建筑结构设计地下室抗浮怎么计算

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。关键词：抗浮设计、抗浮水位、抗浮稳定、水的浮力、抗拔构件①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。②抗浮水位不易确定。③抗浮现状——施工阶段浮起，使用阶段浮起，特殊情况浮起。④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。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》DB42/242-2003[1]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。（1）地下建筑物浮起的基本条件。水对地下建筑物的浮力大小遵循阿基米德原理，水对物体的浮力等于物体排开同体积水的重量。同时水的浮力作用也遵循连通管原理，即不同截面尺寸的各连通管水位等高，且压强相等。因此，当地下建筑物与周围介质间存在薄层自由水膜时，无论水的性质是潜水、上层滞水或承压水，即可产生强度为γh的浮力（γ为水的重度，h为建筑物基底以上的水深），当水浮力强度大于地下建筑物单位面积的重量时，建筑物即可浮起，当水不断补充时，建筑物将不断上浮，所以，建筑物浮起是一个渐进过程。水量的大小只是控制着建筑物上浮速度和上浮量，而水位高低则是控制建筑物上浮的基本要素。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？2.1施工阶段，使用阶段及特殊情况下地下建筑物整体及局部抗浮稳定验算。明挖法施工的地下建筑，在施工阶段发生浮起的事故较为常见。当施工阶段建筑物自重及抗拔构件的抗拔力不足以平衡水的浮力时，应提出施工中排水或其它抗浮措施。Hl*Vi3bQU在施工阶段及使用阶段，地下建筑物的整体及局部抗浮稳定均必须得到保证，设计中往往忽略了局部稳定的验算。如地下室考虑外墙自重及其它局部墙体自重后，满足整体抗浮稳定要求，但在墙体或荷载较少的部分，建筑物荷载不能平衡水的浮力，此时地下建筑物局部浮起，使结构应力重分配，造成部分结构受损或破坏。再如为了平衡水的浮力，将地下室底板外挑，以外挑部分的上覆土重增加稳定力，此时，如果地下结构面积较小，刚度很好时，可以起到作用，反之，也将造成结构的受损或破坏。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。2.2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。2.3抗拔构件的抗力及强度验算。当建筑物重量不能平衡水的浮力时，需设置抗拔构件，如抗拔桩及锚杆等。抗拔构件的抗力（抗拔力）应通过抗拔试验确定，不能以估算值为依据。在抗拔试验的基础上尚应对抗拔构件的强度及抗裂进行验算。抗拔构件中的抗裂验算较为复杂，当采用预应力管桩作抗拔桩时，如何考虑截桩后的预应力损失，抗拔计算以及连结构造等尚应进一步研究。3、什么情况下，可不考虑水浮力作用？对于这个问题，国家标准及行业标准未作明确规定。湖北省曾发生多起埋置于无地下水的粘土及老粘土中的地下室浮起事故，为此，《建筑地基基础技术规范》DB42/242-2003[1]：“施工期间应采取可靠措施，防止基坑内积水，使用中应采取措施防止场地积水。”“地下建筑物埋于不透水土层，周边填土为密实的不透水土，当场地无积水时，可不考虑水的浮力作用。”�Z2D@�l�上述条文的内涵是地下建筑物周边的水不能渗入基底，地面水也不能渗入基底，即作到地下建筑物完全埋置于无水的土层内，方可不考虑水的浮力作用。为此，必须满足以下条件：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。3.2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。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。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-��s�3.5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。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。4、抗浮水位如何确定？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。《岩土工程勘察规范》GB50021-2001[2]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。”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3～5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。《建筑地基基础技术规范》DB42/242-2003[1]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。”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。5、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？�#�]}�]Z�E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。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。4c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：.《地下工程防水技术规范》GB50108-2001[3]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1.05～1.10，施工期间应采取有效的抗浮力措施。”《建筑结构荷载规范》GB50009-2001[4]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。”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1.05～1.10。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。6、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？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。当抗浮水位低于顶板面时，填土自重按土的天然重度计算。填土上的活荷载均不应考虑。4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:①拟建场地历史最高水位；②近3～5年最高水位；③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3～5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1/16～1/22,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:①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；②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:①增加基础底板的厚度；②增加基础顶面覆土厚度；③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