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中图分类号:S611文献标识码: A
前言
地下空间在对于整个建筑的重要性日益增长,地下停车位、设备房、人防工程等都需要在设置于地下空间,以至于建筑物地下室层数有不断增多的趋势,5、6层的地下室已经不是新鲜事了。地下室层数的增多意味着地下室深度的增加,在地下水丰富且埋深较浅的南方,地下室关于水浮力的设计重要性日益显著。如何处理好水浮力是既关系到建筑物安全、可靠,又对整个项目经济性有很大关系的重要指标。
一、水浮力小于结构自重
当地下室层数多埋深浅、场地抗浮设计水位低或是建筑上部层数多,设计水浮力小于结构自重。地下室底板常设计为墙柱下扩展基础(或是承台)加抗水板的结构形式,这其实就是上部楼面常用的无梁楼盖在地下室底板的应用。上部楼面的无梁楼盖,荷载形式较为单一,各荷载的组合较简单;但在地下室底板的设计中,荷载类型较多,而且存在不同时作用,各种荷载间此消彼长的关系。因此,这一类型的底板设计,关键是荷载工况及荷载组合的正确选择。首先,墙柱受上部楼层的作用,对基础及底板产生力与弯矩。其次,墙柱通过基础,把上部作用传递到地基,在基础上产生地基反力。再次,水浮力的作用,使基础产生于地基反力同向的作用。与此同时,水浮力的产生又抵消了相应部分地基反力的作用。如何理清上部作用、地基反力和水浮力的作用,是底板设计的首要问题。墙柱下扩展基础(或承台)上的作用,应该是上部楼层传递至底层墙柱的荷载效应扣除水浮力作用产生的荷载效应。在这里应该特别注意的是,需扣除的水浮力产生的荷载效应,不只是墙柱下扩展基礎(或承台)范围水浮力的作用。同时,我们应该把墙柱下扩展基础(或承台)周边抗水板所受水浮力作用而传至该扩展基础(或承台)的荷载效应予以考虑。抗水板的荷载较扩展基础(或承台)的荷载作用要简单得多,抗水板不参与上部荷载的传递,因此,抗水板仅受水浮力的作用。除了受地基反力和水浮力的反向作用,抗水板的设计还要考虑地下室使用荷载的正向作用,对两种荷载采用包络设计。各部分的荷载理清后,只要建立相应的整体模型,就可以对底板进行分析设计。
二、水浮力大于结构自重
当地下室层数多埋深大、场地抗浮设计水位高或是建筑上部层数少,甚至是无上部塔楼的纯地下室,往往遇到设计水浮力大于建筑自重的情况。这就是我们通常所说的地下室可浮起来的工况,这种工况下,需进行抗浮稳定设计,可采用增加结构自重、设抗拔锚杆、抗拔桩等形式。对于这种类型的地下室底板的设计,可按设计水浮力输入,底板按整体筏形基础设计。有人可能有疑问,为什么这时候就不用考虑地基反力的作用了。其实道理很简单,当水浮力已经大于结构自重,也就是说水浮力已经大于地基反力了,所以反向荷载设计中,荷载可仅考虑水浮力。当然,正向荷载也是要考虑的,地下室底板设计时正反向荷载采用包络设计。
这里要注意,上述水浮力小于结构自重的情况,底板的结构形式为扩展基础(或承台)加抗水板;而水浮力大于结构自重时,底板的结构形式为整体的筏形基础。从这里可以知道,上一种情况,仅扩展基础(或承台)范围有持力层的要求,极端的情况,抗水板部分可以架空。但整体的筏形基础是对底板下全范围都有持力层的要求,这方面的区别带来底板的施工有所不同,在图纸表达及现场交底时应特别注意。另一方面,水浮力小于结构自重时,扩展基础(或承台)部分是不需要验算裂缝宽度的,该底板结构形式中,仅对抗水板验算水浮力组合下的裂缝宽度。与此不同,水浮力大于结构自重下整体筏形基础的底板设计中,是要对筏形基础全范围验算裂缝宽度。
总结
众多有关地下室水浮力的工程事故警惕我们,不能轻视水的破坏作用。地下室设计抗浮水位的选取需本着安全、可靠、经济的原则,在这个问题上,各地有不同的经验与工程习惯。当无可靠依据,地下室设计抗浮水位应取至建筑物室外地面。各个工程都有其自身的特殊性,只要理解水浮力的作用原理,及地下室底板各荷载工况的相互关系,便能针对各工程作出正确的判断。
