浅谈地下室结构的抗浮设计

2015-12-25易文迪南昌同济规划建筑设计有限公司江西南昌330077

江西建材 2015年1期

■易文迪 ■南昌同济规划建筑设计有限公司，江西南昌 330077

随着我国城市化的大力推进，国家土地资源越来越稀缺，建筑行业和交通行业越来越重视向空中和地下的发展。越来越多的高层建筑住宅因其结构和功能的需要设置了地下室。地下室的抗浮设计对地下室整体造价有重要影响。对于有地下室的高层建筑来说，主楼部分一般都不会产生整体抗浮问题。但是对于纯地下室的部分和裙房部分而言，由于自身压重较小，整体抗浮可能不足，如果设计人员疏忽，在地下室设计中未进行整体和局部的抗浮分析，由于抗浮不够，容易导致施工过程中的局部破坏，甚至可能导致地下室在洪水期整个上浮。

笔者根据自身的设计经验，对地下室抗浮设计中应注意的几个关键问题进行分析和讨论，供同行参考。

1 地下室抗浮设计水位

《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)第3．0．2条第6款规定“建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，尚应进行抗浮验算”。并在条文说明中指出:抗浮设计水位是很重要的设计参数，影响因素众多，不仅与气候、水文地质等自然因素有关，有时还涉及地下水的开采、上下游水量调配、跨流域调水和大量地下工程建设等复杂因素。对情况复杂的重要工程，要在勘察期间预测建筑物使用期间水位可能发生的变化和最高水位有时相当困难。故现行国家标准《岩土勘察规范》GB50021规定，对情况复杂的重要工程，需论证使用期间水位变化，提出抗浮设防水位时，应进行专门研究［2］

2 地下室结构的抗浮设计

2．1 整体抗浮

根据文献［2］中的第5．4．3条规定，地下结构物的抗浮设计对地下室抗浮设计的总原则是应满足式(2-1)要求:

当不满足(2-1)式的要求，应进行地下室抗浮设计。

常见的整体抗浮设计方法通常采用增加结构物自重或采用抗拔桩、抗拔描杆等，使结构的抗浮力与地下水引起的浮力相平衡，从而达到抗浮的目的。本方法施工工艺成熟，一直被广泛运用。

2．2 局部抗浮

局部抗浮验算指地下室底板在浮力作用下的内力分析，按逐个柱的受荷面积来进行，此时地下水浮力扣除底板自重后相当于地基净反力。局部抗浮验算包括地基净反力作用下的梁板截面配筋计算和底板裂缝验算。并主要针对那些上部结构层数少，结构自重小的部位，特别是地下室在高层塔楼边界范围外的部位。

3 地下室抗浮设计工程实例

某住宅小区由多栋高层剪力墙结构组成，地下设一层地下室。地下车库占地面积约为2．2万平方米，顶板覆土约1．5米。

3．1 地下室整体抗浮验算

(1)地下室水浮力计算:勘察单位提供的抗浮设计水位为-黄海高程144．120m，则:地下水位标高:-2．780m。地下室底板面标高:-6．100m，底板厚度:300mm。水浮力:P=(6．100-2．780+0．3)x10=36．20KN/m2。

(1)地下室底板单位面积恒载计算:①底板自重:G1=0．3x25+0．1x20=9．50KN/m2;②基础梁折算板厚重量(取轴网为 8．10mx8．10m及相邻板块计算，已扣除基础梁与底板重叠部分):G2=(0．8-0．3)x0．40x(8．10-2．00)x25x2/(8．1x8．1)=0．930KN/m2;③承台折算板厚重量(取轴网为8．10mx8．10m及相邻板块计算，已扣除承台与梁、板重叠部分):G3=2．0x2．0x(0．90-0．3)x25/(8．10x8．10)=0．914KN/m2;④地下室底板单位面积总恒载:G0=G1+G2+G3=9．50+0．930+0．914=11．344KN/m2。

(3)地下室顶板单位面积恒载计算:①顶板自重:0．25x25+0．1x20=8．25KN/m2;②顶板梁折算板厚(取轴网为8．10mx8．10m 及相邻板块计算，已扣除梁与板重叠部分):

(8．1-0．5)x0．3x(0．8-0．25)x25x2+(8．1-0．6)x0．5x(1．0-0．25)x25x2=62．70+121．887=203．325KN;折算为单位面积重量:203．325/(8．10x8．10)=3．10KN/m2;③顶板覆土自重:1．50x18．0=27．00KN/m2;④地下室框架柱折算板厚重量(取轴网为8．10mx8．10m及相邻板块计算):

0．6x0．6x(4．3-0．25)x25/(8．10x8．10)=0．556KN/m2;地下室顶板单位面积总恒载:G1=8．25+3．10+27．00+0．556=38．906KN/m2。

(4)地下室抗浮荷载比较:总抗浮承载力为:Q=G0+G1=11．344+38．906=50．250KN/m2;Q/P=50．250/36．20=1．39 ＞ 1．05;故地下室整体抗浮满足要求。

3．2 地下室局部抗浮计算

(1)桩抗拔承载力计算:依据《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)第5．4．5条及第5．4．6条，本工程桩具有一定的抗拔承载力，由桩侧摩阻力(未计桩自重)提供。本工程纯地下室部分桩径为400mm，持力层为粗砂，入岩10倍桩径。本工程《钻孔灌注桩(嵌岩)桩基承载力估算表》已算出桩侧土总极限侧阻力标准值Qsk为1761KN，取抗拔系数=0．5(该值为《岩土工程勘察报告》建议值)，则可计算出单根桩由摩阻力提供的抗拔承载力标准值为:Tuk=λμ∑qsikli=0．5x1761=880．5KN;桩身抗拔承载力取桩内纵筋抗拉承载力之和(单根桩配筋为6C14):

N=n﹒ fyAs=6x360x3．14x142/4=387727N=332．34KN ＜ Tuk/2;故桩抗拔承载力由桩身纵筋抗拉承载力控制。在已算出在不设置抗拔桩的情况下，地下室整体抗浮已满足要求，考虑地下水在极端天气情况下的变化，将该抗拔承载力作为地下室整体抗浮承载力的安全储备。

(2)地下室底板配筋计算时荷载取值。依据倒楼盖计算方法，地下室底板抗浮荷载标准值:Q=P-G1=36．20-9．5=26．700KN/m2。本计算所取轴网尺寸为本工程中尺寸较大板块计算，因此，本地下室底板配筋计算时抗浮荷载标准值为26．700KN/m2。