塔楼部分的地下室一般在使用阶段不会存在抗浮不足问题, 但裙房及纯地下室部分经常会有因为抗浮不满足要求而出现底板被拉裂渗水的现象,在施工阶段，何时停止降水才能借助带地下室的高层建筑的自身重量来平衡浮力，直接影响到建造成本和施工质量。所以，抗浮设计对带地下室的高层建筑是不容忽视的。怎样才能做好抗浮设计，本人认为可以这样考虑：1.1 确定科学合理的抗浮设防水位地下水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据，地质勘查单位提供的岩土工程勘查报告中对地下水水位提出了3 个指标:拟建场地历史最高水位；近35 年最高水位；勘查时的实测静止地下水位。确定地下室抗浮设防水位时应根据设计规范中确定的原则:防水要求严格的地下室,其设防水位可按历年最高地下水位；对防水要求不严格的地下室其设防水位可参照近35 年最高水位及勘查时的实测静止地下水位。科学地确定地下水位可以合理地选择抗浮措施，降低建造成本，缩短施工周期。1.2 降低抗浮设防水位的措施在保证建筑使用净高的前提下减少地下室的总高度，提高基坑坑底的设计标高,可以间接降低抗浮设防水位。具体措施有以下几种:（1）采用平板式筏板基础。一般而言,平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当, 但后者的基础高度一般要比前者高。（2）楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的1/161/22,宽扁梁的使用将有效地降低地下室顶板结构高度,从而相对降低了抗浮设防水位。1.3 增加地下室的重量增加地下室本身的重量有以下几方面的优点:增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法,但这种方法还应该结合地基土的承载力而定,不能顾此失彼；在对主体结构的地基承载力进行深度修正时,增加地下室的重量可以提高主体结构的有效埋置深度, 从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。如果设计中决定采取增加地下室重量的方法来解决抗浮问题的话,可以采用以下两种方法:（1）增加基础配重。此种方法大致又有以下几种情况:增加基础底板的厚度；增加基础顶面覆土厚度；基础顶面采用重度大且价格低廉的填料。这3 种方法的共同特点是:在增加基础配重用以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度,从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度,因此它不是一种效率最高的方法。（2）增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是:在不增加基坑坑底标高的前提下,增加了地下室的重量,而且使用厚板后,地下室顶板的大板块之间可以不再设置次梁,既有利于其他专业的使用,又简化了施工工序；但此种方法的缺点是会略增加地下室顶板框架梁的负荷,而且由于板厚有限,这种方法解决抗浮问题的效果也是有限的。1.4设置抗浮桩这是一种解决抗浮问题行之有效的方法, 其实质也是增加地下室的重量，并利用桩侧与地基土之间的摩阻力来抗拔。但仔细分析, 这种方法也有一定的局限性, 且不说设置抗浮桩的造价如何, 单从结构受力方面讲, 由于地下室的抗浮设防水位是根据拟建场地历年最高水位结合近几年的水位变化情况提出来的, 即使是经过重新评估后确定的抗浮设防水位, 也是按一定的统计规律得出的结论, 很显然, 这种方法确定的地下水位在一般的情况下是很难达到的, 加之设计计算的不精确性也使得抗浮桩都具有一定的安全储备, 因此, “抗浮桩”实际上长期起着“抗压桩”的作用,这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降,而这种变化将会使不设沉降缝的大底盘地下室在上部塔楼和裙房水平区域之间产生较大的不均匀沉降差, 由于上部塔楼比裙房的重量大，所以上部塔楼的地下室通常不会存在上浮的问题，我们可以先考虑和估算设抗浮桩的裙房地下室的沉降值，然后估算不设桩的塔楼的沉降值，以两者之差作为调整塔楼与裙房地下室之间沉降差异的依据，在塔楼地下室底部布置合理的抗沉桩，从而减少塔楼与裙房地下室之间的不均匀沉降差。如果地下水位在桩长范围内变化很大，在布桩时还需考虑桩侧负摩阻力的影响。因此, 抗浮桩在使用时需要仔细考虑。二、不均匀沉降问题不均匀沉降问题对于大底盘高层建筑群而言是一个必须面对而且必须周详解决的问题,除该建筑群直接坐落在坚硬的岩石地基上之外。通常解决此类问题大致以下有几种方法。2.1 采用人工处理地基首先按照上部结构的竖向荷载分布对沉降的影响确定基础不同区域的地基处理程度，然后再根据地基处理程度的不同,采取以下两种措施:（1）CFG 桩地基处理+设置沉降后浇带。