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有关抗浮设计的专题整理 1 目录 一 概述二 整体抗浮设计三 局部抗浮设计四 抗浮锚杆的设计五 施工阶段的抗浮设计 2 一 概述 根据 地规 3 0 2第6条 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 抗浮设计应根据地质报告出具的抗浮设计水位进行计算 现阶段设计过程中经常会遇到地质报告不全或者是非正式的地质报告 在看地质报告的过程中要着重检查有无抗浮水位的描述 描述是否准确 前后结论是否一致 发现问题应及时与建设方和勘察部门联系确认 抗浮水位有时会影响基础形式的选取 抗浮设计从设计阶段来界定可分为施工阶段的抗浮设计和使用阶段的抗浮设计从设计步骤上可分为整体抗浮设计和局部抗浮设计 3 二 整体抗浮设计 1 整体抗浮设计应符合 地规 5 4 3Gk Nw k Kw式中 Gk 建筑物自重及压重之和Nw k 浮力作用值Kw 抗浮稳定安全系数 一般情况下可取1 05 下面以地下车库为例 对式5 4 3进行分析Gk 建筑物自重及压重之和 这里面不包含活荷载和后砌隔墙荷载 Gk自上而下主要包括车库顶板的覆土荷载 车库顶板的梁板自重 柱子荷载较小可不参与计算 车库筏板或者防水板上覆土自重 车库筏板或者防水板的自重 这里有三点需要注意 1 在计算结构自重时 对自重变异较大的材料和构件 自重标准值应取下限值 4 二 整体抗浮计算 2 水头高度的计算 无论抗浮设计水位的标高是否高于地下室顶板 计算时最高取至地下室顶板标高 3 地下室顶板的覆土容重 位于地下水位以下 取浮容重 位于地下水位以上根据压实程度取16 17以下根据水位于车库的三种标高关系分别推算 5 二 整体抗浮计算 Gk Gk1 s h2Nw k w hw 6 二 整体抗浮计算 Gk Gk1 w h21 s h21 s h22 Gk1 s h2Nw k w hw 7 二 整体抗浮计算 Gk Gk1 w h2 s h2 w h3 Gk1 s h2 w h3Nw k w hw w h1 h2 w h3 Gk Gk1 s h2Nw k w h1 h2 但局部抗浮设计不适用 8 2 若整体不满足设计要求时 通常有三种处理方式增加压重 采用抗浮锚杆 采用抗拔桩整体抗浮稳定性不满足设计要求而采取增加压重的措施时 可采取地下室底板压重 顶板压重两种方式 压重材料可根据需要选用普通回填土 毛石混凝土 素混凝土 铁屑混凝土等1 对于非岩石地基如粉质粘土 粉土 中粗砂等易开挖的地基 应首选地下室底板压重方案 其优点是地下室底板局部抗浮受力减小从而节省结构底板造价 地下室顶板梁不受影响 缺点是开挖及回填量增大 竖向构件长度增大 2 对于岩石地基等开挖难度较大的地基 优选地下室顶板压重的方案 多层地下室同理 其优点是减少爆破开挖及回填量 竖向构件长度不受影响 缺点是底板 顶板均比底板压重方案增加受力及结构造价 竖向构件可能也会增加造价 二 整体抗浮设计 9 三 局部抗浮设计 1 局部抗浮设计必须在整体抗浮稳定性满足设计要求的前提下进行2 当地下室整体抗浮满足要求或采取压重措施后整体抗浮满足要求时 局部抗浮设计应包含以下内容 1 荷载确定 基底标高浮力 底板及其上覆土自重承载力计算时应乘以分项系数 其中水浮力的分项系数取1 35 自重的分项系数取1 0裂缝计算时取标准值2 根据不同的基础形式选用不同的计算方法 进行地下室底板 基础 混凝土构件的抗弯 抗剪 抗裂等计算 完成截面配筋设计 3 构造设计 除梁板式抗水底板外 独立基础加抗水底板 筏板等基础形式均需满足无梁楼盖的构造要求 10 三 局部抗浮设计 1 局部抗浮设计 以如下布局为例进行计算 11 三 局部抗浮设计 12 三 局部抗浮设计 1 首先验算整体抗浮是否满足水浮力 F 4 2 0 5 0 4 x10 51覆土折算荷载 1 7 0 5 x16 35 2顶板底板折算荷载 0 25 