浅谈绿色学校建筑结构设计

孙呐

【摘要】随着我国城市化进程的不断加快，地下室工程越来越多，其在施工中及竣工使用期的抗浮措施若无周密考虑，往往会产生上浮现象，导致地下墙体或底板开裂，直接危害使用及结构安全，应引起设计者的足够重视。

【关键词】地下室；抗浮；设计

一、地下室的抗浮设计

（一）设计要求

地下室的抗浮设计，采用安全系数法，公式表示为：

G+F≥KV

式中：G—结构自重；F—抗浮力；V—净水浮力；

K—抗浮安全系数，一般取1.05。

（二）水浮力计算

水浮力计算是抗浮设计的前提，对地下室而言，应正确合理确定工程的设防水位。因此要求工程勘察单位提供用于计算地下水浮力的设计水位。它不是工程所在位置的常年最高水位，更不是勘察期内的当前水位，而应综合分析历年水位地质资料，根据工程重要性以及工程建成后地下水位变化的可能性确定抗浮设计的设防水位。

当岩土勘察报告中未明确抗浮设防水位时，抗浮设计时宜采取以下措施：

1、对重要工程进行水文试验同时经专家论证后确定；

2、对一般工程设防水位及水压力分布应取建筑物设计使用年限内（包括施工期）可能产生的最高水位；

3、在计算地下水的浮力时，不宜考虑地下室侧壁及底板结构与岩土接触面的摩擦作用和粘滞作用，除有可靠的长期控制地下水位的措施外，不应对地下水头进行折减；

4、结构基底面承受的水压力应按全水头计算；

5、地下室侧壁所受的水土压力宜按水压力与土压力分算的原则计算。

（三）整体抗浮和局部抗浮

地下室不是一个刚体，它会产生整体或局部的变形和破坏，水对地下室的浮力主要以水压力的形式作用在结构底板上。抗浮设计首先应验算结构的整体抗浮安全度，若满足则再验算局部抗浮安全度，要按逐个柱的受荷面积来进行，并主要针对那些上部结构层数少，结构自重小的部位，特别是地下室超出高层塔楼范围较多的部位以及高层塔楼围合的内天井部位等。

（四）防水设计水位与抗浮设计水位的关系

在结构设计过程中，经常会遇到防水设计水位与抗浮设计水位，其两者的联系及区别如下表：

二、工程抗浮措施的选择

在确定了结构形式、尺寸、埋深等条件后，根据设防水位，分别计算工程自重和净水浮力，并判断是否需要采取抗浮措施。

目前，工程上通常采用压重抗浮法、抗拔锚杆等来解决地下室的抗浮问题。压重抗浮法即通过增加工程的自重来抵御水浮力的作用，抗拔锚杆则主要利用桩侧阻力和锚杆提供的拉力来平衡水浮力。

（一）压重抗浮法

抗浮安全度不足是由于结构自重加恒载重量小于地下水对结构托浮力而造成，故最直接的办法是增加结构自重或增加其上的恒载，如在地下室顶板上覆土，既可解决上部建筑设备管道出户的问题，又能增加恒载来提高结构的抗浮能力。有时也利用底板外挑部分的回填覆土作为压重的一部分。对于底板为板柱或梁板结构，利用底板柱帽或梁至地坪之间的空间设置回填压重层，既解决了工程的抗浮问题，也便于底板的防水处理。例如青岛MAX创新产业园1#楼底板抗浮设计中由于水头较高，主楼周边仅一层车库，抗浮不足，经过车库顶板增加覆土厚度，底板其建筑面层厚度也部分增大，最终增加了车库的恒载，最终满足抗浮要求。

（二）抗拔锚杆的设计

抗拔锚杆是利用锚杆与砂浆组成的锚固体与岩层的结合力作为抗浮力。该方式适宜于基岩或良好锚固土层埋深较浅、锚杆长度较短等情况。但若地下室底板以下地下水的水头压力较大，松散砂层太厚，则锚杆施工会有一定困难。需要注意的是，当地下室底板以下软弱土层较厚或锚杆自由段过长时，这种方案抗浮是不合适的，因锚杆自由段的永久防腐蚀措施要求就较高，工程费用也会显著增加。此外由于地下水位是随季节不断变化的，锚杆受到的拉力也随之发生变化，若采用非预应力锚杆则会产生较大的变形，不利于结构稳定。若设计为预应力锚杆以保证在地下水位最高时结构不会产生向上变形则当地下水位降低，浮力相应减小时锚杆的剩余预应力就成为附加荷载作用在工程桩上，增加了工程桩的荷重，满足抗浮要求。保儿村小学（A-6-4）地下车库水头较高，增加配重难以達到抗浮要求，且周边土层可满足良好锚固，埋深较浅，故最终采取抗浮锚杆+大直径人工挖孔灌注桩。

结语：

地下室的抗浮设计是结构设计的重要组成部分。在实际工程中，应根据地下室的结构形式、地质条件、浮力大小、施工条件和工期等因素确定采用何种抗浮措施，也可以根据工程特点，采取多种抗浮措施。在设计过程中，应选择合理的设计参数，重视地区经验做好构造处理，使工程的抗浮设计更加合理可靠。