淺談綠色學(xué)校建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孫吶

【摘要】隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，地下室工程越來(lái)越多，其在施工中及竣工使用期的抗浮措施若無(wú)周密考慮，往往會(huì)產(chǎn)生上浮現(xiàn)象，導(dǎo)致地下墻體或底板開(kāi)裂，直接危害使用及結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的足夠重視。

【關(guān)鍵詞】地下室；抗浮；設(shè)計(jì)

一、地下室的抗浮設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)要求

地下室的抗浮設(shè)計(jì)，采用安全系數(shù)法，公式表示為：

G+F≥KV

式中：G—結(jié)構(gòu)自重；F—抗浮力；V—凈水浮力；

K—抗浮安全系數(shù)，一般取1.05。

（二）水浮力計(jì)算

水浮力計(jì)算是抗浮設(shè)計(jì)的前提，對(duì)地下室而言，應(yīng)正確合理確定工程的設(shè)防水位。因此要求工程勘察單位提供用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)計(jì)水位。它不是工程所在位置的常年最高水位，更不是勘察期內(nèi)的當(dāng)前水位，而應(yīng)綜合分析歷年水位地質(zhì)資料，根據(jù)工程重要性以及工程建成后地下水位變化的可能性確定抗浮設(shè)計(jì)的設(shè)防水位。

當(dāng)巖土勘察報(bào)告中未明確抗浮設(shè)防水位時(shí)，抗浮設(shè)計(jì)時(shí)宜采取以下措施：

1、對(duì)重要工程進(jìn)行水文試驗(yàn)同時(shí)經(jīng)專(zhuān)家論證后確定；

2、對(duì)一般工程設(shè)防水位及水壓力分布應(yīng)取建筑物設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)（包括施工期）可能產(chǎn)生的最高水位；

3、在計(jì)算地下水的浮力時(shí)，不宜考慮地下室側(cè)壁及底板結(jié)構(gòu)與巖土接觸面的摩擦作用和粘滯作用，除有可靠的長(zhǎng)期控制地下水位的措施外，不應(yīng)對(duì)地下水頭進(jìn)行折減；

4、結(jié)構(gòu)基底面承受的水壓力應(yīng)按全水頭計(jì)算；

5、地下室側(cè)壁所受的水土壓力宜按水壓力與土壓力分算的原則計(jì)算。

（三）整體抗浮和局部抗浮

地下室不是一個(gè)剛體，它會(huì)產(chǎn)生整體或局部的變形和破壞，水對(duì)地下室的浮力主要以水壓力的形式作用在結(jié)構(gòu)底板上。抗浮設(shè)計(jì)首先應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體抗浮安全度，若滿(mǎn)足則再驗(yàn)算局部抗浮安全度，要按逐個(gè)柱的受荷面積來(lái)進(jìn)行，并主要針對(duì)那些上部結(jié)構(gòu)層數(shù)少，結(jié)構(gòu)自重小的部位，特別是地下室超出高層塔樓范圍較多的部位以及高層塔樓圍合的內(nèi)天井部位等。

（四）防水設(shè)計(jì)水位與抗浮設(shè)計(jì)水位的關(guān)系

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到防水設(shè)計(jì)水位與抗浮設(shè)計(jì)水位，其兩者的聯(lián)系及區(qū)別如下表：

二、工程抗浮措施的選擇

在確定了結(jié)構(gòu)形式、尺寸、埋深等條件后，根據(jù)設(shè)防水位，分別計(jì)算工程自重和凈水浮力，并判斷是否需要采取抗浮措施。

目前，工程上通常采用壓重抗浮法、抗拔錨桿等來(lái)解決地下室的抗浮問(wèn)題。壓重抗浮法即通過(guò)增加工程的自重來(lái)抵御水浮力的作用，抗拔錨桿則主要利用樁側(cè)阻力和錨桿提供的拉力來(lái)平衡水浮力。

（一）壓重抗浮法

抗浮安全度不足是由于結(jié)構(gòu)自重加恒載重量小于地下水對(duì)結(jié)構(gòu)托浮力而造成，故最直接的辦法是增加結(jié)構(gòu)自重或增加其上的恒載，如在地下室頂板上覆土，既可解決上部建筑設(shè)備管道出戶(hù)的問(wèn)題，又能增加恒載來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗浮能力。有時(shí)也利用底板外挑部分的回填覆土作為壓重的一部分。對(duì)于底板為板柱或梁板結(jié)構(gòu)，利用底板柱帽或梁至地坪之間的空間設(shè)置回填壓重層，既解決了工程的抗浮問(wèn)題，也便于底板的防水處理。例如青島MAX創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園1#樓底板抗浮設(shè)計(jì)中由于水頭較高，主樓周邊僅一層車(chē)庫(kù)，抗浮不足，經(jīng)過(guò)車(chē)庫(kù)頂板增加覆土厚度，底板其建筑面層厚度也部分增大，最終增加了車(chē)庫(kù)的恒載，最終滿(mǎn)足抗浮要求。

（二）抗拔錨桿的設(shè)計(jì)

抗拔錨桿是利用錨桿與砂漿組成的錨固體與巖層的結(jié)合力作為抗浮力。該方式適宜于基巖或良好錨固土層埋深較淺、錨桿長(zhǎng)度較短等情況。但若地下室底板以下地下水的水頭壓力較大，松散砂層太厚，則錨桿施工會(huì)有一定困難。需要注意的是，當(dāng)?shù)叵率业装逡韵萝浫跬翆虞^厚或錨桿自由段過(guò)長(zhǎng)時(shí)，這種方案抗浮是不合適的，因錨桿自由段的永久防腐蝕措施要求就較高，工程費(fèi)用也會(huì)顯著增加。此外由于地下水位是隨季節(jié)不斷變化的，錨桿受到的拉力也隨之發(fā)生變化，若采用非預(yù)應(yīng)力錨桿則會(huì)產(chǎn)生較大的變形，不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。若設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力錨桿以保證在地下水位最高時(shí)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生向上變形則當(dāng)?shù)叵滤唤档停×ο鄳?yīng)減小時(shí)錨桿的剩余預(yù)應(yīng)力就成為附加荷載作用在工程樁上，增加了工程樁的荷重，滿(mǎn)足抗浮要求。保兒村小學(xué)（A-6-4）地下車(chē)庫(kù)水頭較高，增加配重難以達(dá)到抗浮要求，且周邊土層可滿(mǎn)足良好錨固，埋深較淺，故最終采取抗浮錨桿+大直徑人工挖孔灌注樁。

結(jié)語(yǔ)：

地下室的抗浮設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)地下室的結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件、浮力大小、施工條件和工期等因素確定采用何種抗浮措施，也可以根據(jù)工程特點(diǎn)，采取多種抗浮措施。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，重視地區(qū)經(jīng)驗(yàn)做好構(gòu)造處理，使工程的抗浮設(shè)計(jì)更加合理可靠。