0 4 X25 16 25顶板主次梁折算荷载 0 5x 1 0 25 x2x8 1 0 3x 0 8 0 25 x4x8 1 X25 8 1x8 1 4 35合计 Gk 35 2 16 25 4 35 55 855 8 1 05 53 1 51整体抗浮满足设计要求2 局部抗浮设计 13 三 局部抗浮设计 2 局部抗浮设计 柱距8 1X8 1 柱帽在计算弯矩方向的有效宽度 14 三 局部抗浮设计 见上部两个图图示 按照经验系数法计算 应先计算垂直荷载产生的板的总弯矩设计值 然后按照 全国民用建筑设计技术措施 结构 混凝土结构 表9 2 4确定柱上板带和跨中板带的弯矩设计值对X方向板的总弯矩设计值 按下式计算 Mx qly lx 2C 3 2 8对Y方向板的总弯矩设计值 按照下式计算 My qlx ly 2C 3 2 8式中q 垂直荷载设计值lxly 等代框架梁的计算跨度 即柱中心线之间的距离C 柱帽在计算弯矩方向的有效宽度 见上图两个方向的总弯矩计算完成后 按照表9 2 4进行分配 15 三 局部抗浮设计 表9 2 4 16 三 局部抗浮设计 按照表9 2 4进行分配结束后 根据承载力及裂缝计算公式进行计算 以上图计算为例 1 承载力计算 防水板承受的净水浮力 q 1 35 51 0 5 16 0 4 25 50 85KN m2总弯矩 Mx qly lx 2C 3 2 8 49 85 8 1 8 1 2 1 2 3 2 8 2743 7KNm 上柱墩高度300 C 0 3 0 6 0 3 1 2 由表9 2 4 以端跨为例 得 X方向 跨中正弯矩最大值 M正 0 26 2743 7 4 05 176 2KNm支座负弯矩最大值 M负 0 5 2743 7 4 05 338 7KNm混凝土强度等级为C35 钢筋等级为HRB400 防水板厚h 400mm 则As正 176 2 106 0 9 360 370 1470mm2As负 338 7 106 0 9 360 350 2987mm2所以 防水板上部钢筋取20 200 1571mm2 双向设置 下部钢筋支座处20 200附加20 200 1571 2 3142mm2 Y方向防水板配筋同X方向 17 三 局部抗浮设计 2 裂缝计算 根据 混凝土结构设计规范 7 1 1 3 Wmax Wlim由 混凝土结构设计规范 7 1 2 Wmax Es 1 9Cs 0 08deq te 1 1 0 65 ftk te s te As Ap Ate防水板为受弯构件 故 1 9X方向 q 51 0 5 16 0 4 25 33KN m2M 33x8 1x 8 1 2x1 2 3 2 8 1781KNm2跨中 取Cs 20M正 0 26x1781 4 05 114 4KN m s M 0 87Xh0XAs 114 4x106 0 87x370 x1571 219 1 te As Ate 1571 0 5x400 x1000 0 0079 0 01 取0 01 1 1 0 65x2 2 0 01x219 1 0 45Wmax 1 9x0 45x219 1 2x105 x 1 9x20 0 08x20 0 01 0 185 Wlim 0 2 混规 表3 4 5 支座 取Cs 30 设计总说明为50 根据 混凝土耐久性规范 3 5 4保护层厚度大于30时取30 18 三 局部抗浮设计 M 0 5x1726 6 4 05 213 2KN m s M 0 87Xh0XAs 213 2x106 0 87x350 x3142 222 8 te As Ate 3142 0 5x400 x1000 0 016 0 01 1 1 0 65x2 2 0 016x222 8 0 7Wmax 1 9x0 7x222 8 2x105 x 1 9x30 0 08x20 0 016 0 26 Wlim 0 2 混规 表3 4 5 同理计算下部钢筋需22 200支座附加22 200 Wmax 0 20Y方向裂缝计算同X方向 综上 