地下室底板在水浮力作用下的設(shè)計(jì)分析

胡嚇福

(福建省博正建筑設(shè)計(jì)有限公司，福建 石獅 362700)

底板抗浮問(wèn)題是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工建設(shè)中應(yīng)考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。地下室作為地下空間結(jié)構(gòu)的具體表現(xiàn)之一，在當(dāng)前的建筑項(xiàng)目中有著較為廣泛的應(yīng)用。底板是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，在受到地下潮濕環(huán)境以及天氣等原因影響時(shí)，地下室底板很容易出現(xiàn)上浮隆起、浸泡開(kāi)裂等病害，進(jìn)而影響地下室整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和穩(wěn)定性?；诖?，結(jié)合實(shí)際的地下室工程來(lái)對(duì)底板在水浮力作用下的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)優(yōu)化提升地下室工程的建設(shè)水平具有積極的意義。

1 地下室底板設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

基于保障地下室底板設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求，結(jié)合以往地下室工程的施工經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)抗浮問(wèn)題是影響地下室底板優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要因素。在受到水浮力作用影響的情況下，地下室底板在投入使用后很容易出現(xiàn)變形的情況，危害整個(gè)地下室工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量[1]。當(dāng)前對(duì)于地下室項(xiàng)目的研究，也主要基于地下室底板的抗浮問(wèn)題進(jìn)行分析。

從彈性力學(xué)的角度進(jìn)行分析，當(dāng)?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的底板板厚與板面最小尺寸比值在1/80～1/10之間時(shí)，底板類(lèi)型為薄板[2]?；谶@一前提來(lái)構(gòu)建地下室底板的彈性薄板力學(xué)模型，重點(diǎn)針對(duì)地下室底板的撓度來(lái)進(jìn)行計(jì)算，從而判斷薄板在使浮力作用下的變形情況。這一過(guò)程主要基于以下公式來(lái)進(jìn)行。

在以上公式中，u、v代表底板薄板的縱向位移，ω代表底板撓度，x，y，z為底板薄板基本點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值，?代表底板形變系數(shù)。

在此基礎(chǔ)上，將主要的應(yīng)力分量、次要應(yīng)力分量，基于底板的上下板邊界條件來(lái)對(duì)地下室底板撓度進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算，然后依據(jù)圣維南原理，重點(diǎn)探頭地下室底板的應(yīng)力、應(yīng)變、彎矩等內(nèi)力參數(shù)大小與撓度之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)底板薄板的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算分析。

基于該理論進(jìn)行實(shí)際地下室底板應(yīng)力的計(jì)算分析，需要在結(jié)合工程實(shí)際情況的前提下，引入先進(jìn)的系統(tǒng)程序算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。為驗(yàn)證針對(duì)地下室底板撓度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，相關(guān)工程在實(shí)際建設(shè)中能夠運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)軟件，以構(gòu)建地下室底板結(jié)構(gòu)模型的方式，基于系統(tǒng)程序來(lái)對(duì)地下室底板的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析與計(jì)算。

2 地下室底板抗浮設(shè)計(jì)問(wèn)題

在結(jié)合以往地下室工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)地下室底板在實(shí)際設(shè)計(jì)中，主要受到抗浮問(wèn)題的影響，對(duì)于地下室底板的抗浮設(shè)計(jì)，存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

1)在水浮力作用的影響下，基礎(chǔ)底面會(huì)受到水壓力差的影響而產(chǎn)生揚(yáng)壓力。而水在經(jīng)過(guò)地層縫隙滲入地基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的過(guò)程中也會(huì)不斷流動(dòng)。在這一情況下，如果依據(jù)地下水的凈水水位來(lái)確定抗浮水位，處于飽和狀態(tài)的沙土在受到地震作用的影響下，會(huì)因發(fā)生液化現(xiàn)象而在短時(shí)間內(nèi)快速增強(qiáng)地下水浮力作用。為應(yīng)對(duì)水浮作用對(duì)地下室底板結(jié)構(gòu)質(zhì)量效果產(chǎn)生的影響，抗浮樁、錨桿錨固技術(shù)等方法逐漸被應(yīng)用到地下室的抗浮設(shè)計(jì)當(dāng)中。

