充分利用上部建筑自重的抗浮錨桿計算方法

劉建強 趙傳瑩 宮立寶

(1.大連市建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116021; 2.中國建筑第八工程局有限公司，遼寧 大連 116021)

充分利用上部建筑自重的抗浮錨桿計算方法

劉建強1趙傳瑩2宮立寶2

(1.大連市建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116021; 2.中國建筑第八工程局有限公司，遼寧 大連 116021)

結合工程實例，采用標準柱網進行了抗浮設計計算，在抗浮設計時，將基礎底板劃分為柱底恒載影響區和純底板抗浮錨桿影響區，通過合理布置抗浮錨桿，使得在水浮力作用下的柱底支座反力接近柱底恒載，達到了充分利用上部建筑自重進行抗浮的效果。

建筑自重，抗浮錨桿，抗浮設防水位，彈性支撐

當前新建小區為解決停車難的問題，會在塔樓之間建設純地下車庫，有的地下車庫層數較多，對于地下水位較高的地區，單建式地下車庫必須進行抗浮設計。當地基為巖石時，通常設置抗浮錨桿抵抗水浮力，抗浮錨桿的計算一般采用倒樓蓋法[1]，計算時假設基礎底板剛度無窮大，錨桿均勻受力，在抗浮錨桿布置時常將抗浮錨桿均勻布置在基礎底板下，這樣布置會導致柱附近的錨桿未發揮其作用，而板跨中間區域的錨桿又超過其承載力，造成板跨中間的抗浮錨桿首先破壞或失效，然后慢慢延伸至柱附近的抗浮錨桿，最后出現跨中底板隆起、梁柱開裂等破壞。本文采用標準柱網(8.4 m×8.4 m)進行抗浮設計計算，將基礎底板劃分為柱底恒載影響區和純底板抗浮錨桿影響區，通過合理布置抗浮錨桿，使得在水浮力作用下的柱底支座反力接近柱底恒載，達到了充分利用上部建筑自重進行抗浮的效果。

1 工程概況

某單建式地下車庫，地下共3層，地下2，3層層高為3.8 m，地下1層層高為3.9 m，地下室頂板覆土厚度為2 m。該工程為框架結構，標準柱網為8.4 m×8.4 m，框架柱截面尺寸為700 mm×700 mm，基礎持力層為中風化板巖，基礎采用柱下獨立基礎+防水底板，獨立基礎平面尺寸為3.2 m×3.2 m，基礎高度為900 mm，防水底板厚度為500 mm，墊層厚度為150 mm，標準柱網中間跨柱底軸力為4 335 kN。地勘報告提供的抗浮設防水位為-9.95 m，即抗浮水頭為4 m，采用抗浮錨桿抵抗水浮力的作用，每個板跨內布置4根抗浮錨桿，單根錨桿抗拔力特征值為350 kN。

在基坑開挖過程中，發現實際地下水位遠高于地勘報告提供的抗浮設防水位，經調查，勘察工作是3月份完成的，當時恰為枯水期，勘察報告中將地下水穩定水位確定為抗浮設防水位，未結合場地地形地貌、地下水補給、地表水、排泄條件等因素綜合確定合理的抗浮設防水位[2]。隨后地勘單位對地下水位進行了實測，實測地下水位為-4.000 m，比原抗浮設防水位-9.95 m高出5.95 m，經論證最終確定抗浮設防水位為-2.250 m，即抗浮水頭為11.7 m。

2 抗浮計算

2.1 原有抗浮錨桿下的抗浮驗算

水浮力：Nw,k=10 kN/m3×11.7 m=117 kN/m2，防水板及墊層自重(不考慮獨立基礎超出防水板部分)：0.5 m×25 kN/m3+0.15 m×20 kN/m3=15.5 kN/m2。

每平方米上部結構自重：4 335 kN/(8.4 m×8.4 m)=61 kN/m2。

抗浮錨桿折合每平方米抗拔力為Fk=350 kN×4/(8.4 m×8.4 m)=20 kN/m2。

根據《建筑地基基礎設計規范》[3]進行抗浮穩定性驗算：

(Gk+Fk)/Nw,k=(15.5 kN/m2+61 kN/m2+20 kN/m2)/117 kN/m2=0.82<1.05,不滿足整體抗浮要求。

2.2 抗浮錨桿數量計算

抗浮水頭11.7 m作用下，所需錨桿根數為:

(117 kN/m2-15.5 kN/m2-61 kN/m2)×(8.4 m×8.4 m)/350 kN=8.2，即至少需要9根抗浮錨桿。

2.3 凈水浮力計算

根據新的抗浮設防水位，重新對抗浮錨桿進行布置，考慮整體抗浮安全系數為1.05，扣除防水板和墊層自重后凈水浮力作用為1.05×117 kN/m2-15.5 kN/m2=107 kN/m2。