此方法的出发点是:在CFG 桩复合地基承载能力满足设计要求的前提下均匀布桩, 允许主体结构在施工期间有相对量的自由沉降,由此造成的沉降差靠主体结构和非主体结构之间的沉降后浇带来解决。这种方法的优点是:降低地基处理的程度,进而减少CFG 桩的数量,降低建设成本,减少施工周期；缺点是:由于沉降后浇带一般是在主体结构封顶后12 个月封闭,这样将使施工期间的基坑降水时间加长,增加了降水费用；后浇带放置时间过长质量难以保证,而且相应位置底板还要加厚；由于沉降后浇带的存在使得主体结构在施工期间长时间不能处于四边嵌固的状态, 对结构在施工期间的整体稳定性也不利。如果能采取有效措施避免由于设置沉降后浇带所带来的问题的话,这种方法还是很经济适用的。（2）CFG 桩地基处理+不设置沉降后浇带。这种方法要求在CFG 桩复合地基承载能力满足设计要求的前提下不均匀布桩，在竖向荷载大的区域布间距稍小的密桩，在竖向荷载小的区域面布间距稍大的疏桩,以获得不同区域沉降基本一致的协调，同时严格控制主体结构的最终沉降量,这样做的优缺点正好和方法1 相反。2.2 主体结构的基础采用桩基础主要以端承桩为主，通过灌注桩或预制桩把力直接传递到承载力很大且变形很小的岩层或园砾层上，这样可以保证主体结构具有较小的最终沉降量, 也就不用再考虑天然浅层地基的承载能力问题了, 而且可以避免设置沉降后浇带后所带来的一些问题。但此种方法造价较高,一般适用于超高层建筑或浅层地基条件较差的情况。2.3 主体结构部分的基础采用整体基础,裙房及地下室部分采用独立基础外加防水板这种处理方法充分发挥了各种不同基础形式的优点且造价低廉,但施工工序复杂,目前在实际工程中使用较少。2.4 计算措施计算措施的合理选用应结合以上相应方法, 当需要利用浅层地基土承担一部分或全部竖向荷载时，可以采取的措施有:计算主体结构的沉降量时应考虑基础的补偿作用；考虑基坑开挖后基坑坑底的土反弹量。这样在一定程度上可以较为准确地确定不均匀沉降量。三、基础形式的选取及计算分析方法的确定问题现代高层建筑大都为大底盘多塔楼式建筑群, 由于上部结构荷载在基础平面上的分布差异巨大,通过基础将荷载扩散出去的范围有限，导致不同区域的基底反力相差很大,因此,对基础而言,要根据不同的上部结构形式、上部结构荷载大小、地基的承载力及压缩模量、是否对地下空间进行利用等条件,因地制宜地采用不同的基础形式。目前高层建筑中比较成熟且常用的基础形式有:筏板基础、箱型基础、桩筏和桩箱基础等。（1）梁高、板厚的选取及计算方法问题。目前计算筏板基础时,常用的方法有“倒楼盖”方法、弹性地基梁板方法和有限元分析方法,其中“倒楼盖”方法是一种传统方法,按该法进行基础设计时,基础内力按基底反力直线分布进行计算。按建筑地基基础设计规范(GB50007- 2002)的要求,基础内力按基底反力直线分布进行计算时,要求地基土比较均匀、上部结构刚度较好、荷载分布比较均匀、梁板式筏板基础梁的高跨比或平板式筏板基础的厚跨比不小于1/6,当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。“规范”对基础梁高跨比和板厚跨比的要求,其本质是要保证基础具有一定的刚度,但笔者认为基础刚度应与基底反力的大小相匹配, 对于层数较多的高层建筑而言,该要求很容易满足,但对于层数较少的高层建筑而言,该条要求就显得偏严。（2）基础底板抗冲切验算及抗剪切计算问题。按建筑地基基础设计规范(GB50007- 2002)第8.4.5 条规定, 梁板式筏基底板应满足受冲切承载力和受剪切承载力的要求,通过对跨度从610m、长宽比从13、板厚从4001000mm 变化的梁板式筏基底板的计算来看, 梁板式筏基底板都是受冲切承载力起控制作用, 因此一般的梁板式筏基底板可以不进行底板受剪切承载力的验算。对于平板式筏基而言,底板的柱下及核心筒边的抗冲切验算则必不可少, 且应考虑不平衡弯矩的作用,尤其是边柱和角柱。（3）采用平板式筏板基础时,宜设置平面尺寸较大的柱帽。当有条件时设置上翻式柱帽,没条件时设置下翻式柱帽。设置柱帽有以下优点: 解决底板抗冲切问题；减小底板的计算跨度；减小支座负筋。四、人防地下室的结构设计问题大底盘地下室根据其使用要求通常会分为人防区和非人防区两部分,普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。按照平战结合的设计原则同时考虑结构的受力特点以及经济因素,五级人防区大都设置在主体结构部分,六级人防区大都设置在裙房或纯地下室部分, 并且人防区基本上都位于地下室最下一层；人防地下室和非人防地下室相比,由于增加了核爆动荷载以及对辐射等方面的要求, 使人防地下室在结构设计上与非人防地下室有较大区别,主要体现在以下几个方面:荷载及荷载组合、材料强度、内力计算和构造规定等,人民防空地下室设计规范(GB50038-2005)中都有详细的规定,本文仅涉及其中几个具体的