2)水浮力作用主要受到地下水位高低以及地質(zhì)土層孔隙率、含水率等方面的影響，為實(shí)現(xiàn)對(duì)地下室底板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)在工程前期勘察階段，通過(guò)水壓試驗(yàn)的方式，在明確地下室底板抗浮設(shè)防水位的同時(shí)，也能夠?yàn)榈叵率业装宓膬?yōu)化設(shè)計(jì)提供更科學(xué)的參考依據(jù)[4]。這一過(guò)程往往需要依據(jù)更先進(jìn)的系統(tǒng)軟件和對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)勘查，支持對(duì)于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)地下室結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)應(yīng)力以及荷載等參數(shù)的計(jì)算和分析。但在實(shí)際項(xiàng)目建設(shè)中發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前的地下室工程建設(shè)中，大多仍簡(jiǎn)單依靠BIM模型來(lái)模擬地下室結(jié)構(gòu)，未能將有限元分析等方法與BIM結(jié)合起來(lái)，因而缺少對(duì)于具體結(jié)構(gòu)參數(shù)的細(xì)致分析，影響抗浮設(shè)計(jì)的實(shí)際效果。

3)應(yīng)用錨桿錨固技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地下室底板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要將毛固體作為中介載體，將地下室的支護(hù)結(jié)構(gòu)或上部建筑物受到的荷載傳遞至錨固所在的地層中，以此來(lái)達(dá)到分散水浮力作用，提升地下室結(jié)構(gòu)抗浮性能效果的目的。為保障錨桿錨固技術(shù)在地下室結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果，需要在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中通過(guò)設(shè)置巖石錨桿基礎(chǔ)的方式，讓錨桿與基巖能夠連接成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)，并在施工中嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)的操作規(guī)范來(lái)進(jìn)行作業(yè)?；诠こ探ㄔO(shè)要求的差異，實(shí)際用于地下室工程的錨桿錨固技術(shù)，因?yàn)樽屽^桿抗拔承載力這一特征值Rt作為進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用和設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，主要依據(jù)以下公式來(lái)對(duì)該參數(shù)進(jìn)行估算。

Rt≤0.8πd1∑lifirb

在該式中，firb代表水泥砂漿與第i層巖石間的粘接強(qiáng)度特征值，li代表錨桿在第i層巖石中的錨固長(zhǎng)度，d1代表錨桿孔直徑。

在結(jié)合實(shí)際的地下室結(jié)構(gòu)工程建設(shè)情況之后發(fā)現(xiàn)，對(duì)地下室底板設(shè)計(jì)中應(yīng)用的抗浮錨桿類(lèi)型以及抗浮技術(shù)選擇應(yīng)用，主要會(huì)受到工程巖土體以及建設(shè)要求等方面的影響[5]。如何將錨桿錨固技術(shù)與其他類(lèi)型的抗浮措施結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，堅(jiān)固錨桿錨固技術(shù)應(yīng)用效果與地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，是現(xiàn)階段在對(duì)地下室底板進(jìn)行康復(fù)設(shè)計(jì)時(shí)仍需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

3 地下室底板在水浮力作用下的設(shè)計(jì)對(duì)策

為進(jìn)一步探究在水浮力作用下的地下室底板優(yōu)化設(shè)計(jì)思路與方法，主要選擇福建星港城二層防空地下室工程作為研究案例，針對(duì)該工程中地下室底板的設(shè)計(jì)，以及其中應(yīng)用的錨桿抗浮技術(shù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面入手，探討水浮力作用對(duì)地下室底板設(shè)計(jì)的影響。

3.1 工程概況

福建星港城二層防空地下室工程整體為一個(gè)防護(hù)單元，以現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為主，結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況的實(shí)際勘查結(jié)果，在充分考慮建筑抗震、結(jié)構(gòu)荷載、地基基礎(chǔ)等方面設(shè)計(jì)規(guī)范要求的前提下，設(shè)計(jì)地下室底板的抗浮水位標(biāo)高為20.000m。

3.2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路與要求

為保障地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)地下室結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，主要采取分批分塊的施工方法，在基礎(chǔ)墊層部分依據(jù)土方開(kāi)挖前后順序進(jìn)行施工。

