《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

杜曉東 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

近年來，我國南部地區(qū)易發(fā)洪水，造成地下水位上漲，并且部分地區(qū)缺少資料或經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致所提出的設(shè)防水位低于實(shí)際水位，造成質(zhì)量安全隱患，甚至影響到生命財(cái)產(chǎn)安全。如圖1所示，某工程地下室因?yàn)槿狗康叵率艺w抗浮不足，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，造成財(cái)產(chǎn)損失。本著從解決實(shí)際問題角度出發(fā)，減少因抗浮設(shè)計(jì)帶來的安全隱患，建設(shè)部編制了《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級、安全系數(shù)、組合系數(shù)以及構(gòu)造要求等方面明確抗浮設(shè)計(jì)，以達(dá)到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的效果。

圖1 某地下室破壞圖

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級及安全系數(shù)

下面根據(jù)某工程實(shí)例，將新標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行闡述。圖2為層數(shù)相差十層帶主樓的單層地下室結(jié)構(gòu)，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5007-2011）3.0.1條本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級。本工程自然地面標(biāo)高為：-0.300m，地質(zhì)勘察報(bào)告給出抗浮水位為自然地面下1.0m，底板厚度為400mm，頂板厚度為300mm，柱網(wǎng)間距7.7m×7.7m，梁截面為 400mm×600mm，頂板的覆土厚度為1200mm。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.4.3條規(guī)定基礎(chǔ)存在浮力作用時，應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，應(yīng)符合下列公式：

式中GK—建筑物自重及壓重之和（kN）；

NW,K—浮力作用值（kN）；

KW—抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，一般情況下可取1.05。

則本工程的水浮力為：[（0.3+1.2+3.6+0.4）-（1.0+0.3）]×9.8=41.16kN/m2。本工程的抗浮力包括兩個部分：①地下結(jié)構(gòu)底板在內(nèi)的結(jié)構(gòu)自重；②結(jié)構(gòu)上部、地下結(jié)構(gòu)底板外挑的結(jié)構(gòu)上的填筑材料自重；地下室底板結(jié)構(gòu)自重為 0.1x20+0.4×25=12.5kN/m2，地下室頂板結(jié)構(gòu)自重：0.05×20＋0.4×0.6×7.7×2×25/7.7×7.7＋0.3×25＝10.5kN/m2，結(jié)構(gòu)上部填筑物覆土的自重：18×1.2＝21.6kN/m2，抗浮力 GK為12.5＋10.5＋21.6＝44.6kN/m2。按照式（1）進(jìn)行抗浮計(jì)算：kN/m2，大于水浮力 41.16kN/m2，結(jié)構(gòu)滿足抗浮要求。

圖2 某單層地下室示意圖

在上述公式中可以看出，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對于基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)未區(qū)分基礎(chǔ)的重要性等級，抗浮穩(wěn)定性系數(shù)均按1.05考慮?！督ㄖこ炭垢〖夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.3條明確給出不同設(shè)計(jì)等級基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)定性系數(shù)，并且區(qū)分施工階段和使用階段。暫不考慮組合系數(shù)，按照新標(biāo)準(zhǔn)中式3.0.3對本工程進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，結(jié)果如下：55kN/m2，小于水浮力 41.16kN/m2，應(yīng)采取增加壓重或設(shè)置抗浮構(gòu)件等措施。

由上述公式可得：①新標(biāo)準(zhǔn)指明了不同設(shè)計(jì)等級基礎(chǔ)的抗浮穩(wěn)定性系數(shù)，更加符合安全適用，以及經(jīng)濟(jì)合理的國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策；②應(yīng)注意抗浮穩(wěn)定系數(shù)的修改，盡早提出解決方案，避免后期對造價的影響。

3 組合系數(shù)

新標(biāo)準(zhǔn)第6.3.1條指出建筑使用期抗浮力應(yīng)包括：①包括地下結(jié)構(gòu)底板在內(nèi)的結(jié)構(gòu)自重；②結(jié)構(gòu)上部、地下結(jié)構(gòu)底板外挑的結(jié)構(gòu)上的填筑材料自重；③地下結(jié)構(gòu)底板和上部結(jié)構(gòu)上的固定設(shè)備及永久堆積物的自重；④與地下結(jié)構(gòu)連接的結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件所提供的抗拔力。6.3.7條指出用于抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算的總抗浮力，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)[2]中表6.3.7組合系數(shù)確定。依舊采用上述案例，式（1）中GK為建筑物自重及壓重之和，不存在組合系數(shù)，GK=44.6kN/m2。按新標(biāo)準(zhǔn)表6.3.7組合系數(shù)進(jìn)行計(jì)算：G'K=12.5＋10.5＋21.6×0.9=42.44kN/m2。

由上述可知，新標(biāo)準(zhǔn)組合系數(shù)的執(zhí)行，建筑物抗浮力再次相應(yīng)減少，需增加壓重或設(shè)置抗浮構(gòu)件等措施。

4 對比分析

將上述所舉例的地下室工程按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》與《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果見下表。

由表1可知：①按新標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果，抗浮穩(wěn)定系數(shù)小于規(guī)范要求，本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不安全，需采取抗浮措施；②新標(biāo)準(zhǔn)在抗浮穩(wěn)定系數(shù)和組合系數(shù)兩方面進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的準(zhǔn)則。

5 抗浮措施

《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》第七章基礎(chǔ)抗浮的抗浮措施包括三種：抗拔樁、抗浮錨桿、增加配重法和釋放水浮力法。

新標(biāo)準(zhǔn)中增加了抗浮板法，抗浮板可采用板式和梁板式結(jié)構(gòu)。當(dāng)浮力較大時，宜與基礎(chǔ)、壓重、抗浮錨固構(gòu)件等形成聯(lián)合抗浮結(jié)構(gòu)體系?！兜叵鹿こ谭浪夹g(shù)規(guī)范》規(guī)定防水構(gòu)件最小厚度取值250mm，但防水板作為底板，厚度為250mm是否合適，一直未有明確依據(jù)。新標(biāo)準(zhǔn)7.2.3條明確規(guī)定，抗浮底板厚度不應(yīng)小于350mm，為底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了明確依據(jù)。

新標(biāo)準(zhǔn)中將釋放水浮力法分成排水限壓法、隔水控壓法與泄水降壓法。雖然三種方法的本質(zhì)相同，且在所有的抗浮措施里面造價最少，但是后期維護(hù)成本較高，維護(hù)較為困難，易造成地下室上浮。

兩種規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較

6 結(jié)語

本文以一工程實(shí)例，闡述了抗浮新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，包括以下幾點(diǎn)：①區(qū)分基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)等級，明確不同抗浮等級的穩(wěn)定系數(shù)，設(shè)計(jì)時應(yīng)進(jìn)行區(qū)分；②將總抗浮力按不同設(shè)計(jì)等級取組合系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)更加明確且有針對性，符合安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的原則；③明確規(guī)定防水板的最小厚度為350mm；④抗浮措施給出了明確的規(guī)范條文與解釋，由此可見新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施指明了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有效的依據(jù)。