基礎(chǔ)工程抗浮設(shè)計(jì)

1 基礎(chǔ)工程抗浮設(shè)計(jì)概述

（1）規(guī)范的規(guī)定

《地基規(guī)范》5．4．3條提出：建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

1 對(duì)于簡(jiǎn)單的浮力作用情況,，基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式要求：

Gk/Nw,k≥Kw (5．4．3)

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,。

2 抗浮穩(wěn)定性不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用增加壓重或設(shè)置抗浮構(gòu)件等措施,。在整體滿足抗浮穩(wěn)定性要求而局部不滿足時(shí),，也可采用增加結(jié)構(gòu)剛度的措施。

（2）抗浮設(shè)計(jì)內(nèi)容

對(duì)于抗浮設(shè)防水位超過(guò)基礎(chǔ)底部的工程,，設(shè)計(jì)師一般布置筏板或者防水板并布置抗拔樁作為抗浮構(gòu)件,，并進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

抗浮設(shè)計(jì)驗(yàn)算內(nèi)容包括：

1）整體抗浮驗(yàn)算

依據(jù)《地基規(guī)范》5．4．3條,，要求建筑物自重及壓重之和大于浮力的1.05倍,。

軟件在【基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出】【文本結(jié)果】【抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算】中輸出筏板基礎(chǔ)的整體抗浮驗(yàn)算驗(yàn)算結(jié)果。防水板基礎(chǔ)目前不能進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算,，可以改為筏板來(lái)完成驗(yàn)算,。

2）局部抗浮驗(yàn)算

整體抗浮滿足情況下，基礎(chǔ)局部由于水浮力超過(guò)上部結(jié)構(gòu)荷載會(huì)導(dǎo)致上浮,。局部上浮變形會(huì)導(dǎo)致筏板/防水板受彎及抗拔樁受拉（為限制基礎(chǔ)上浮可以增設(shè)抗拔樁）,，所以局部抗浮驗(yàn)算需要驗(yàn)算兩部分內(nèi)容：

（1）筏板/防水板抗彎及配筋驗(yàn)算

局部抗浮不足，會(huì)引起筏板上抬變形產(chǎn)生彎矩,。如果上抬位移不是很大,，可以通過(guò)加強(qiáng)筏板配筋滿足安全要求。而如果上抬位移量過(guò)大,，會(huì)因筏板彎矩過(guò)大而導(dǎo)致配筋驗(yàn)算顯示超筋,，此時(shí)可以采取加厚筏板厚度、增加壓重,、增設(shè)抗拔樁等措施,。

（2）樁抗拔設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

增設(shè)抗拔樁可限制筏板的上浮位移量，但是樁會(huì)承受拉力，所以需要驗(yàn)算樁的抗拔力是否超過(guò)樁承載能力確保樁的抗拔安全性,。

另外,，抗拔樁布置在不同區(qū)域的抗浮效果是有明顯差異的，比如布置在非明顯上抬區(qū),，其抗拔作用將不能有效發(fā)揮造成浪費(fèi),，所以抗拔驗(yàn)算的另一項(xiàng)內(nèi)容是根據(jù)樁抗拉承載力驗(yàn)算結(jié)果剔除未起抗拔作用的抗拔樁，在安全前提下確保經(jīng)濟(jì)有效,。

（3）當(dāng)前抗浮設(shè)計(jì)流行方法及存在問(wèn)題

1）當(dāng)前抗浮設(shè)計(jì)流行方法

抗浮設(shè)計(jì)本質(zhì)是樁抗拔和板彎曲共同作用，但是當(dāng)前抗浮設(shè)計(jì)流行采用抗拔樁和筏板/防水板分離設(shè)計(jì)的方法,。

抗拔樁設(shè)計(jì)

抗拔樁布置基本采用人工方法,，人工粗略測(cè)算樁數(shù)量及布置，常見(jiàn)的做法有：

1）錨桿均勻布置

（總的水浮力設(shè)計(jì)值－底板及上部結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值）/單根錨桿設(shè)計(jì)值＝所需錨桿根數(shù),。具體做法：將錨桿均勻分布在底板下（連柱底或砼墻下）,，錨桿間距用底部面積除所需錨桿根數(shù)確定,。

該種設(shè)計(jì)方法最粗放，適用于上部結(jié)構(gòu)荷載比較均勻情況,。另外錨桿數(shù)目相同情況下,，均勻布置安全系數(shù)最低。

2）分區(qū)域均勻布置

有些設(shè)計(jì)者考慮到上部荷載的不均勻,，在錨桿布置時(shí)按區(qū)域的荷載差值求解錨桿數(shù)量,，然后分區(qū)域均勻布置錨桿,。

這比第一種做法有所改進(jìn)，設(shè)計(jì)者以區(qū)域?yàn)榉治鰧?duì)象,，按（區(qū)域的水浮力設(shè)計(jì)值－區(qū)域的底板及上部結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值）/單根錨桿設(shè)計(jì)值＝所需錨桿根數(shù),。區(qū)域的劃分粗細(xì)不同,，具體有幾種處理方法：

（1）以裙房/主樓為區(qū)域

經(jīng)常是裙房抗浮不足而均勻布置錨桿。

（2）以柱墻相關(guān)范圍為區(qū)域

計(jì)算時(shí)按倒樓蓋模型計(jì)算每個(gè)柱墻位置在水浮力作用下的支座反力作為相關(guān)范圍的水浮力大小，減去柱墻的上部荷載,，估算錨桿數(shù)量,，錨桿多布置在柱墻附近,。

（3）房間為對(duì)象,，把房間分墻柱下區(qū)、跨中區(qū),。

柱墻下區(qū)域范圍按上部荷載與水浮力自平衡求解,。跨中區(qū)認(rèn)為是純水浮力作用區(qū)，按區(qū)域內(nèi)水浮力和自重荷載差求解錨桿數(shù)量并均勻布置在跨中區(qū),。

筏板/防水板

多使用樓板計(jì)算模塊,，采用柱墻位置為豎向不動(dòng)支座假定的倒樓蓋計(jì)算模型計(jì)算板內(nèi)力及配筋。

2）當(dāng)前抗浮設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

基礎(chǔ)抗浮應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu),、基礎(chǔ),、樁土的共同作用進(jìn)行整體有限元內(nèi)力分析和設(shè)計(jì)。而當(dāng)前抗浮設(shè)計(jì)中這種抗拔樁與基礎(chǔ)分離,、分別采用簡(jiǎn)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的做法,，只能適應(yīng)上部荷載均勻的簡(jiǎn)單情況，存在較多問(wèn)題,。

抗拔樁設(shè)計(jì)

前述的錨桿均勻布置,、分區(qū)域均勻布置都有一定的適用性，是抗拔樁的初步設(shè)計(jì)階段的基本方法,。

但是其缺點(diǎn)是此類(lèi)方法只能用于初步設(shè)計(jì)階段,，因?yàn)橹荒苓M(jìn)行樁數(shù)量估算和布置，不能精確分析上部結(jié)構(gòu),、基礎(chǔ)剛度及荷載分布對(duì)樁抗拔力的影響,。無(wú)可靠的樁抗拔承載力驗(yàn)算，不能確保樁的抗拔安全性,，也無(wú)法提供進(jìn)一步的抗拔樁優(yōu)化布置和設(shè)計(jì)功能,。

筏板/防水板

抗浮組合荷載作用下，筏板/防水板的柱墻下是存在豎向位移的,，豎向位移值與上部結(jié)構(gòu)剛度,、基礎(chǔ)剛度、樁土剛度及荷載分布都是有直接關(guān)系的,，而且往往各柱墻下的豎向位移是不一致的,。

