建筑物抗浮设计方法

摘要：建筑物抗浮设计方法多种多样，常用方法有自重平衡法，抗力平衡法，浮力削除法及综合设计法。是采用“抗”还是“消”，如何因地制宜、技术先进、经济合理、节约资源，是我们设计者们需要着重考虑的问题。

关键词：抗浮设计；自重平衡法；抗力平衡法；浮力削除法

1" 前言

随着国家经济的快速发展，人们对居住条件要求的提高，用建筑中拥有地下室的情况已越来越多，当设计人员遇到纯地下室或地下室层数较多，而地上层数较少，且抗浮设计水位较高时，结构的抗浮设计往往存在较大困难，现根据近年来设计工作经验，淡淡地下室抗浮设计的方法，着重讨论一下抗浮设计中浮力消除法在工程中的应用．

2" 地下室抗浮设计的方法

1、自重平衡法，即：采取在地下室顶板、底板或裙房屋顶处回填土、石或混凝土等手段，再加上结构本身自重来平衡水浮力。

2、抗力平衡法，即：利用基础设置抗拔桩或专门设置抗拔锚杆，来消除或部分削除地下水浮力对结构的影响。

3、浮力削除法，即：采取疏、排水措施，使地下水位保持在预定的标高之下，减小或消除地下水对建筑物的浮力，从而达到建筑物抗浮的目的。

4、综合设计法，即：根据工程的需要采用上述两种或多种抗浮设计方法，采取综合处理措施，实现建筑物的抗浮。

上述设计方法中第1条和第2条，从工程角度属于“抗”的范畴，能解决大部分工程的抗浮问题，实际工程中已应用比较普遍，但对地下水浮力很大的工程，投资大，费用高。设计方法中第3条则属于“消”的范畴，实际工程中应用较少，但处理得当，可以获得比较满意的经济、技术效果。

3 浮力削除法在工程上的应用

3.1" 工程概况

广州市某工程，拟建建筑2栋，地下2层，地上11+1层，为多塔剪力墙结构。工程结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级。设计使用年限为50年，建筑抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为标准设防类。总平面图如下图所示：

上图中西边道路标高为48.00Ｍ，东边道路标高为40.5Ｍ，东西高差7.5M，北边和南边均采用分段档土墙放坡连接东西两侧；地下室顶板建筑完成面同西边道路，地下室底板结构标高为：39.00M，与东边道路高差1.5M，与西边道路高差9.0Ｍ。

3.２" 地质情况

根据本工程详细勘察报告，场地未发现不良地质现象及明显的地质构造形迹，场地及地基较稳定，适宜工程建设，地质结构详表一。

表一

地" 层" 岩" 性

备注

成因

层序

岩土层名称

土层厚度

Q^ml

1

粉质粘土

1.00～3.50m

Q^m

2

砂质粘土

11.70～21.60m

Q^al+pl

3-1

全风化花岗岩

2.30～8.70m

3-2

强风花岗化岩

2.10～9.70m

3-3

中风化花岗岩

2.80～5.60m

地下室整体抗浮计算：根据勘察报告所示，靠西面地下室抗浮设计水位标高为：41.00m，地下室底板底标高为：38.700m，41.0-38.7=２.3m；地下水位荷载取：23 kN/m²； 地下室中柱（8.0m*8.0m跨度）则8*8*23=1472 kN/m²。地下室自重计算：底板厚300mm则：25*0.3*8*8+20*0.1（面层）*8*8=608.0 kN/m²；加两层地下室结构自重：1093 kN/m²计算过程（咯）顶板１m厚的填土荷载1*8*8*18=1152 kN/m²，总计2853 kN/m²；则2853/1472＝1.93gt;1.05结构整体抗浮满足规范要求。

地下室底板配筋计算，采用无梁楼盖等代框架法计算，计算过程如下：

地下室抗浮设计水位标高为：41.00m，地下室底板底标高为：38.700m，41.0-38.7=２.3m；地下水位荷载取：23 kN/m^2；底板自重：调整底板为400厚；25*0.4+20*0.1（装修）=12.0 kN/m^2；则底板荷载取：23.0-12=11.0kN/m²（钢筋：d - HPB300；D - HRB335；E - HRB400）

