最全的抗浮设计

有关抗浮设计的专题整理目录一、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二、整体抗浮计算Gk=Gk1+γs×h2Nw,k=γw×hw二、整体抗浮计算Gk=Gk1+γw×h21+γs’×h21+γs×h22=Gk1+γs×h2Nw,k=γw×hw二、整体抗浮计算Gk=Gk1+γw×h2+γs’×h2+γw×h3=Gk1+γs×h2+γw×h3Nw,k=γw×hw=γw×(h1+h2)+γw×h3Gk=Gk1+γs×h2Nw,k=γw×(h1+h2)但局部抗浮设计不适用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。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）三、局部抗浮设计三、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①对X方向板的总弯矩设计值，按下式计算：Mx=qly(lx-2C/3)2/8②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进行分配三、局部抗浮设计表9.2.4截面位置柱下板带跨中板带端跨：边支座截面负弯矩跨中正弯矩第一个内支座截面负弯矩0.330.260.500.040.220.17内跨：支座截面负弯矩跨中正弯矩0.500.180.170.15注:1、在总弯矩量不变的条件下，必要时允许将柱上板带负弯矩的10%分配给跨中板带。2、本表为无悬挑板时的经验系数，有较小悬挑板时仍可采用。当悬挑板较大且负弯矩大于边支座截面负弯矩时，须考虑悬臂弯矩对边支座及内跨的影响。3、计算柱上板带负弯矩时，其配筋计算的h0应取柱帽或柱托的有效厚度，并应验算变截面处的承载力。对防水板来说应取防水板的有效高度。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。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=αψζ/Es（1.9Cs+0.08deq/ρte）Ψ=1.1-0.65×ftk/(ρteσs）Ρte=（As+Ap)/Ate防水板为受弯构件，故α=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.mσs=M/(0.87Xh0XAs)=114.4x106/（0.87x370x1571）=219.1ρte=As/Ate=1571/（0.5x400x1000）=0.00790.01,取0.01Ψ=1.1-0.65x2.2/（0.01x219.1）=0.45Wmax=1.9x0.45x219.1/（2x105）x(1.9x20+0.08x20/0.01)=0.185Wlim=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）三、局部抗浮设计M=0.5x1726.6/4.05=213.2KN.mσs=M/(0.87Xh0XAs)=213.2x106/（0.87x350x3142）=222.8ρte=As/Ate=3142/（0.5x400x1000）=0.0160.01Ψ=1.1-0.65x2.2/（0.016x222.8）=0.7Wmax=1.9x0.7x222.8/(2x105)x(1.9x30+0.08x20/0.016)=0.26Wlim=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。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（）;costkakHNtkHakN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yakbsfNKAiiyfsAibK边坡工程安全等级安全系数临时性锚杆永久性锚杆一级1.82.2二级1.62.0三级1.41.8四、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rbkakafDKNl边坡工程安全等级安全系数临时性锚杆永久性锚杆一级2.02.6二级1.82.4三级1.62.2al四、抗浮锚杆设计岩石类别frbk值（kPa）极软岩270~360软岩360~760较软岩760~1200较硬岩1200~1800坚硬岩1800~2600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：fr5MPa为极软岩，5MPafr15MPa为软岩，15MPafr30MPa为较软岩，30MPafr60MPa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四、抗浮锚杆设计黏性土砂土碎石土土的状态坚硬硬塑可塑软塑frbk值（kPa）65~10050~6540~5020~40土层种类100~140140~200200~280120~160160~220220~300稍密中密密实稍密中密密实注：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