傳統(tǒng)的柱墻位置為豎向不動(dòng)支座假定的倒樓蓋計(jì)算模型計(jì)算板內(nèi)力,，將忽略存在的支座位移差，其效果是只考慮局部彎曲作用,，整體彎曲明顯情況下會(huì)偏于不安全,。

特別是如果抗拔樁設(shè)計(jì)不當(dāng)甚至未考慮局部抗浮不足沒(méi)有設(shè)置抗拔樁情況下，倒樓蓋計(jì)算模型會(huì)嚴(yán)重失真導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故,。

2 抗浮設(shè)計(jì)方法從線性分析到非線性分析

（1） 基礎(chǔ)工程的非線性特點(diǎn)

基礎(chǔ)工程的非線性主要源于邊界條件的非線性：

1）土只能承擔(dān)壓力,，不能承擔(dān)拉力；

2）普通樁,、抗拔錨桿等拉壓剛度不同,，差異很大。

以受水浮力作用加抗拔錨桿的平筏基礎(chǔ)為例,，見(jiàn)下圖：

一般情況下,，如果沒(méi)有水浮力,，整個(gè)筏板下的地基處于受壓狀態(tài),；如果水浮力比較小,，地基壓力會(huì)減少，但是仍然會(huì)處于整體受壓狀態(tài),。這個(gè)時(shí)候土起到支撐作用，抗拔錨桿不起作用,，見(jiàn)下圖：

隨著水浮力增大,，部分區(qū)域的筏板會(huì)出現(xiàn)上拱效應(yīng)，上拱區(qū)域的土將失去支撐作用,，該區(qū)域的抗拔錨桿將起拉桿作用,，見(jiàn)下圖：

（2） 基礎(chǔ)工程的計(jì)算分析技術(shù)

1）單模型線性分析方法

不考慮變形后結(jié)構(gòu)是處于受拉或者受壓狀態(tài)，不區(qū)分抗拉和抗壓剛度,，用線性彈簧來(lái)模擬樁土對(duì)基礎(chǔ)構(gòu)件的支撐作用,。

流行的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件多采用該方法進(jìn)行基礎(chǔ)工程計(jì)算分析，該模型適用于計(jì)算整體基礎(chǔ)處于受壓狀態(tài)的工況組合,，比如恒活工況組合,。存在的問(wèn)題是不能合理計(jì)算高水工況，不能計(jì)算抗拔錨桿構(gòu)件等,。

2）多模型的線性分析方法

為了解決抗浮設(shè)計(jì)問(wèn)題,，過(guò)去多采用多模型技術(shù)計(jì)算抗浮組合下的筏板/防水板內(nèi)力。具體來(lái)說(shuō)：

?      對(duì)于高水工況,，假定結(jié)構(gòu)整體處于受拉狀態(tài),，樁（包括錨桿）采用抗拉剛度進(jìn)行計(jì)算，忽略土的剛度,，采用了倒樓蓋的計(jì)算模型,；

?      對(duì)于其他工況,，假定結(jié)構(gòu)整體處于受壓狀態(tài)，樁（包括錨桿）采用抗壓剛度進(jìn)行計(jì)算,，考慮土的剛度,；

?      同時(shí)在含高水組合工況的內(nèi)力疊加時(shí)，不是直接疊加,，是采用高水工況部分與其他工況部分的包絡(luò)取大,。

此種計(jì)算方法目前還是主流設(shè)計(jì)方法，比如設(shè)計(jì)師自行采用樓板模塊自己構(gòu)建倒樓蓋計(jì)算模型進(jìn)行防水板設(shè)計(jì),、采用YJK基礎(chǔ)的防水板構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)或YJK基礎(chǔ)的筏板采用線性分析方法進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)都是采用類(lèi)似的處理方法,。

如前所述，該方法將忽略實(shí)際存在的支座位移差,，其效果是只考慮局部彎曲作用,，整體彎曲明顯的情況（支座位移差大）下會(huì)偏于不安全。

3）拉壓剛度不同彈簧的非線性分析方法

更合理的計(jì)算模型應(yīng)該是能夠考慮上部基礎(chǔ)樁土共同作用,、能考慮支座位移差的分析模型,，即：

?      不能按單工況計(jì)算，組合工況疊加或者包絡(luò)設(shè)計(jì),，而是按組合工況（比如1.2恒+1.4活-1.2高?。┳饔眠M(jìn)行實(shí)際受力狀態(tài)計(jì)算；

?      考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形,，對(duì)于處于受壓狀態(tài)的部分,，樁（包括錨桿）采用抗壓剛度進(jìn)行計(jì)算，考慮土的剛度,，而對(duì)于處于受拉狀態(tài)的部分,，樁（包括錨桿）采用抗拉剛度進(jìn)行計(jì)算，忽略土的剛度,；

?      分析方法上,，要采用迭代的非線性計(jì)算方法。

3 非線性分析在YJK基礎(chǔ)軟件中的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

（1） 基礎(chǔ)工程中進(jìn)行非線性分析的必要性

在基礎(chǔ)工程中：1）土只能承擔(dān)壓力,，不能承擔(dān)拉力,；2）普通樁、抗拔錨桿等拉壓剛度不同,，差異很大,。所以如果土或者樁出現(xiàn)了部分受拉的情況，就應(yīng)該考慮土樁抗拉￥抗壓剛度不同的非線性迭代計(jì)算方法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),。

非線性本質(zhì)要求不能使用疊加原理,，所以不能按單工況分別計(jì)算，然后荷載組合通過(guò)效應(yīng)疊加的方法,。

應(yīng)該在荷載組合后,，考慮結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形,，對(duì)于處于受壓的區(qū)域，樁（包括錨桿）采用抗壓剛度進(jìn)行計(jì)算,，考慮土的剛度,；而對(duì)于處于受拉的區(qū)域，樁（包括錨桿）采用抗拉剛度進(jìn)行計(jì)算,，不能考慮土的剛度,。所以要采用迭代的非線性計(jì)算方法。

（2） 需要進(jìn)行非線性分析的情況及軟件實(shí)現(xiàn)

如果地基土或者樁出現(xiàn)了部分受壓部分受拉的情況(如下圖),，就應(yīng)該通過(guò)考慮土樁抗拉抗壓剛度不同的非線性迭代計(jì)算方法進(jìn)行分析,。

從實(shí)際工程角度來(lái)看，需要進(jìn)行非線性分析的最常見(jiàn)情況包括：

1）進(jìn)行人防設(shè)計(jì)的工程,；

2）抗浮設(shè)防水位比較高的工程,；

3）上部結(jié)構(gòu)荷載特別不均勻的工程；

4）較大水平力荷載的工程,；

軟件默認(rèn)對(duì)含高水的組合,、含人防的組合采用非線性分析方法，用戶可以自定義工況組合的分析屬性,。（見(jiàn)【基礎(chǔ)建?！俊緟?shù)設(shè)置】或者【基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出】【計(jì)算參數(shù)】中的【水浮力，人防,，荷載組合表】），見(jiàn)下圖：

軟件在【基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出】【文本結(jié)果】【組合工況上抬檢驗(yàn)】會(huì)給出各工況組合是否需要進(jìn)行非線性分析的建議,。用戶可以在完成基礎(chǔ)計(jì)算分析后,，點(diǎn)擊查看。

（3） 基礎(chǔ)工程中進(jìn)行非線性分析的注意事項(xiàng)