防水板配筋满足承载力计算和裂缝计算的要求 19 四 抗浮锚杆设计 1 本文仅针对基础形式为独立基础加防水板方式 筏板基础另行研究当采取抗浮锚杆措施以满足整体抗浮设计要求时 局部抗浮设计应符合以下要求 1 确定抗浮锚杆方案 每平米锚杆抗力 基底标高浮力 底板及其上部覆土自重 Kw2 基础形式为独立基础加防水板时 抗浮锚杆布置在独立基础范围以外的抗水底板区域 独立基础范围内一般无需布置 防水板厚度应满足抗渗等级 锚杆锚固等要求 防水板配筋按构造要求设置 锚杆间距较大时尚应复核防水板配筋 3 抗浮锚杆设计参 建筑边坡工程技术规范 GB50330 2013第8 2节设计计算8 2 1锚杆轴向拉力标准值应按下式计算 8 2 1 式中 相应于作用的标准组合时锚杆所受轴向拉力 kN 锚杆水平拉力标准值 kN 锚杆锚固段有效锚固长度 20 四 抗浮锚杆设计 8 2 2锚杆钢筋截面面积应满足下列公式的要求 普通钢筋锚杆 8 2 2 1 式中 锚杆钢筋的截面面积 m2 普通钢筋抗拉强度设计值 kPa 锚杆杆体抗拉安全系数 应按表8 2 2取值 表8 2 2锚杆杆体抗拉安全系数 21 四 抗浮锚杆设计 8 2 3锚杆锚固体与岩土层间的长度应满足下式的要求 8 2 3 式中 锚杆锚固体抗拔安全系数 按表8 2 3 1取值 K 锚杆锚固体长度 m 尚应满足本规范8 4 1条的规定 frbk 岩土层与锚固体极限粘结强度标准值 kPa 应通过试验确定 当无试验资料时可参见表8 2 3 2和表8 2 3 3取值 D 锚杆锚固段钻孔直径 mm 表8 2 3 1岩土锚杆锚固体抗拔安全系数 22 四 抗浮锚杆设计 注 1适用于注浆强度等级为M30 2仅适用于初步设计 施工时应通过试验检测 3岩体的结构面发育时 取表中下限值 4岩石类别根据天然单轴抗压强度fr划分 fr 5MPa为极软岩 5MPafr 15MPa为软岩 15MPafr 30MPa为较软岩 30MPafr 60MPa为较硬岩 fr15MPa为坚硬岩 表8 2 3 2岩体与锚固体极限粘结强度标准值 23 四 抗浮锚杆设计 注 1适用于注浆强度等级为M30 2仅适用于初步设计 施工时应通过试验检测 表8 2 3 3土体与锚固体极限粘结强度标准值 24 四 抗浮锚杆设计 8 2 4锚杆杆体与锚固砂浆间的长度应满足下式的要求 8 2 4 式中 锚筋与砂浆间的锚固长度 m d 锚筋直径 m n 杆体根数 根 钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值 kPa 应由试验确定 当缺乏试验资料时可按表8 2 4取值 表8 2 4钢筋 钢绞线与水泥砂浆之间的粘结强度设计值fb 注 1当采用二根钢筋点焊成束的做法时 粘结强度应乘0 85折减系数 2当采用三根钢筋点焊成束的做法时 粘结强度应乘0 70折减系数 3成束钢筋的根数不应超过3根 钢筋截面总面积不应超过锚孔面积的20 当锚固段钢筋和注浆材料采用特殊设计 并经试验验证锚固效果良好时 可适当增加锚杆钢筋的数量 25 四 抗浮锚杆设计 锚杆计算实例水头h 6 3m防水板厚400mm 其上土厚 600mm假定锚杆间距S 2m 锚杆直径D 150mm水浮力 6 3X10 63kN m2防水板厚400mm 0 4X25 10kN m2其上土重 0 6x16 9 6kN m21 计算锚杆的钢筋截面面积净水浮力标准值 F 63 10 9 6 1 05 44 3kN m2现锚杆布置间距为2 0m 2 0m则 锚杆轴向拉力标准值为 Nak 44 3 2 2 177 2kNAs 2 0 177 2 103 360 984取3跟22As 11402 锚固体与岩土层间的长度la 2 4 177 2 3 14 0 15 150 6 1m根据地勘frbk 150 26 四 抗浮锚杆设计 3 锚杆杆体与锚固砂浆间的锚固长度la 2 4 177 2 3 3 14 22 2 4 2 1根据 边坡规范 8 4 1 土层锚杆的锚固