1)在地下室底板部分，要求底板承臺(tái)一次性全面澆灌?；趯?shí)際施工需要，可以考慮在制定妥善施工方案的前提下，先對(duì)底板以下的樁承臺(tái)部分的混凝土進(jìn)行施工。對(duì)地下室底板與地下室墻體交接處的做法，提出如圖1所示的幾種方案。

(a墻底部方案一b墻底部方案二c墻頂部方案)

2)對(duì)地下室墻體的外回填土應(yīng)在保障本層結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，選擇密實(shí)系數(shù)超過(guò)94%的黏性土或灰土進(jìn)行回填作業(yè)。

3)在大體積混凝土施工過(guò)程中，依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況和建設(shè)要求來(lái)確定混凝土的科學(xué)配合比，應(yīng)用水熱化較低的水泥類(lèi)型，并向其中摻入適量的粉煤灰以及聚丙烯纖維等外加劑，用于改善水泥的性能，同時(shí)也需要控制好水泥的用量。整個(gè)混凝土施工過(guò)程應(yīng)能夠?qū)囟冗M(jìn)行測(cè)量和控制，在作業(yè)完成后，及時(shí)對(duì)混凝土部分進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。為避免混凝土開(kāi)裂，應(yīng)確保混凝土的內(nèi)外表面溫差在25℃以內(nèi)。

4)對(duì)地下室頂板底板部分需要應(yīng)用雙層雙向配筋的情況，應(yīng)將配筋間距控制在500mm以內(nèi)，以梅花形排列聯(lián)系鋼筋。

5)由于案例工程地下室的頂板較大，需要每隔30～40m設(shè)置一道施工縫，控制縫寬在800mm左右，且鋼筋應(yīng)確保貫通不切斷。

3.3 地下室錨桿抗浮設(shè)計(jì)

在對(duì)地下室整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，選擇應(yīng)用錨桿錨固技術(shù)重點(diǎn)針對(duì)地下室底板進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，基于土層抗拔錨桿的設(shè)計(jì)施工來(lái)保障地下室底板的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.3.1 材料配置與參數(shù)設(shè)計(jì)

在基于土層抗拔錨桿的設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上，案例工程對(duì)實(shí)際應(yīng)用的灌漿材料、鋼筋以及焊條有著明確的規(guī)定。在灌漿材料部分，選擇強(qiáng)度在42.5MPa以上的硅酸鹽水泥。灌漿材料中的砂含泥量應(yīng)控制在3%以內(nèi)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)確定灌漿材料外加劑的品種和具體摻量。實(shí)際應(yīng)用中的漿體配制灰砂比應(yīng)在1.0～1.5之間，水灰比在0.38～0.5之間；在鋼筋材料部分，主要應(yīng)用HPB300和HPB400型鋼筋；在焊條方面，針對(duì)不同級(jí)別型鋼，應(yīng)用E50和E43兩種類(lèi)型的焊條。

對(duì)錨桿錨固技術(shù)應(yīng)用的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在確保所有錨桿孔位與錨桿基礎(chǔ)平面圖要求相一致的情況下，進(jìn)行統(tǒng)一放樣。案例工程應(yīng)用的土層抗拔錨桿孔徑為150mm，長(zhǎng)度超過(guò)20m，進(jìn)入持力層深度在15m以上，錨桿抗拔承載力特征值計(jì)算為400KN，頂標(biāo)高為-9.900m。經(jīng)對(duì)案例工程現(xiàn)場(chǎng)情況的勘查，確定錨桿端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，漿體材料28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在30MPa以上。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收獲得的荷載力大小為660kN，整個(gè)過(guò)程應(yīng)用的錨桿根數(shù)為64根。

3.3.2 錨桿抗浮設(shè)計(jì)方案選擇

結(jié)合案例工程作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和建設(shè)要求，案例工程在前期設(shè)計(jì)階段共提出設(shè)置抗浮錨桿、設(shè)置抗拔樁以及壓重三種方案。

1)設(shè)置抗浮錨桿的方案，主要強(qiáng)調(diào)在建筑物地基土層中，通過(guò)埋設(shè)抗浮錨桿的方式，讓錨桿桿體能夠與錨固體和巖土體之間產(chǎn)生相互作用，依據(jù)這一作用過(guò)程產(chǎn)生的抗拔力達(dá)到抵抗水浮力的目的。為保證抗浮錨桿的應(yīng)用效果，應(yīng)用這一方案應(yīng)選擇直徑較小的康復(fù)錨桿，并在實(shí)際排列布置時(shí)以緊密的間隔來(lái)保障水浮力的抵抗效果。