在非線性分析中,，為了準(zhǔn)確得到分析結(jié)果,，需要：

1）考慮上部結(jié)構(gòu)剛度；

因?yàn)橹挥锌紤]了上部結(jié)構(gòu)剛度,，才能正確模擬在高水組合或者人防組合作用下的變形和柱墻對(duì)基礎(chǔ)的支撐作用,。

2）合理設(shè)置樁土剛度系數(shù)。

由于地基土的基床系數(shù)軟件默認(rèn)是只抗壓不抗拉的,，所以不需要指定抗拉剛度為0,。

對(duì)于樁，軟件默認(rèn)是按承載力設(shè)計(jì)值/允許位移（10mm）估算初始抗拔剛度,。但是如果有抗拔試驗(yàn)得到的抗拔剛度,，可以交互指定樁的剛度。

最常見(jiàn)的是抗拔錨桿,，可以利用【樁定義修改樁剛度】功能指定抗拉剛度值,，并指定抗壓剛度為0,。對(duì)于普通樁，如果不考慮其抗拔作用,，可以修改其抗拉剛度為0,；如果考慮其抗拔作用，指定一個(gè)抗拉剛度值,。

另外,，非線性分析方法由于不適用疊加原理，所以不適用于：

1）基于二階段分析的帶防水板的工程,，會(huì)自動(dòng)按線性分析進(jìn)行計(jì)算,；

2）設(shè)置后澆帶的工程，抗浮設(shè)計(jì)會(huì)忽略后澆帶的影響,，按無(wú)后澆帶模型進(jìn)行計(jì)算,。

4 防水板進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

帶防水板基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)可以參考第10章“帶防水板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)”的內(nèi)容。

軟件對(duì)帶防水板基礎(chǔ)工程自動(dòng)進(jìn)行二步計(jì)算：

第一步計(jì)算將柱底,、墻底作為支撐防水板的豎向不動(dòng)支座（基礎(chǔ)本身為彈性支承）,，對(duì)防水板進(jìn)行有限元計(jì)算和配筋計(jì)算。如果防水板內(nèi)有地基梁,，將地基梁作為支撐防水板的彈性支座,，地基梁按照有限元交叉梁體系進(jìn)行計(jì)算和配筋；

第二步計(jì)算非防水板基礎(chǔ),，如獨(dú)立基礎(chǔ),、樁承臺(tái)等，此時(shí)考慮防水板傳遞過(guò)來(lái)的荷載效應(yīng),。

帶防水板基礎(chǔ)工程的特點(diǎn),，可以總結(jié)如下：

（1）防水板本身的計(jì)算采用倒樓蓋計(jì)算模型

第一步計(jì)算防水板的內(nèi)力時(shí)采用柱墻下豎向不動(dòng)的倒樓蓋計(jì)算模型，其計(jì)算結(jié)果只包括防水板的局部彎曲效應(yīng),。其計(jì)算模型會(huì)將防水板中的其他基礎(chǔ)（獨(dú)基,、筏板、承臺(tái)）作為防水板加厚部位,，考慮地基梁,、樁的剛度貢獻(xiàn)，見(jiàn)下圖：

（2） 其他基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可考慮防水板傳來(lái)的向上的水浮力的影響

軟件設(shè)置兩個(gè)參數(shù)控制防水板對(duì)其他基礎(chǔ)的影響（見(jiàn)下圖）：

1）含高水組合是否考慮防水板的影響,，通過(guò)參數(shù)【底板抗浮驗(yàn)算（增加抗浮組合）】控制,，需要勾選。

2）其他組合是否考慮防水板的影響,，通過(guò)參數(shù)【防水板所有組合都傳遞到基礎(chǔ)】控制,。

防水板計(jì)算模型中不承受上部計(jì)算荷載，防水板承受的荷載除水浮力（有時(shí)還有人防荷載）外,，包括防水板自身的自重,、覆土重,、用戶輸入的恒活荷載。

一般認(rèn)為,，防水板的恒活荷載可以由防水板的墊層獨(dú)立承擔(dān),，所以軟件默認(rèn)該選項(xiàng)不勾選，即認(rèn)為只含恒活荷載的荷載組合不傳遞到非防水板基礎(chǔ),。

勾選此參數(shù)后,，軟件不僅將含高水、含人防荷載的荷載組合傳給其他基礎(chǔ),，還將其他所有荷載組合都傳給其他非防水板基礎(chǔ),。由于勾選后考慮了只含恒活荷載的組合到其他基礎(chǔ)的傳遞，其他基礎(chǔ)的最大樁土壓反力會(huì)增加,，承載力驗(yàn)算結(jié)果更容易出現(xiàn)不滿足的情況,。

是否勾選該參數(shù)取決于防水板的恒活荷載是否可以由防水板的墊層獨(dú)立承擔(dān)，有工程師根據(jù)工程實(shí)際情況判斷選擇,。

（3） 防水板內(nèi)的抗拔樁無(wú)法進(jìn)行抗拔驗(yàn)算

防水板內(nèi)的倒樓蓋模型的計(jì)算中,，墻柱作為豎向不動(dòng)的固定支座導(dǎo)致錨桿的抗拔反力計(jì)算存在非常大的誤差，所以防水板內(nèi)的抗拔樁無(wú)法進(jìn)行抗拔驗(yàn)算,。

所以抗浮錨桿的抗拔驗(yàn)算只能用筏板模型模擬防水板,，同時(shí)將筏板基床系數(shù)設(shè)置為0，保留獨(dú)立基礎(chǔ)的基床系數(shù),，計(jì)算分析選擇非線性分析方法,。

5 抗浮設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（1）荷載與荷載組合

抗浮設(shè)計(jì)的水浮力有關(guān)荷載及荷載組合參數(shù)見(jiàn)下圖：

1）水浮力荷載

水浮力包括歷史最低水、歷史最高水兩種,。軟件中通過(guò)設(shè)置水位標(biāo)高,、水容重參數(shù)來(lái)施加水浮力荷載，參數(shù)見(jiàn)下圖：

軟件中水浮力計(jì)算公式：（水頭標(biāo)高 - 基礎(chǔ)底標(biāo)高）*重力加速度（默認(rèn)9.8）,。

這里的標(biāo)高都是相對(duì)結(jié)構(gòu)正負(fù)0的（單位為米），即對(duì)應(yīng)上部結(jié)構(gòu)樓層組裝表的標(biāo)高體系,。

歷史最低水位,，簡(jiǎn)稱(chēng)低水，性質(zhì)為永久荷載,，起抵消恒載減少樁土反力的有利作用,，不是用于抗浮設(shè)計(jì)。

歷史最高水位,，簡(jiǎn)稱(chēng)高水,，是沿用了習(xí)慣稱(chēng)謂，準(zhǔn)確含義應(yīng)該是“抗浮設(shè)計(jì)水位”,，性質(zhì)為可變荷載,，要考慮其內(nèi)力,、抗浮的不利作用。

這里輸入的水頭標(biāo)高是用于整個(gè)基礎(chǔ)的水頭標(biāo)高,，如果在基礎(chǔ)某些部位水頭標(biāo)高值與這里不同,，可在生成基礎(chǔ)計(jì)算數(shù)據(jù)后的板面荷載菜單下，查看水浮力荷載大小并對(duì)局部進(jìn)行修改（操作同局部人防）,，操作界面見(jiàn)下圖：

2）抗浮組合系數(shù)

軟件中抗浮組合系數(shù)的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)下圖：

水浮力的組合系數(shù)是單獨(dú)設(shè)置的：

1）水浮力的標(biāo)準(zhǔn)組合系數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)組合用于驗(yàn)算樁土承載力,，軟件參考《地基規(guī)范》5．4．3的抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算安全系數(shù)默認(rèn)取1.05，也可以取1.0,。

2）水浮力的基本組合系數(shù)