①计算简图：

②计算条件：

荷载条件：

均布恒载：11.00kN/m²"""" 恒载分项系数：1.35

均布活载：0.00kN/m²"""""" 活载分项系数：1.40

板容重：25.00kN/m³""""""" 活载准永久值系数：0.50

活载调整系数：1.00

配筋条件：

混凝土等级：C30""""""""""""" 纵筋级别：HRB400

配筋调整系数：1.0""""""""""" 纵筋保护层厚度：30mm

弯矩调幅幅度（%）：0.00

弯矩分配系数：

边支座""""""""" 跨中""""""" 内支座

柱上板带""""""""" 0.75""""""""" 0.55""""""""" 0.75

跨中板带""""""""" 0.25""""""""" 0.45""""""""" 0.25

板柱冲切：

柱帽有无：有"""""""""" 箍筋级别：HRB400

柱帽高度：900mm" 柱帽位置：上反

柱帽配筋as：25mm

位置""" 截面形状" 柱帽宽（mm）柱帽长（mm）柱帽直径（mm）是否配箍筋

左柱"" 方形"" 1800""""" 1800""""""" ----""""""" 配

中柱"" 方形"" 1800""""" 1800""""""" ----""""""" 配

右柱"" 方形"" 1800""""" 1800""""""" ----""""""" 配

几何信息：

板厚：400mm""""""""""""""""" 板带宽：4.000m

左柱：600×600mm""""""""" 中柱：600×600mm"""""" 右柱：600×600mm

柱帽影响：

不考虑柱帽对板带配筋的影响

③ 计算结果如下：

上述计算可得出，底板厚度需取400mm厚且按计算配筋才能满足要求。

根据项目现场实际情况，东边道路标高为40.5Ｍ且道路排水条件良好，地下室底板位于砾质粘土上，有较好的渗透性，且西高东低，采取在地下室四周及底板下设置截水盲沟，盲沟设置反滤层且铺设土工布，反滤层的做法为：在碎石盲沟的外部，由内而外逐层设置粗砂、中砂和细砂层再加上土工布防止细颗粒土在水力作用下充填盲沟。盲沟的作用是当地下水位高于基底标高时，起拦截地下水由下向上渗流和越流，而当地下水位低于基底标高时，起到隔断地基土中毛细管水的作用，有利于地下室的防潮。这样场地由西向东把水引入道路侧并排入道路排水系统，如下图所示：

如上图所示地下室长77米，宽72米，除外墙四周设置盲沟外，中间再加设三道，这样盲沟间距控制在20米之间，因西侧地势较高，为防止西侧水渗入地下室底，形成水位上升，在地下室西、北、南面外墙顶处设500mm厚不透水层（可为粘土层或混凝土层），并加设盲沟一道，双重保证地下室的抗浮安全。

按此方法设计，地下室底板无地下水位荷载作用，底板厚度可取300mm厚，按构造配筋双层双向12@200，减少了混凝土及钢筋含量，只增加了设置盲沟的工程量，取得了一定的经济效果；并顺利通过了广州市初步设计审查专家及施工图审查专家的审查。

４" 结论

（1）当地下室水位较高，建筑物长期处在地下水浮力作用下时，宜采用自重法或抗力平衡法。

（2）当地下水位较低，场地高差较大且土层透水性较好，排水通畅或建筑物长期没有地下水浮力作用和水浮力作用的时间很短、概率较小时，宜采用浮力消除法。

（3）工程中应根据工程所处环境，因地制宜，采用“抗”和“消”相结合的综合设计法并应扩大抗浮设计思路，做到技术先进、经济合理、节约资源的设计目的。

参考文献：

[1]朱炳寅，娄宇，杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析（第二版）[M]..北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]GB50108-2008 地下工程防水技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.