地下室结构的抗浮设计——江阴市第一初级中学新校区地下室抗浮设计

发表时间:2019/12/16   来源:《防护工程》2019年16期   作者:俞以凡
[导读] 地下室抗浮设计在施工过程中非常重要,若是地下室抗浮设计不合理,那就有可能导致许多工程事故的发生,一般容易造成地下室的上浮,进而导致上部结构出现大量的裂缝。本文即结合江阴市第一初级中学新校区地下室结构的抗浮设计详细阐述地下室抗浮的设计要点

俞以凡
        江苏中锐华东建筑设计研究院有限公司  214400
        摘要:地下室抗浮设计在施工过程中非常重要,若是地下室抗浮设计不合理,那就有可能导致许多工程事故的发生,一般容易造成地下室的上浮,进而导致上部结构出现大量的裂缝。本文即结合江阴市第一初级中学新校区地下室结构的抗浮设计详细阐述地下室抗浮的设计要点
        关键词:地下室、抗浮设计、水位、抗拔桩
       
       
        一、地下室结构抗浮设计的重要性
        土地资源在我国高速城市化的进程中变得越来越稀缺,因而地下空间得到了更为广泛的发展。高层建筑由于其结构设计和功能的需要会设置地下室结构。地下室的抗浮设计至关重要,不仅关系到结构设计的安全性,也是影响工程造价的重要因素。尤其是对于纯地下室的部分和裙房部分,这两部分结构自身的压重很小,因此其整体抗浮的能力会不够,如果在设计中忽略了对该部分的抗浮设计,就会导致整体结构的破坏,甚至造成洪水期地下室结构的整体上浮,威胁建筑的安全。
        二、地下室结构抗浮设计的原理
        地下室结构由其顶板、底板、侧墙组成一个空腔,主体所受水浮力相当于其排开抗浮水位的水体的重量。地下室结构抗浮设计的目标是确保地下室整体结构在洪水不会发生上浮,进而破坏梁板柱结构。在抗浮设计合理后,还需要确保地下室结构的局部构件能够承受水的浮力。
        (一)抗浮水位取值
        抗浮水位取值是抗浮设计中的重点,要想准确计算出水浮力,就需要结合详细的地质勘查报告进行取值,而如果是遇到以下一些特殊的情况,那么就要进行详细的分析和论证。
        (二)整体抗浮
        地下室整体抗浮通常优先利用建筑的自重(包括梁柱板自重、面层做法、上部覆土等,不含楼面活荷载)来平衡地下室水的总浮力。当不能平衡时,若自重与总水浮力差距不大,可采用增加顶板覆土,底板配重等方法抗浮,但往往这种处理方式会增加正向竖向力的情况下梁板的配筋。当地下室埋深较深时,自重往往与水浮力相差较远,这种情况下就需要增设抗拔桩或者锚杆来抵抗地下水的浮力。
        (三)局部抗浮验算
        梁板墙柱结构构件的强度验算以及容易被忽略的变形验算和裂缝验算。
        三、工程实例分析
        (一)工程概况
        江阴市第一初级中学新校区体艺楼、食堂、地下室建筑面积为2万m2,由 1 层地下室(局部纯地下室)、5层体艺、食堂楼组成。其中地下室建筑面积为9000m2左右,部分地上建筑都与地下室相连,以地下室顶板作为结构嵌固端。5 层体艺楼、食堂采用框架结构。工程设计基本地震加速度0.10g,抗震设防烈度 6 度,与主体相连地下室按三级抗震采取措施,纯地下室按四级抗震采取抗震措施。
        (二)基础抗浮设计
        本工程正负0.00为1985国家高程4.00m,底板底标高为高程-2.10m。根据地勘报告,设计抗浮水位取高程3.50m,枯水位取高程2.0m,抗拔桩竖向极限承载力特征值Ra取300KN。



        1、地下室底板抗浮计算
        (1)整体抗浮计算(例取典型区格柱网为8m*8m计算)
        250厚顶板+500厚底板自重:(0.25+0.5)*25*8*8=1200KN
        200厚底板面层重:0.2*20*8*8=256KN
        1200厚覆土(容重取规范较小值):1.2*14*8*8=1075KN
        600*600柱自重:0.6*0.6*25*4=36KN
        顶板主梁次梁自重:0.5*0.95*25*8+0.3*0.55*8=290KN
        上部对抗浮有利荷载自重共计为2857KN
        满水位最大水浮力:(3.5+2.1)*10*8*8=3584KN
        最大水浮力大于上部荷载自重,需要增设抗拔桩来共同抵挡地下水浮力。该
        区格下设置4根抗拔桩,则抗拔桩承载力+上部自重为                    2857+1200=4057KN>1.05倍最大水浮力。按此方式在各个柱网下设置相应数量的抗拔桩,整体抗浮满足。
        (2)局部抗浮计算
        柱下独立基础高 1000mm,底板厚 500mm,柱下承台按 45°角扩散,除去柱下独立基础面积,地下室底板承受的水浮力 q 计算如下:
        底板承受正向力(自重最不利-枯水位水浮力)
        自重最不利:500厚底板+200厚面层+车库活载=21.2KN/m2
        枯水位水浮力:(2+2.1)*10=41KN/m2
        由此底板正向最不利自重小于枯水位水浮力,故底板正向不考虑。
        底板承受反向力
        自重最不利:500厚底板+200厚面层=16.5KN/m2
        枯水位水浮力:(2.0+2.1)*10=41KN/m2
        满水位水浮力:(3.5+2.1)*10=56KN/m2
        取枯水位水浮力-自重最不利=反向力恒载=41-16.5=24.5KN/m2
        取满水位水浮力-枯水位水浮力=反向力活载=56-41=15K N/m2
        由上计算结果按地下室底板倒楼盖计算,计算软件PKPM,地下室底板板顶板底配筋均接近构造配筋,另外,计算结果显示地下室底板裂缝满足《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)]要求,故局部抗浮满足要求。
        (三)地下室底板变形验算
        地下室底板需有一定的刚度,使其变形在允许范围内。针对不同的孔位输入实际勘探土层分布和底板厚度,运用PKPM软件对地下室底板进行桩筏有限元分析。结果显示,地下室底板最大变形量为 2.89mm,相邻柱基沉降差<0.002L,满足建筑地基基础设计规范5.3.4条。
        四、总结
        由于江阴地区地下水位较高,故抗浮水位往往取到室外地面以下50公分。在此前提下,增加顶板覆土或底板配重的方式往往与总水浮力相差较远,且不太经济。在实际工程操作中,采用抗拔桩的方式来抗浮,且抗拔桩兼抗压桩,两者在正向和负向的竖向力下,桩数基本接近,是一种比较科学和经济的桩基础形式。

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