軟件默認(rèn)按1.2,。

水浮力的基本組合系數(shù)目前尚無(wú)明確規(guī)定，主要參考方法有：

（1）《給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的1.27

《荷載規(guī)范》中第3.2.5條中提出“對(duì)結(jié)構(gòu)傾覆,、滑移和漂浮驗(yàn)算,，荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用”。而民用建筑地下室及人民防空地下室均未涉及到此項(xiàng)內(nèi)容,。只有《給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50069提到了對(duì)有關(guān)的荷載分項(xiàng)系數(shù)問(wèn)題,。

根據(jù)《給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50069-2002第5.2.2條和5.2.3條，對(duì)于抗浮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),，地表水或地下水作用應(yīng)是第一可變荷載,，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，它的分項(xiàng)系數(shù)取為1.27,；即,，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)有利組合時(shí)抗力的分項(xiàng)系數(shù)取1.0,，水浮力的基本組合設(shè)計(jì)值為標(biāo)準(zhǔn)值乘上1.27,。當(dāng)計(jì)算整體抗浮的穩(wěn)定性時(shí)，抵抗力只計(jì)入永久荷載,，水浮力采用標(biāo)準(zhǔn)值乘以抗力系數(shù)Ks（取1.05）,。

（2）按水位是否高于（含等于）室外地坪標(biāo)高關(guān)系分別取1.2、1.4

也有專(zhuān)家提出按荷載規(guī)范中的永久荷載和可變荷載的方法來(lái)確定分項(xiàng)系數(shù),。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第3.1.1條的條文說(shuō)明,，“按《工程結(jié)構(gòu)可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50153的規(guī)定，水位不變的水壓力按永久荷載考慮,，水位變化的水壓力按可變荷載考慮”,。

這樣可以按水位與室外地坪標(biāo)高關(guān)系確定水浮力組合系數(shù)：

1）當(dāng)抗浮水位高于（含等于）室外地坪時(shí)

可以理解為水壓力是不可能再增加了，視為不變的水壓力,。因在驗(yàn)算抗浮時(shí),，水浮力為主要可變荷載效應(yīng)來(lái)控制的組合，它的分項(xiàng)系數(shù)宜取1.20，抗力的荷載系數(shù)為1.0,。,。

2）當(dāng)抗浮水位低于室外地坪

水壓力有可能再增加，視為可變荷載,，它的分項(xiàng)系數(shù)宜取為1.4,，抗力的荷載系數(shù)為1.0。

3）抗浮組合

抗浮組合有兩個(gè)控制參數(shù),，見(jiàn)下圖：

【底板抗浮驗(yàn)算（增加抗浮組合）】

由于高水是可變荷載,，要考慮其存在和不存在兩種情況。所以勾選此項(xiàng)后,，要增加荷載組合：增加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)抗浮組合（1.0恒-水浮力標(biāo)準(zhǔn)組合系數(shù)*水浮力）,；保留原來(lái)基本組合，會(huì)增加相同數(shù)目的含高水的組合,。以基本組合為例,，比較見(jiàn)下圖：

未勾選【底板抗浮驗(yàn)算（增加抗浮組合）】時(shí)共26個(gè)基本組合

勾選【底板抗浮驗(yàn)算（增加抗浮組合）】時(shí)新增26個(gè)含高水基本組合

考慮到大部分高水組合不起控制作用，而且含高水組合采用非線性分析計(jì)算耗時(shí)較多,。軟件提供了減少高水組合數(shù)目的選項(xiàng)【基本組合高水歸并】,，勾選后只考慮恒載與高水的兩個(gè)基本組合（大部分工程夠用），見(jiàn)下圖：

4）抗浮組合的恒載折減

抗浮組合的恒載起抵抗水浮力的有利作用,。所以存在一個(gè)恒載的組合系數(shù)問(wèn)題,，即是否需要考慮恒載折減。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》2001版第3.2.5條曾規(guī)定：對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆,、滑移或漂浮驗(yàn)算時(shí),，永久荷載其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)取0.9,，但在2006版中取消0.9的提法,。

現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）3.2.4條規(guī)定：“當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，不應(yīng)大于1.0,。”,、“對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算,，荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)滿足有關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定”

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）3.2.4條條文說(shuō)明指出：

當(dāng)永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號(hào)時(shí),，若恒載分項(xiàng)系數(shù)仍采用1.2，則結(jié)構(gòu)的可靠度會(huì)隨永久荷載效應(yīng)所占比重的增大而嚴(yán)重降低,，此時(shí),，宜取小于1.0的系數(shù),。但考慮到經(jīng)濟(jì)效果和應(yīng)用方便的因素,，建議恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.0。地下水壓力作為永久荷載考慮時(shí),，由于受地表水位的限制,，其分項(xiàng)系數(shù)一般建議取1.0,。

在傾覆、滑移或漂浮等有關(guān)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算中,，永久荷載效應(yīng)一般對(duì)結(jié)構(gòu)是有利的,，荷載分項(xiàng)系數(shù)一般應(yīng)取小于1.0的值。雖然各結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)廣泛采用分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)方式,，但對(duì)永久荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值,，如地下水荷載的分項(xiàng)系數(shù)，各地方有差異,，目前還不可能采用統(tǒng)一的系數(shù),。因此，在本規(guī)范中原則上不規(guī)定與此有關(guān)的分項(xiàng)系數(shù)的取值,，以免發(fā)生矛盾,。當(dāng)在其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)結(jié)構(gòu)傾覆、滑移或漂浮的驗(yàn)算有具體規(guī)定時(shí),，應(yīng)按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行,，當(dāng)沒(méi)有具體規(guī)定時(shí)，對(duì)永久荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)按工程經(jīng)驗(yàn)采用不大于1．0的值,。

可見(jiàn)恒載是否考慮取小于1.0進(jìn)行折減,，取決于水浮力的組合系數(shù)取值：

1）如果水浮力組合系數(shù)取1.2、1.27或者1.4情況下,，由于受地表水位的限制地下水壓力不會(huì)達(dá)到放大后的水位位置,，水浮力的放大相當(dāng)于可以考慮到恒載不足的安全可靠度問(wèn)題，所以恒載分項(xiàng)系數(shù)可以取1.0,。

2）如果水浮力組合系數(shù)取值已經(jīng)考慮到放大后的水位位置不能超過(guò)地表水位,，取了較小值。此時(shí)就需要考慮是否對(duì)恒載分項(xiàng)系數(shù)取小于1.0的值（比如0.9）,，以保障安全可靠度,。

抗浮組合的恒載組合系數(shù)可以通過(guò)自定義荷載組合，在荷載組合表中直接修改含高水組合的分項(xiàng)系數(shù),，見(jiàn)下圖：

5）水浮力與人防同時(shí)組合

《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50038-2005）4．9．4條提出：在確定核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用下防空地下室基礎(chǔ)荷載組合時(shí),，當(dāng)?shù)叵滤灰韵聼o(wú)樁基防空地下室基礎(chǔ)采用箱基或筏基，且按表4．9．2及表4．9．3規(guī)定的建筑物自重大于水的浮力,，則地基反力按不計(jì)入浮力計(jì)算時(shí),，底板荷載組合中可不計(jì)入水壓力；若地基反力按計(jì)入浮力計(jì)算時(shí),，底板荷載組合中應(yīng)計(jì)入水壓力,。對(duì)地下水位以下帶樁基的防空地下室，底板荷載組合中應(yīng)計(jì)入水壓力。

注意兩點(diǎn)：

1）該條文未明確指出是低水還是抗浮設(shè)防水位,；

2）軟件計(jì)算地基反力時(shí)均是按全部荷載考慮的,，所以只要考慮水浮力和人防荷載同時(shí)作用，就應(yīng)該有同時(shí)包括水浮力,、人防的荷載組合,；