2.4 抗浮錨桿初步布置

初步考慮在每個板跨范圍內布置9根抗浮錨桿，抗浮錨桿初步布置如圖1所示。

利用midas gen建立有限元模型，錨桿采用節點彈性支承的只抗拉模型進行模擬[4]，根據抗浮錨桿拉拔試驗，抗浮錨桿剛度k=200 kN/mm，柱底設置為固定支座，將凈水浮力通過壓力荷載作用到基礎底板上，計算得到方案一、二的柱底固定支座反力及抗浮錨桿反力見圖2。

由圖2可知，抗浮錨桿初步布置方案一的柱底固定支座反力4 252 kN未超過柱底恒載4 335 kN，但板跨中部的5根錨桿在水浮力作用下拉力都大于其承載力350 kN；抗浮錨桿初步布置方案二的柱底固定支座反力4 437 kN大于柱底恒載4 335 kN，板跨中心的錨桿在水浮力下拉力408 kN大于其承載力350 kN。抗浮錨桿在水浮力作用下并不是均勻受力的，故不能同時充分發揮其承載力，若按照所有抗浮錨桿均布受力且充分利用其承載力進行抗浮錨桿布置，會導致柱附近的錨桿未發揮其作用，而板跨中間區域的錨桿又超過其承載力，造成板跨中間的抗浮錨桿首先破壞或失效，然后慢慢延伸至柱附近的抗浮錨桿，最后出現跨中底板隆起、梁柱開裂等破壞，故在抗浮設計時不能考慮全部抗浮錨桿充分發揮其承載力，應適當增加抗浮錨桿的數量。

2.5 抗浮錨桿合理布置

考慮凈水浮力由柱底恒載和抗浮錨桿共同承擔，將基礎底板劃分為柱底恒載影響區和純底板抗浮錨桿影響區，柱底恒載影響區面積為4 335 kN/107 kN/m2=40 m2，影響半徑為3.5 m；每根錨桿影響面積為350 kN/107 kN/m2=3.27 m2，影響半徑為1 m，考慮到基礎底板跨中抗浮錨桿受力較大，將跨中抗浮錨桿適當加密，

由此可以得到抗浮錨桿的布置及影響區如圖3所示，每個柱跨內布置12根抗浮錨桿。

利用midas gen建立有限元模型，錨桿采用節點彈性支承的只抗拉模型進行模擬，抗浮錨桿剛度k=200 kN/mm，柱底設置為固定支座，將凈水浮力通過壓力荷載作用到基礎底板上，計算得到柱底固定支座反力及抗浮錨桿反力見圖4。

由圖4可知，柱底固定支座豎向反力為4 300 kN，接近柱底恒載4 335 kN，即充分利用了上部建筑自重進行抗浮；板跨中部抗浮錨桿拉力最大為298 kN，遠離板跨中部(靠近柱下獨立基礎)抗浮錨桿拉力較小，因此設計時注意控制板中間區域的抗浮錨桿不得超過抗浮錨桿的抗拔力特征值。

3 結語

本工程由于抗浮設防水位變化，重新對抗浮錨桿進行了設計，可以通過對基礎底板劃分為柱底恒載影響區和純底板抗浮錨桿影響區，合理布置抗浮錨桿，使得在水浮力作用下的柱底支座反力接近柱底恒載，達到充分利用上部建筑自重進行抗浮的效果。

[1] 朱炳寅.建筑結構設計問答及分析[M].北京:中國建筑工業出版社,2009：318-326.

[2] JGJ 72—2004，高層建筑巖土工程勘察規程[S].

[3] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[4] 吳 錚，文善平.地下室底板抗浮錨桿合理布置與工程應用[J].建筑結構,2005,45(11)：96-99.

The method of calculating anti-floating anchor bolt by utilizing the weight of upper

Liu Jianqiang1Zhao Chuanying2Gong Libao2

(1.DalianArchitecturalDesign&ResearchCo.,Ltd,Dalian116021,China; 2.ChinaConstructionEighthEngineeringDivision.Corp.Ltd,Dalian116021,China)

Combining with the engineering example, using the standard column net made the anti floating design calculation, in the anti-floating design, the base plate is divided into the influence area of the dead load and the influence area of the anti-floating anchor. Through the rational arrangement of anti-floating anchor, making the bearing under the action of water buoyant force near the bottom of the column dead load, full use of the upper building weight for anti-floating.

building weight, anti-floating anchor, anti-floating water level, elastic support

1009-6825(2017)02-0088-02

2016-11-03

劉建強(1983- )，男，工程師; 趙傳瑩(1984- )，男，工程師; 宮立寶(1969- )，男，高級工程師

TU470

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