前言
地下空间在对于整个建筑的重要性日益增长,地下停车位、设备房、人防工程等都需要在设置于地下空间,以至于建筑物地下室层数有不断增多的趋势,5、6层的地下室已经不是新鲜事了。地下室层数的增多意味着地下室深度的增加,在地下水丰富且埋深较浅的南方,地下室关于水浮力的设计重要性日益显著。如何处理好水浮力是既关系到建筑物安全、可靠,又对整个项目经济性有很大关系的重要指标。
一、水浮力小于结构自重
当地下室层数多埋深浅、场地抗浮设计水位低或是建筑上部层数多,设计水浮力小于结构自重。地下室底板常设计为墙柱下扩展基础(或是承台)加抗水板的结构形式,这其实就是上部楼面常用的无梁楼盖在地下室底板的应用。上部楼面的无梁楼盖,荷载形式较为单一,各荷载的组合较简单;但在地下室底板的设计中,荷载类型较多,而且存在不同时作用,各种荷载间此消彼长的关系。因此,这一类型的底板设计,关键是荷载工况及荷载组合的正确选择。首先,墙柱受上部楼层的作用,对基础及底板产生力与弯矩。其次,墙柱通过基础,把上部作用传递到地基,在基础上产生地基反力。再次,水浮力的作用,使基础产生于地基反力同向的作用。与此同时,水浮力的产生又抵消了相应部分地基反力的作用。如何理清上部作用、地基反力和水浮力的作用,是底板设计的首要问题。墙柱下扩展基础(或承台)上的作用,应该是上部楼层传递至底层墙柱的荷载效应扣除水浮力作用产生的荷载效应。在这里应该特别注意的是,需扣除的水浮力产生的荷载效应,不只是墙柱下扩展基礎(或承台)范围水浮力的作用。同时,我们应该把墙柱下扩展基础(或承台)周边抗水板所受水浮力作用而传至该扩展基础(或承台)的荷载效应予以考虑。抗水板的荷载较扩展基础(或承台)的荷载作用要简单得多,抗水板不参与上部荷载的传递,因此,抗水板仅受水浮力的作用。除了受地基反力和水浮力的反向作用,抗水板的设计还要考虑地下室使用荷载的正向作用,对两种荷载采用包络设计。各部分的荷载理清后,只要建立相应的整体模型,就可以对底板进行分析设计。
二、水浮力大于结构自重
当地下室层数多埋深大、场地抗浮设计水位高或是建筑上部层数少,甚至是无上部塔楼的纯地下室,往往遇到设计水浮力大于建筑自重的情况。这就是我们通常所说的地下室可浮起来的工况,这种工况下,需进行抗浮稳定设计,可采用增加结构自重、设抗拔锚杆、抗拔桩等形式。对于这种类型的地下室底板的设计,可按设计水浮力输入,底板按整体筏形基础设计。有人可能有疑问,为什么这时候就不用考虑地基反力的作用了。其实道理很简单,当水浮力已经大于结构自重,也就是说水浮力已经大于地基反力了,所以反向荷载设计中,荷载可仅考虑水浮力。当然,正向荷载也是要考虑的,地下室底板设计时正反向荷载采用包络设计。
这里要注意,上述水浮力小于结构自重的情况,底板的结构形式为扩展基础(或承台)加抗水板;而水浮力大于结构自重时,底板的结构形式为整体的筏形基础。从这里可以知道,上一种情况,仅扩展基础(或承台)范围有持力层的要求,极端的情况,抗水板部分可以架空。但整体的筏形基础是对底板下全范围都有持力层的要求,这方面的区别带来底板的施工有所不同,在图纸表达及现场交底时应特别注意。另一方面,水浮力小于结构自重时,扩展基础(或承台)部分是不需要验算裂缝宽度的,该底板结构形式中,仅对抗水板验算水浮力组合下的裂缝宽度。与此不同,水浮力大于结构自重下整体筏形基础的底板设计中,是要对筏形基础全范围验算裂缝宽度。
总结
众多有关地下室水浮力的工程事故警惕我们,不能轻视水的破坏作用。地下室设计抗浮水位的选取需本着安全、可靠、经济的原则,在这个问题上,各地有不同的经验与工程习惯。当无可靠依据,地下室设计抗浮水位应取至建筑物室外地面。各个工程都有其自身的特殊性,只要理解水浮力的作用原理,及地下室底板各荷载工况的相互关系,便能针对各工程作出正确的判断。