軟件目前認(rèn)為人防荷載、抗浮設(shè)防水兩種極端荷載情況不會(huì)同時(shí)出現(xiàn),，所以默認(rèn)組合中只考慮人防和低水組合（如果勾選考慮低水）,、不考慮人防和高水同時(shí)組合。

如果工程設(shè)計(jì)中需要考慮人防和高水同時(shí)作用,，可以通過(guò)自定義荷載組合增加組合,，見(jiàn)下圖：

（2）計(jì)算模型參數(shù)設(shè)置

基礎(chǔ)工程的有限元計(jì)算模型參數(shù)見(jiàn)下圖：

1）彈性地基梁板法

抗浮計(jì)算應(yīng)該采用可以考慮樁土拉壓剛度不同的彈性地基梁板方法。

只有彈性地基梁板法才可以考慮因柱墻支座位移差引起的整體彎曲作用,，板內(nèi)力計(jì)算才符合實(shí)際情況,。

而倒樓蓋計(jì)算模型存在板內(nèi)力計(jì)算只計(jì)入局部彎曲作用的局限性之外，最大的缺點(diǎn)是無(wú)法進(jìn)行樁的抗拔承載力計(jì)算,。

2）考慮上部結(jié)構(gòu)剛度

彈性地基梁板法時(shí)柱墻不再是不動(dòng)支座,，所以應(yīng)該通過(guò)考慮上部結(jié)構(gòu)剛度考慮柱墻對(duì)于基礎(chǔ)的支撐作用，以免抗浮工況下板變形和內(nèi)力過(guò)大而導(dǎo)致配筋偏大,。

板上剪力墻應(yīng)采用深梁方案,，一般采用默認(rèn)值即可。

（3）樁土剛度設(shè)置

1）抗壓剛度的參數(shù)設(shè)置

軟件包括兩部分參數(shù)來(lái)控制基床系數(shù)和樁剛度的默認(rèn)值,，設(shè)置界面見(jiàn)下圖：

【地基類(lèi)型】

選項(xiàng)只對(duì)于帶樁的有限元基礎(chǔ)工程起作用,，如布置基礎(chǔ)中有多柱或墻下復(fù)雜承臺(tái)或樁筏情況，但是不包括僅僅布置了錨桿類(lèi)的情況,，如平筏基礎(chǔ)帶錨桿工程,。

選項(xiàng)的本質(zhì)含義為“是否需要考慮土分擔(dān)”。勾選第一項(xiàng)時(shí),，如果工程中包含了有限元樁（錨桿除外）,，軟件對(duì)自動(dòng)將土的基床系數(shù)初始化為0，這樣有限元整體計(jì)算時(shí)就不考慮土承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載了,；勾選第二項(xiàng),，土的基床系數(shù)不會(huì)自動(dòng)初始化為0，能考慮土分擔(dān)荷載作用,，所以常見(jiàn)的樁筏和平筏混合聯(lián)合基礎(chǔ)要勾選第二項(xiàng),。

【基床系數(shù)和樁剛度】

軟件提供了“根據(jù)地質(zhì)資料自動(dòng)計(jì)算”、“直接指定”兩個(gè)途徑,。

a）【根據(jù)地質(zhì)資料按K=P/s,，Kp=Q/s反算】

是軟件提供的按根據(jù)所輸入的地質(zhì)資料和準(zhǔn)永久組合荷載大小反算地基基床系數(shù)和樁剛度系數(shù)的方法,，即沉降試算。

沉降試算要求必須有地質(zhì)資料,，軟件會(huì)按分組對(duì)象（連通筏板為組）按平均反力假定計(jì)算沉降并計(jì)算基床系數(shù)和樁剛度。對(duì)于考慮樁土分擔(dān)的情況,，就需要確定樁土假定反力的比例,，軟件提供了兩個(gè)選項(xiàng)：

自動(dòng)計(jì)算地基土分擔(dān)比例，樁反力按總荷載與樁承載力之和的較小值來(lái)計(jì)算,；土反力按20%的總荷載,、總荷載減去樁承載力之和差值的較大值來(lái)計(jì)算。

指定土分擔(dān)比例,，樁反力按（1-指定比例）來(lái)計(jì)算,；為了實(shí)現(xiàn)最終的土反力與指定該指定比例基本一致，軟件不再按K=P/s反算土的基床系數(shù),，而是按位移協(xié)調(diào)原則根據(jù)樁剛度直接推算土的基床系數(shù),。

注意：計(jì)算結(jié)果中樁土實(shí)際反力的分擔(dān)比例是與樁土剛度及位移變形有關(guān)的，所以即使指定了土分擔(dān)比例,，最終結(jié)果的土分擔(dān)比例也是大致接近該值,。如果最終樁土分擔(dān)比例與預(yù)期目標(biāo)偏差大，可以通過(guò)在【基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出】中修改樁土剛度取值來(lái)調(diào)整最終的分擔(dān)比例,。

b）【直接取以下默認(rèn)值】

依樁土類(lèi)型直接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)指定,，【參考值】按鈕提供了常見(jiàn)的樁土類(lèi)型經(jīng)驗(yàn)值供用戶選用，見(jiàn)下圖：

樁類(lèi)型為“錨桿”的樁是用于模擬只抗拔的樁,，所以其抗壓剛度自動(dòng)生成為0,。所以對(duì)于只抗拔的樁，建議用“錨桿”類(lèi)的樁來(lái)模擬,。見(jiàn)下圖：

2）抗拉剛度

土不能抗拉,，所以其剛度總是0。

樁抗拔剛度設(shè)置,，要合理設(shè)置抗拔剛度,，不宜過(guò)小過(guò)大（可想象為橡皮筋拉筏板、不動(dòng)支座）,，否則計(jì)算的抗拔力太小而失真,，起不到抗浮作用。

樁的抗拔剛度,，一般需現(xiàn)場(chǎng)抗拔試驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)抗拔剛度,。否則建議參考如下兩個(gè)公式：

1）嵌巖錨桿： 按拉桿的剛度計(jì)算公式，即：(E*A/L)*折減系數(shù),，折減系數(shù)據(jù)施工是否采用預(yù)拉措施考慮,，若有預(yù)拉措施則可取較大值,。

2）抗拔承載力特征值/允許位移，允許位移根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)估算,，一般可取10~50mm,。

軟件自動(dòng)生成的樁抗拉剛度按公式：抗拔承載力特征值/允許位移，允許位移為10mm,，所以樁抗拉剛度取值為100倍的抗拔承載力特征值（KN/m）,。

3）基床系數(shù)及樁剛度的自定義修改

軟件根據(jù)參數(shù)自動(dòng)生成的基床系數(shù)及樁剛度只能考慮比較簡(jiǎn)單規(guī)則的工程。

有些工程還需要在生成數(shù)據(jù)后,，由用戶自定義修改指定基床系數(shù)和樁剛度,，比如：

1）自動(dòng)生成的同一連通區(qū)域內(nèi)筏板下基床系數(shù)為相同值。而某些工程主樓裙房不同區(qū)域因地質(zhì)條件不同或者主樓采用地基處理措施而裙房未采取措施,，均需要按不同基床系數(shù)考慮,，如下圖所示：

2）平筏與樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)，樁筏部分一般不考慮土承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載,，需要將樁筏區(qū)域基床系數(shù)修改為0,。

3）同一連通大筏板下有多種樁類(lèi)型時(shí)，樁需要指定為與實(shí)際匹配的樁剛度,。如下圖某工程,，主樓下采用樁徑為800、承載力為5400KN的樁,，而裙房部位采用樁徑為400,、承載力為1150KN的樁，兩類(lèi)樁要指定采用不同的樁剛度,。