2)設(shè)置抗拔樁的方案，主要考慮在抗浮錨桿提供的抗拔力難以滿足支撐地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的情況下，則可以通過(guò)抗拔樁來(lái)進(jìn)一步提高地下結(jié)構(gòu)的抗浮能力。

式中，F(xiàn)是指區(qū)域內(nèi)所發(fā)生雷擊災(zāi)害的年平均次數(shù)，單位為次／年，反映的是某一地區(qū)發(fā)生雷擊災(zāi)害的頻繁程度，以及承災(zāi)體防御雷擊的能力強(qiáng)弱［12］。其中，N為長(zhǎng)沙地區(qū)2002—2017年的雷擊災(zāi)害資料，n為統(tǒng)計(jì)時(shí)間序列。

3)壓重方案主要是指通過(guò)增加地下室基礎(chǔ)底板厚度或基礎(chǔ)頂板負(fù)土重量的方式，達(dá)到提升抗浮效果的目的。

對(duì)以上三種方案的應(yīng)用限制條件和優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析后發(fā)現(xiàn)，壓重方案更多應(yīng)用于受地下水影響較小和空間較大的地下工程結(jié)構(gòu)中，如果應(yīng)用該方案，需要通過(guò)加大基礎(chǔ)埋深的方式來(lái)達(dá)到增加底板厚度的目的。但由于工程現(xiàn)場(chǎng)為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，不僅容易造成地下空間的浪費(fèi)，實(shí)際消耗的經(jīng)濟(jì)成本也較高；設(shè)置抗拔樁的方案，雖然不會(huì)對(duì)地下空間結(jié)構(gòu)利用率產(chǎn)生較大影響，但實(shí)際的制作成本也比較高。案例工程施工現(xiàn)場(chǎng)的情況符合設(shè)置抗浮錨桿的作業(yè)要求和條件，且抗浮錨桿的施工工藝更為簡(jiǎn)單，不僅施工所需的制作成本更低，施工占據(jù)的周期也更短，因而能夠滿足案例工程的施工建設(shè)要求。

3.3.3 抗浮錨桿計(jì)算分析

在明確應(yīng)用設(shè)置抗浮錨桿的技術(shù)方案后，還應(yīng)結(jié)合案例工程的實(shí)際情況來(lái)對(duì)抗浮錨桿應(yīng)用中涉及到的應(yīng)力參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為布置錨桿的主要依據(jù)。

具體而言，首先需要確定錨桿拉力設(shè)計(jì)值和布置方式。在設(shè)定壁板厚度為400mm，基礎(chǔ)底板標(biāo)高為-6.400m的前提下，底板單位面積結(jié)構(gòu)需要承受的凈浮力，需要基于以下公式來(lái)計(jì)算。

底板單位面積基礎(chǔ)底面浮力：F浮=ρgh=1.0×10×(1-(-6.4))=54kN/m2

單位面積結(jié)構(gòu)承受凈浮力：P=F浮-G結(jié)構(gòu)自重=54-0.4×25=44kN/m2

基于這一結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算底板受荷面積內(nèi)錨桿承擔(dān)的水浮力值P1，基于確定的抗浮錨桿布置方向和間距大小，明確每根錨桿應(yīng)承受的壓力大小。

例如，在抗浮錨桿的橫向間距為3m的情況下，如果在單底板內(nèi)設(shè)置n=15根錨桿，則每根錨桿應(yīng)承受的拉力大小P2為P1/n。

對(duì)于錨桿的設(shè)計(jì)，則應(yīng)在得到錨桿軸向拉力值后，進(jìn)行錨桿截面面積以及錨桿長(zhǎng)度的計(jì)算。

3.3.4 施工流程設(shè)計(jì)

