《建筑工程抗浮技術標準》對結構設計的影響

杜曉東 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

近年來，我國南部地區易發洪水，造成地下水位上漲，并且部分地區缺少資料或經驗不足，導致所提出的設防水位低于實際水位，造成質量安全隱患，甚至影響到生命財產安全。如圖1所示，某工程地下室因為裙房地下室整體抗浮不足，導致結構破壞，造成財產損失。本著從解決實際問題角度出發，減少因抗浮設計帶來的安全隱患，建設部編制了《建筑工程抗浮技術標準》，從基礎設計等級、安全系數、組合系數以及構造要求等方面明確抗浮設計，以達到安全適用、經濟合理的效果。

圖1 某地下室破壞圖

2 基礎設計等級及安全系數

下面根據某工程實例，將新標準對結構抗浮設計的影響進行闡述。圖2為層數相差十層帶主樓的單層地下室結構，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB5007-2011）3.0.1條本工程基礎設計等級為甲級。本工程自然地面標高為：-0.300m，地質勘察報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。

《建筑地基基礎設計規范》第5.4.3條規定基礎存在浮力作用時，應進行抗浮穩定性驗算，應符合下列公式：

式中GK—建筑物自重及壓重之和（kN）；

NW,K—浮力作用值（kN）；

KW—抗浮穩定安全系數，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地下結構底板在內的結構自重；②結構上部、地下結構底板外挑的結構上的填筑材料自重；地下室底板結構自重為 0.1x20+0.4×25=12.5kN/m2，地下室頂板結構自重：0.05×20＋0.4×0.6×7.7×2×25/7.7×7.7＋0.3×25＝10.5kN/m2，結構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）進行抗浮計算：kN/m2，大于水浮力 41.16kN/m2，結構滿足抗浮要求。

圖2 某單層地下室示意圖

在上述公式中可以看出，《建筑地基基礎設計規范》對于基礎抗浮設計未區分基礎的重要性等級，抗浮穩定性系數均按1.05考慮。《建筑工程抗浮技術標準》第3.0.3條明確給出不同設計等級基礎的抗浮穩定性系數，并且區分施工階段和使用階段。暫不考慮組合系數，按照新標準中式3.0.3對本工程進行抗浮穩定性驗算，結果如下：55kN/m2，小于水浮力 41.16kN/m2，應采取增加壓重或設置抗浮構件等措施。

由上述公式可得：①新標準指明了不同設計等級基礎的抗浮穩定性系數，更加符合安全適用，以及經濟合理的國家技術經濟政策；②應注意抗浮穩定系數的修改，盡早提出解決方案，避免后期對造價的影響。

3 組合系數

新標準第6.3.1條指出建筑使用期抗浮力應包括：①包括地下結構底板在內的結構自重；②結構上部、地下結構底板外挑的結構上的填筑材料自重；③地下結構底板和上部結構上的固定設備及永久堆積物的自重；④與地下結構連接的結構或者構件所提供的抗拔力。6.3.7條指出用于抗浮穩定性驗算的總抗浮力，應按標準[2]中表6.3.7組合系數確定。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，GK=44.6kN/m2。按新標準表6.3.7組合系數進行計算：G'K=12.5＋10.5＋21.6×0.9=42.44kN/m2。

由上述可知，新標準組合系數的執行，建筑物抗浮力再次相應減少，需增加壓重或設置抗浮構件等措施。

4 對比分析

將上述所舉例的地下室工程按照《建筑地基基礎設計規范》與《建筑工程抗浮技術標準》計算結果進行對比分析，結果見下表。

由表1可知：①按新標準計算結果，抗浮穩定系數小于規范要求，本工程結構設計不安全，需采取抗浮措施；②新標準在抗浮穩定系數和組合系數兩方面進行調整，以達到安全適用、經濟合理的準則。

5 抗浮措施

《全國民用建筑工程設計技術措施》第七章基礎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。

新標準中增加了抗浮板法，抗浮板可采用板式和梁板式結構。當浮力較大時，宜與基礎、壓重、抗浮錨固構件等形成聯合抗浮結構體系。《地下工程防水技術規范》規定防水構件最小厚度取值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。新標準7.2.3條明確規定，抗浮底板厚度不應小于350mm，為底板結構設計提供了明確依據。

新標準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相同，且在所有的抗浮措施里面造價最少，但是后期維護成本較高，維護較為困難，易造成地下室上浮。

兩種規范結構設計比較

6 結語

本文以一工程實例，闡述了抗浮新標準的實施對結構設計的影響，包括以下幾點：①區分基礎抗浮設計等級，明確不同抗浮等級的穩定系數，設計時應進行區分；②將總抗浮力按不同設計等級取組合系數進行設計，設計更加明確且有針對性，符合安全適用、經濟合理的原則；③明確規定防水板的最小厚度為350mm；④抗浮措施給出了明確的規范條文與解釋，由此可見新標準的實施指明了設計準則，為結構設計提供有效的依據。