在【基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出】模塊【生成數(shù)據(jù)】后可以修改指定基床系數(shù)和樁剛度,。

【基床系數(shù)】提供了按構(gòu)件、按單元兩種修改模式：按構(gòu)件會(huì)將整個(gè)構(gòu)件的基床系數(shù)修改為統(tǒng)一值,；按單元可以實(shí)現(xiàn)同一基礎(chǔ)構(gòu)件的不同區(qū)域基床系數(shù)不同,。基床系數(shù)的用戶界面見(jiàn)下圖：

【樁剛度】除了可以任意圖選（點(diǎn)選,、框選,、多邊形選擇）指定樁剛度之外。還提供了“按【樁定義】修改剛度”功能,，可以按樁的定義類(lèi)型樁指定樁剛度,。樁剛度修改的用戶界面見(jiàn)下圖：

4）抗拔屈服控制

軟件中樁剛度采用了三段式剛度，可準(zhǔn)確模擬受壓,、受拉,、屈服三個(gè)階段。另外樁類(lèi)型為“錨桿”時(shí),，還可以計(jì)算預(yù)應(yīng)力錨桿,，考慮預(yù)拉力對(duì)筏板配筋的影響,。樁（錨桿）的力位移曲線示意如下圖：

軟件可以模擬樁的抗拉屈服，即樁拉力達(dá)到一定值后會(huì)保持力大小不變,，而忽略剛度貢獻(xiàn),。軟件通過(guò)屈服控制點(diǎn)參數(shù)來(lái)設(shè)定屈服值，參數(shù)設(shè)置見(jiàn)下圖：

6 抗浮設(shè)計(jì)過(guò)程及要點(diǎn)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過(guò)程不是完全獨(dú)立的,，甚至需要進(jìn)行多次迭代設(shè)計(jì),。本文為表述方便，將基礎(chǔ)抗浮工程設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)主要過(guò)程：

（1）不考慮抗浮問(wèn)題進(jìn)行非抗浮基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

抗浮設(shè)計(jì)之前需先完成非抗浮基礎(chǔ)如獨(dú)基,、承臺(tái)、平筏￥樁筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),，此時(shí)主要考慮地基承載力,、樁抗壓和水平承載力、基礎(chǔ)沖切抗剪,、基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算要求進(jìn)行非抗浮基礎(chǔ)設(shè)計(jì),。這樣為后面的抗浮設(shè)計(jì)提供了較準(zhǔn)確的基礎(chǔ)荷載及剛度信息。

（2）抗浮參數(shù)設(shè)置

包括抗浮荷載與荷載組合,、計(jì)算模型參數(shù)等的確定與設(shè)置,，見(jiàn)前節(jié)內(nèi)容。

（3）抗浮初步設(shè)計(jì)

初步設(shè)計(jì)內(nèi)容包括整體抗浮初步驗(yàn)算及局部抗浮估算,，是確定基礎(chǔ)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)性工作,。

1）整體抗浮初步驗(yàn)算——筏板模型實(shí)現(xiàn)

整體抗浮滿足要求是抗浮設(shè)計(jì)的最低標(biāo)準(zhǔn)，其目的是保證整個(gè)基礎(chǔ)是一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),。如果不滿足基礎(chǔ)將成為可變機(jī)構(gòu),，基礎(chǔ)整體有限元計(jì)算將無(wú)法得到正常結(jié)果。

整體抗浮驗(yàn)算比較的是水浮力總值與恒載壓重與樁抗拔承載力之和,。所以進(jìn)行整體抗浮初步驗(yàn)算可以在比較粗略的模型中進(jìn)行,，注意以下幾點(diǎn)：

1）抗浮區(qū)域內(nèi)所有防水板改用筏板模擬，確?？垢^(qū)域內(nèi)都建了筏板,，板上水浮力荷載大小、覆土荷載,、板面恒載等壓重盡量與實(shí)際相符,，這樣確保水浮力及壓重可以準(zhǔn)確得到；

2）抗浮區(qū)內(nèi)板內(nèi)的樁抗拔承載力特征值與實(shí)際設(shè)計(jì)相符,，因?yàn)檎w抗浮驗(yàn)算會(huì)統(tǒng)計(jì)入樁抗拔承載力作為抗浮抗力,；

3）如果模型尚未精確設(shè)計(jì)情況下，自重荷載無(wú)法精確模擬,，但用于整體抗浮初步驗(yàn)算精度一般是足夠的,。

軟件在【基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出】【文本結(jié)果】【抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算】中輸出筏板基礎(chǔ)的整體抗浮驗(yàn)算驗(yàn)算結(jié)果,。抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算用戶界面見(jiàn)下圖：

2）局部抗浮估算——抗拔樁數(shù)量估算來(lái)實(shí)現(xiàn)

由于上部結(jié)構(gòu)荷載分布不均勻（如主樓和裙房上部荷載存在較大差異），所以還需要進(jìn)行局部抗浮初步估算,，這可以借助軟件提供的抗拔樁數(shù)量估算功能實(shí)現(xiàn),。

【基礎(chǔ)建模】模塊提供了【抗拔樁數(shù)量圖】計(jì)算功能,，見(jiàn)下圖：

【抗拔樁數(shù)量圖】類(lèi)似抗壓樁數(shù)量圖,，用戶指定樁型后，軟件根據(jù)荷載大小,，按（上部荷載-高水位支座力)/抗拔承載力,，給出每個(gè)柱墻節(jié)點(diǎn)位置最少樁數(shù)量圖。

操作步驟和要點(diǎn)：

1）在要計(jì)算抗拔樁數(shù)量的區(qū)域布置上防水板,，以便估算每個(gè)柱墻位置分擔(dān)的水浮力

如果尚未有基礎(chǔ)模型,，可以建一塊厚度與實(shí)際筏板或者防水板相當(dāng)?shù)姆浪澹蝗绻呀?jīng)有實(shí)際筏板或者防水板的基礎(chǔ)模型,，將未被防水板包住的筏板的屬性改為防水板,。

2）輸入設(shè)計(jì)的低水位、高水位參數(shù),，施加水浮力荷載,，見(jiàn)下圖：

3）在【基礎(chǔ)計(jì)算及結(jié)果輸出】，完成計(jì)算分析,，得到防水板模型的柱墻支座反力,。見(jiàn)下圖：

注意：為得到每個(gè)柱墻位置的抗拔樁數(shù)量，需要得到每個(gè)柱墻位置在水浮力作用下的總支座反力,。所以,，建議對(duì)于把模型中已有樁抗拔剛度設(shè)置為0，見(jiàn)下圖：

4）【總參數(shù)】對(duì)話框,，要勾選控制參數(shù),，如下圖：

5）【選當(dāng)前樁】指定抗拔樁型，【樁數(shù)量圖】計(jì)算柱墻下抗拔樁數(shù)量,，計(jì)算后還可以進(jìn)行圍區(qū)統(tǒng)計(jì)圍區(qū)內(nèi)所需樁總數(shù)量,，用戶界面見(jiàn)下圖：

（4）抗浮詳細(xì)設(shè)計(jì)

抗浮詳細(xì)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)主要問(wèn)題抗拔樁設(shè)計(jì)、抗浮板（筏板或者防水板）設(shè)計(jì),。

1）抗拔樁設(shè)計(jì)

有兩種抗拔樁：承壓樁兼具抗拔作用,、只抗拔的抗拔樁。兼具抗拔作用的承壓樁,，其布置由豎向承載力決定,，在抗浮設(shè)計(jì)之前已經(jīng)完成布置。這里抗拔樁設(shè)計(jì)專(zhuān)指只抗拔的抗拔樁設(shè)計(jì),。