基于錨桿錨固技術(shù)的應(yīng)用要求和操作規(guī)范，對(duì)于地下室底板的抗浮設(shè)計(jì)，主要應(yīng)遵循以下步驟。

1)在施工前期的準(zhǔn)備階段，應(yīng)基于對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，掌握錨桿施工區(qū)建筑物的基礎(chǔ)以及地下管線的分布情況。在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)際模板施工可能造成的不良影響進(jìn)行分析并設(shè)置相應(yīng)的預(yù)防措施。在對(duì)錨桿施工應(yīng)用的原材料以及錨桿制作工藝進(jìn)行檢查分析后，做好技術(shù)交底工作。

2)在錨桿成孔階段，應(yīng)將錨桿的定位誤差控制在20mm以內(nèi)，且錨桿豎向孔的傾斜誤差應(yīng)始終小于2%，鉆孔的實(shí)際深度超過(guò)錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的距離應(yīng)在0.5m以上。整個(gè)鉆孔作業(yè)主要應(yīng)用清水循環(huán)一次鉆進(jìn)成孔法，設(shè)計(jì)的最小鉆孔孔徑應(yīng)在150mm以上。鉆進(jìn)過(guò)程需要對(duì)清水沖孔的壓力大小進(jìn)行有效控制，應(yīng)確保成孔設(shè)備安置的平整和穩(wěn)固，避免因設(shè)備位置的移動(dòng)而影響成孔質(zhì)量。

3)在鋼筋沉放階段，主要針對(duì)錨桿鋼筋應(yīng)用等強(qiáng)的對(duì)接焊接方式，在確保錨桿鋼筋平直的基礎(chǔ)上，沿錨桿體每隔3m的距離安裝設(shè)置定位器。在確保錨桿位置居中的前提下，需要將一次注漿管與錨桿體系虛扎。在二次注漿階段，則需要確保注漿管與錨桿桿體之間綁扎的牢固性。在實(shí)際沉桿的過(guò)程中，應(yīng)確保桿體始終處于垂直度狀態(tài)，讓注漿管端部與孔底保持約100mm的間距，并要求缸體插入鉆孔的深度在錨桿長(zhǎng)度的95%以上。

4)在注漿階段，要求第一次注漿的壓力達(dá)到0.7MPa以上，將注漿充盈系數(shù)?？刂圃?.2～1.3之間；第二次注漿壓力在2.0MPa以上。兩次注漿的持續(xù)時(shí)間都應(yīng)超過(guò)5min。

5)在錨桿錨固作業(yè)完成后，需要對(duì)實(shí)際的作業(yè)質(zhì)量效果進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)質(zhì)量達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)要求如下：錨固體灌漿強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%。在錨桿實(shí)驗(yàn)中，最大試驗(yàn)荷載應(yīng)在錨桿桿體承載力標(biāo)準(zhǔn)值的90%以內(nèi)。依據(jù)錨桿的垂直剛度系數(shù)，主要應(yīng)用隨機(jī)抽樣的方法進(jìn)行驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)。

3.4 地下室底板與錨桿的有限元分析

為驗(yàn)證抗浮錨桿在地下室底板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果，案例工程主要選擇應(yīng)用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE來(lái)對(duì)地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，并利用JCCAD設(shè)計(jì)軟件來(lái)對(duì)工程基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

SATWE主要采用空間桿單元來(lái)模擬梁、柱及支撐等桿件，重點(diǎn)針對(duì)剪力墻和樓板的模型化問(wèn)題進(jìn)行模擬分析，以減小模型化誤差，提高分析精度為主要目的。應(yīng)用該設(shè)計(jì)軟件，可以針對(duì)案例工程地下室結(jié)構(gòu)在水浮力作用下的內(nèi)力以及荷載效應(yīng)組合進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而滿足對(duì)地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。

設(shè)計(jì)模擬關(guān)于地下室結(jié)構(gòu)底板、柱以及錨桿等部分的模型材料參數(shù)。在明確相關(guān)參數(shù)信息的基礎(chǔ)上，模擬構(gòu)建針對(duì)地下室底板變形和損傷情況下的結(jié)構(gòu)模型。

為模擬地下室整個(gè)底板細(xì)部結(jié)構(gòu)在受到水壓力作用影響下的結(jié)構(gòu)受力變形情況，針對(duì)混凝土底板，選擇應(yīng)用混凝土塑性損傷模型；針對(duì)底板內(nèi)部鋼筋和錨桿，主要應(yīng)用雙折線隨動(dòng)強(qiáng)化模型。為保證模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的質(zhì)量效果，應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件中的分割功能來(lái)對(duì)整個(gè)構(gòu)建模型進(jìn)行分割處理，讓其便于后續(xù)對(duì)模型的具體參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