抗拔樁的布置要根據(jù)整體抗浮驗(yàn)算結(jié)果及抗拔樁估算結(jié)果進(jìn)行,。

抗拔樁的布置是個(gè)迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程,，抗拔樁設(shè)計(jì)過(guò)程借鑒傳統(tǒng)的手工布置方案逐步采用細(xì)化的布置方法，如前文所述的傳統(tǒng)布置方法包括：

1）以裙房/主樓為區(qū)域均勻布置,；

2）以柱墻相關(guān)范圍為區(qū)域均勻布置到柱墻下,；

3）房間為對(duì)象，把房間分墻柱下區(qū),、跨中區(qū)

布置好抗拔樁之后,，根據(jù)后面基礎(chǔ)抗浮驗(yàn)算結(jié)果，迭代調(diào)整樁的布置（去掉不起作用的樁,、抗拔承載力不足的地方增加樁）進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,。

2）抗浮板設(shè)計(jì)

抗浮板這里指筏板和防水板。

筏板抗浮驗(yàn)算采用的是能考慮拉壓剛度不同的非線性迭代分析方法,，可以考慮上部結(jié)構(gòu)剛度,、上部荷載的分布、柱墻支座位移差,，是精確分析方法,。

防水板抗浮驗(yàn)算采用柱墻下豎向不動(dòng)的倒樓蓋計(jì)算模型,，其計(jì)算結(jié)果只包括防水板的局部彎曲效應(yīng),。防水板計(jì)算模型只適用于柱墻位置不動(dòng)支座假定基本成立的情況。

筏板計(jì)算模型的優(yōu)點(diǎn)是可以精確分析各種復(fù)雜情況,；缺點(diǎn)是用于模擬獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板,、承臺(tái)+防水板等工程的防水板時(shí)，會(huì)導(dǎo)致獨(dú)立基礎(chǔ),、承臺(tái)按筏板的局部加厚區(qū)域進(jìn)行配筋計(jì)算,，配筋結(jié)果中會(huì)按頂?shù)拙浣罘绞剑c只進(jìn)行獨(dú)基,、承臺(tái)板底配筋設(shè)計(jì)習(xí)慣不符,。

防水板計(jì)算模型的優(yōu)點(diǎn)是與獨(dú)基、承臺(tái)等組合時(shí),，獨(dú)基,、承臺(tái)只板底配筋，與工程習(xí)慣相符,；缺點(diǎn)無(wú)整體抗浮驗(yàn)算結(jié)果,，無(wú)法進(jìn)行抗拔樁設(shè)計(jì)，無(wú)法模擬局部抗浮不滿足情況的實(shí)際受力等,。

如果是用筏板（包括樁筏）直接進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)情況,，用筏板計(jì)算模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗浮板的厚度等一般已由非抗浮設(shè)計(jì)部分確定了,，抗浮設(shè)計(jì)就是進(jìn)行與抗拔樁共同作用分析進(jìn)行配筋驗(yàn)算,。

抗浮板設(shè)計(jì)難點(diǎn)是帶防水板工程的防水板本身內(nèi)力設(shè)計(jì),，關(guān)鍵是確定計(jì)算模型是采用筏板計(jì)算模型還是防水板計(jì)算模型。可以參考以下原則來(lái)考慮：

1）需要進(jìn)行抗拔樁設(shè)計(jì)驗(yàn)算的,，只能采用筏板計(jì)算模型的抗拔驗(yàn)算結(jié)果,；

2）整體抗浮初步驗(yàn)算或者局部抗浮估算（帶裙房情況）不滿足情況下，倒樓蓋假定不適用,，不能直接采用防水板計(jì)算模型的內(nèi)力和配筋結(jié)果,；

3）只有上部結(jié)構(gòu)荷載比較均勻（單體結(jié)構(gòu)無(wú)裙房），整體抗浮初步驗(yàn)算或者局部抗浮估算（帶裙房情況）滿足情況下,，才可以直接采用防水板計(jì)算模型的內(nèi)力和配筋結(jié)果,；

比較通用的處理方法是分別進(jìn)行筏板計(jì)算模型和防水板計(jì)算模型的計(jì)算，并以筏板計(jì)算模型的精細(xì)抗浮設(shè)計(jì)（抗拔樁設(shè)計(jì)及局部抗浮設(shè)計(jì)）以基準(zhǔn)參考：

1）如果筏板計(jì)算模型的結(jié)果表明各柱墻位置的支座位移差不明顯（或者是因?yàn)楸旧聿淮嬖诿黠@局部抗浮不足情況,，或者是采取了增設(shè)抗拔樁有效控制了局部抗浮不足引起的明顯柱墻支座位移）,，可以直接取用防水板模型的配筋結(jié)果。

2）否則建議以筏板計(jì)算模型配筋結(jié)果為準(zhǔn),。獨(dú)立基礎(chǔ)和承臺(tái)的輸出板頂配筋結(jié)果與設(shè)計(jì)習(xí)慣不符問(wèn)題,，可以這樣處理——大部分情況下板頂計(jì)算配筋值較小，可以不配置板頂配筋,，個(gè)別板頂計(jì)算配筋較大者根據(jù)三維變形圖分析原因絕對(duì)是否配置板頂筋,。

（5）基礎(chǔ)抗浮驗(yàn)算及設(shè)計(jì)優(yōu)化

只有筏板才可以進(jìn)行精確全面的抗浮設(shè)計(jì)，筏板抗浮驗(yàn)算及設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)總結(jié)如下：

1）筏板模型必須選擇彈性地基梁板法,、并考慮上部結(jié)構(gòu)剛度,；

2）樁土剛度設(shè)置是計(jì)算模型的重要部分，特別是抗拔剛度設(shè)計(jì)對(duì)于抗浮設(shè)計(jì)結(jié)果起關(guān)鍵作用,，最好是有抗拔試驗(yàn)結(jié)果,；

3）需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工程，計(jì)算完成后首先查看【文本結(jié)果】【抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算】結(jié)果,。要求安全系數(shù)大于水浮力的基本組合系數(shù),，保證所有組合情況下基礎(chǔ)整體是個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，見(jiàn)下圖：

否則當(dāng)前所有計(jì)算結(jié)果都是不可用的,，必須在采用了增加壓重或增設(shè)抗拔樁之后,，重新進(jìn)行驗(yàn)算。

4）查看抗浮最不利的工況組合三維位移結(jié)果,、抗拔承載力以及筏板配筋,，檢查局部抗浮情況。

下圖為某局部抗浮不足的工程三維位移結(jié)果和筏板配筋結(jié)果,。

7 考慮抗拔錨桿的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）抗拉錨桿的模擬實(shí)現(xiàn)

軟件中可以通過(guò)兩種方式模擬抗拔錨桿：

1）      普通樁,，可以設(shè)置抗壓抗拉剛度不同來(lái)模擬，模擬只抗拔錨桿可以把抗壓剛度設(shè)為0來(lái)實(shí)現(xiàn)；普通樁定義界面見(jiàn)下圖：

2）      錨桿,，只起抗拔作用支持預(yù)應(yīng)力,，無(wú)抗壓承載力和水平承載力，從V1.6起軟件提供了專(zhuān)門(mén)用于模擬錨桿的樁類(lèi)型,，用戶定義界面見(jiàn)下圖：

（2） 錨桿與普通樁模擬抗拔樁的區(qū)別

錨桿是專(zhuān)門(mén)用來(lái)模擬只抗拔的錨桿的,，普通樁可以用于模擬承載豎向荷載兼具抗拔作用的樁。兩者在軟件中的區(qū)別表現(xiàn)在：

1）      圖形中錨桿和普通樁,、承臺(tái)樁用了不同顏色,，方便用戶醒目地識(shí)別抗拔錨桿；

2）      樁剛度試算的時(shí)候,，計(jì)算平均樁反力的時(shí)候,，抗拔錨桿不分擔(dān)荷載。錨桿按承載力設(shè)計(jì)值/允許位移（10mm）估算初始抗拔剛度,，抗壓剛度自動(dòng)設(shè)置為0,；普通樁按承載力設(shè)計(jì)值/允許位移（10mm）估算初始抗拔剛度，抗壓剛度根據(jù)沉降試算估算,。

3）      假定錨桿不具備水平承載力,，所以在水平承載力驗(yàn)算時(shí)，不考慮錨桿的作用,，也不驗(yàn)算錨桿的水平承載力,。

所以如果是只抗拔的樁，建議采用錨桿類(lèi)樁來(lái)模擬,。

（3） 抗拔錨桿的設(shè)計(jì)過(guò)程

基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)的整體流程見(jiàn)下圖：

抗拉錨桿設(shè)計(jì)步驟為：

1）如果需要設(shè)置錨桿,，首先確定單錨桿承載力,；

2）根據(jù)【沉降】【三維位移】上抬區(qū),，確定設(shè)置錨桿的區(qū)域；

3）根據(jù)【上部荷載】【圍區(qū)統(tǒng)計(jì)】（見(jiàn)下圖）確定錨桿數(shù),，（水浮力—上部荷載）/錨桿承載力=最小錨桿數(shù),，由于錨桿不可能全部發(fā)揮最大作用，實(shí)際數(shù)放大一定比例,，完成錨桿初步布置,；

4）、設(shè)定好錨桿抗拔剛度后,，進(jìn)行非線性抗浮計(jì)算后,，根據(jù)抗拔承載力、筏板配筋,、三維位移驗(yàn)算結(jié)果優(yōu)化錨桿布置,。主要工作是：去掉作用不大的錨桿；抗拔承載力不足處、筏板配筋過(guò)大處增加錨桿,。

（4） 某工程抗拔錨桿的設(shè)計(jì)示例

1）工程概況

某工程2層地下室,，12米水頭，見(jiàn)下圖：

裙房部分由于水浮力大于上部結(jié)構(gòu)荷載,，出現(xiàn)明顯上浮,，抗浮最不利組合1.0恒-1.2浮（高）三維位移結(jié)果見(jiàn)下圖（最大上抬位移360多毫米）：

由于局部抗浮不足,，多處出現(xiàn)明顯的配筋超筋現(xiàn)象,。

X向底部配筋最大配筋達(dá)216cm2，,，云圖見(jiàn)下圖：

Y向底部配筋最大配筋達(dá)252cm2,，，云圖見(jiàn)下圖：

2）抗拔錨桿設(shè)計(jì)過(guò)程

第一步：抗拔錨桿初步布置

確定選用的錨桿單錨桿承載力為800KN,。

根據(jù)三維變形確定需要布置錨桿的區(qū)域?yàn)槿狗繀^(qū),，【上部荷載】【圍區(qū)統(tǒng)計(jì)】得到局部抗浮不足區(qū)域的恒載、水浮力大小,。

按公式：（水浮力 — 上部荷載）/錨桿承載力  = 最小錨桿數(shù),，初步估算錨桿數(shù)目。由于不可能全部發(fā)揮最大作用,，實(shí)際數(shù)放大一定比例（初步設(shè)計(jì)階段可以偏大些,，按1.5~2）。初步布置210根錨桿,，見(jiàn)下圖：

注意：對(duì)于這種裙房抗浮不足,，形成明顯懸臂結(jié)構(gòu)的情況下，可以直接按裙房區(qū)域進(jìn)行均勻布置,。比如前文所述的進(jìn)一步細(xì)化區(qū)域方法：按以柱墻相關(guān)范圍為區(qū)域,；或者將房間分墻柱下區(qū)、跨中區(qū),，錨桿只布置在跨中區(qū)的處理辦法,，反而是畫(huà)蛇添足了。

第二步：抗浮驗(yàn)算及結(jié)果檢查

按彈性地基梁板法,、考慮上部結(jié)構(gòu)剛度,、合理設(shè)置錨桿抗拔剛度后，進(jìn)行上部結(jié)構(gòu),、筏板及錨桿共同作用分析,，完成第一次抗浮驗(yàn)算。

然后檢查抗浮最不利組合1.0恒-1.2?。ǜ撸┤S位移結(jié)果,，查看增設(shè)的錨桿抗浮有效性。從下圖可以看出增設(shè)錨桿后最大上抬量由360多毫米減少為10多毫米，增設(shè)錨桿有效限制了局部上浮位移,。

還要進(jìn)行抗拔錨桿軟件驗(yàn)算并進(jìn)行優(yōu)化布置調(diào)整,。

檢查抗拔承載力結(jié)果，找出最大拉力遠(yuǎn)低于承載力的錨桿,，說(shuō)明該錨桿明顯不起作用,，可以去掉。如下圖,，可以去掉右下角及內(nèi)圈最大拉力很小的錨桿,。

檢查抗拔承載力結(jié)果，找出承載力驗(yàn)算超限顯紅提示的錨桿,，說(shuō)明該處錨桿布置不足,，需要增設(shè)錨桿。如下圖所示,，右上角區(qū)域需要進(jìn)一步增設(shè)錨桿,。

第三步：錨桿優(yōu)化布置

根據(jù)前述抗拔承載力驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行錨桿的優(yōu)化布置，去掉因處于受壓區(qū)而基本不起作用的錨桿,，錨桿布置不足導(dǎo)致錨桿承載力不足區(qū)域增加錨桿,。錨桿由原來(lái)的210根調(diào)整布置為114根，錨桿優(yōu)化方案后布置圖見(jiàn)下圖：

第四步：抗浮重新驗(yàn)算及結(jié)果檢查,，筏板配筋及錨桿抗拔均滿足完成設(shè)計(jì),。

調(diào)整錨桿布置方案后，最不利抗浮工況組合的三維變形見(jiàn)下圖,?？梢钥闯?/span>錨桿優(yōu)化減少數(shù)量，筏板上抬區(qū)域多了些,，但最大位移沒(méi)有超過(guò)10mm,，錨桿的限制筏板上抬效果非常明顯。

檢查錨桿抗拔承載力驗(yàn)算結(jié)果,。錨桿基本都能較大程度地發(fā)揮作用,，而且未出現(xiàn)抗拔承載力不滿足要求的情況,，錨桿安全,。

檢查筏板配筋，板頂部配筋值不大,，最大計(jì)算配筋約為20cm2,，，見(jiàn)下圖：

這樣就完成了該工程的抗拔錨桿設(shè)計(jì),。

從該設(shè)計(jì)示例,，可以看出：

1）錨桿設(shè)計(jì)必須基于上部基礎(chǔ)樁土共同分析，考慮上部結(jié)構(gòu)剛度,，采用非線性分析方法,。

2）抗浮設(shè)計(jì)依賴(lài)錨桿抗拔和筏板彎曲共同作用,；

3）錨桿施工復(fù)雜,，費(fèi)用高,；

4）筏板抗彎能力有限,，有明顯局部抗浮不足時(shí)必須增設(shè)錨桿,；

5）錨桿設(shè)計(jì),，本質(zhì)是筏板彎曲配筋設(shè)計(jì)與錨桿設(shè)計(jì)兩者平衡的過(guò)程,，少設(shè)錨桿確保經(jīng)濟(jì),，同時(shí)要保證錨桿承載力和板配筋均滿足安全要求。