在依據(jù)模擬模型進(jìn)行有限元分析時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮兩個(gè)構(gòu)件表面在相互接觸時(shí)產(chǎn)生的相互作用。當(dāng)構(gòu)件表面處于接觸狀態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非線性行為。在這一過(guò)程中，通過(guò)合理的基礎(chǔ)設(shè)置和正確選取處于接觸狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力情況，確保模型的收斂效果，同時(shí)也能夠達(dá)到消除柱相對(duì)底板發(fā)生的剛體位移情況?；诖?，需要在實(shí)際的分析中對(duì)錨桿進(jìn)行分區(qū)處理，對(duì)錨桿與地下室底板相接處的位置設(shè)置嵌入約束，并通過(guò)模擬錨桿與底板聯(lián)系方式來(lái)發(fā)揮底板與錨桿的共同作用。

這一過(guò)程中對(duì)模型荷載與邊界條件的設(shè)置，應(yīng)考慮地下水壓力以及柱上部建筑自重荷載的影響，可以在有限元軟件中上部施加集中荷載時(shí)，先將柱截面耦合出一個(gè)控制點(diǎn)，將耦合點(diǎn)作為建筑荷載施加到結(jié)構(gòu)的橋梁。這樣在明確上部建筑荷載大小的基礎(chǔ)上，就可以通過(guò)計(jì)算地下水位高度來(lái)得出混凝土地板所承受的地下水壓力大小。而對(duì)于有限元軟件中邊界條件的設(shè)置，則應(yīng)在充分考慮實(shí)際案例約束情況的前提下，重點(diǎn)對(duì)混凝土底板四個(gè)側(cè)面在三個(gè)平動(dòng)方向上的位移進(jìn)行約束控制?？紤]在實(shí)際工程中，錨固錨桿需要打孔融放入土體，在有限元建模過(guò)程中，忽略土體作用的影響，只對(duì)錨桿底端進(jìn)行約束，在錨桿的底部應(yīng)用剛接約束，對(duì)錨桿底部三個(gè)方向上的平動(dòng)位移和轉(zhuǎn)角位移進(jìn)行限制和約束。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到在水壓力作用下的地下室底板應(yīng)力和位移變化圖像，從而模擬得到底板結(jié)構(gòu)的位移值，在將其結(jié)果與建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行對(duì)比分析之后，驗(yàn)證模擬模型的位移是否符合相關(guān)規(guī)定的要求。在案例工程的模擬分析中發(fā)現(xiàn)，錨桿的布置方式會(huì)對(duì)底板整體結(jié)構(gòu)的位移分布和變化情況產(chǎn)生直接的影響，基于不同的底板錨桿布置方式來(lái)構(gòu)建實(shí)際的參數(shù)模型，可以基于模型的分析結(jié)果來(lái)明確不同錨桿布置方式對(duì)底板抗浮效果產(chǎn)生的影響。在此基礎(chǔ)上，綜合有限元分析獲得的結(jié)果，案例工程對(duì)地下室底板的抗浮設(shè)計(jì)，基于現(xiàn)場(chǎng)要求來(lái)適當(dāng)提高混凝土底板的厚度，并重點(diǎn)在應(yīng)力集中區(qū)域，通過(guò)適當(dāng)加密錨桿布置的方式來(lái)提升抗浮設(shè)計(jì)的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)地下室底板進(jìn)行抗浮優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合具體的工程案例要求和情況來(lái)選擇合適的方法與思路。在明確地下室底板因水浮力作用產(chǎn)生的變形現(xiàn)象機(jī)理后，應(yīng)結(jié)合工程案例的實(shí)際情況來(lái)深入分析容易引起地下室底板病害的具體原因，進(jìn)而結(jié)合相關(guān)的原因來(lái)對(duì)地下室底板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，嘗試應(yīng)用更先進(jìn)的技術(shù)方法來(lái)保障地下室底板的設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而有效提升地下室工程整體的建設(shè)質(zhì)量和水平。