底板設(shè)計中考慮錨桿與底板共同作用的優(yōu)化設(shè)計

1、圖1抗浮錨桿布置方式 訳樁周集中布樁 訴均勻布樁廣東土木與建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING 2013年4月第4期APR 2013No.41地下室底板抗浮錨桿設(shè)計現(xiàn)狀隨著我國城市化進程的不斷加快,越來越多的城市結(jié)合城市建設(shè),利用高層建筑地下室、廣場、綠地等建設(shè)各類型的地下工程,抗浮設(shè)計在越來越多的工程中體現(xiàn)其必要性,特別在興建于地下水埋藏較淺的地區(qū),絕大部分地下工程需要進行抗浮設(shè)計。多層地下室不斷增多,當?shù)叵滤桓?結(jié)構(gòu)自重不能抵抗地下室的浮力時,地下建筑尤其是底板的抗浮問題隨之而來。地下室一般都是采用獨基、筏基或樁基礎(chǔ)等承受豎向荷載,純地下室

2、以及只有兩三層裙房的地下室的自重往往不能平衡地下水浮力,雖然樁基礎(chǔ)本身有一定的抗拔力但往往不能滿足要求,這就需要另外采取措施,其中之一是增設(shè)抗浮錨桿。其原理是在底板與其下堅硬土層之間設(shè)置拉桿,對于底板下有堅硬土層且埋深不大時,抗浮錨桿是一種既經(jīng)濟又簡便的方法,因造價低廉,施工方便,受力合理等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用?？垢″^桿分為非預應(yīng)力抗浮錨桿和預應(yīng)力抗浮錨桿,前者具有施工簡單,施工周期短的特點,在抗浮設(shè)計中常被用作永久性抗浮措施。非預應(yīng)力抗浮錨桿分為錨固段和自由段,其作用機理為錨桿與底板整體澆筑后共同作用,底板變形產(chǎn)生位移時,錨桿自由段隨之拉伸產(chǎn)生抗拔力并減少底板變形。不少設(shè)計人員在設(shè)計計算中只是考

3、慮錨桿對整體的抗浮作用,忽略了錨桿與地下室底板連接后對底板產(chǎn)生的作用,這種方法的結(jié)果雖然沒有原則性錯誤,但未能充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用,會造成浪費。2現(xiàn)行錨桿布置方式的特點和弊端目前抗浮設(shè)計中常用的錨桿布置方式有兩種,一是集中布置在工程樁周邊(以下稱為“集中點式布置”,二是均勻布置在底板下(以下稱“均勻布置”,如圖1所示。Optimization of the Foundation Slab considering the Combined Actionwith Floating Resistance BoltChen Chunhui(Jianke Architectural Design In

4、stitute of Guangdong ProvinceGuangzhou 510500,China Abstract :The article combines with engineering living examples ,changes the traditional way of bolt's arrangement.The bolt is central-ized layout to the span of slab.The author considers the combined action of floating resistance bolt and the

5、basement floor slab ,makes the design of the bolt more safety and reasonable,reduces the reinforcement in the slab and decreases the project cost.Keywords :bolt arrangement ;centralize of point type layout ;planar uniform layout ;centralized layout to the span of slab ;optimization底板設(shè)計中考慮錨桿與底板共同作用的優(yōu)

6、化設(shè)計陳春暉(廣東省建科建筑設(shè)計院廣州510500摘要:本文結(jié)合工程實例,改變傳統(tǒng)的錨桿的均勻布置方式,將錨桿集中布置在板的跨中,充分考慮與地下室底板的共同作用,使錨桿設(shè)計更為安全合理,并降低底板配筋,減少工程造價。關(guān)鍵詞:錨桿布置;集中點式布置;面狀均勻布置;集中板跨中布置;優(yōu)化設(shè)計圖3錨桿抗拔力(kN 172.20286.27286.84170.70286.27372.37372.37286.84286.84372.37372.37286.27170.70286.84286.27172.20356.26354.66356.26380.10379.53354.66354.66379.5338

7、0.10356.26354.66356.26訳均勻布樁方式訴集中板跨中布置圖2錨桿位移(mm 1.828 3.039 3.045 1.8123.039 3.953 3.953 3.0453.045 3.953 3.953 3.0391.8123.0453.0393.4243.7823.7653.7824.0354.0293.7653.7654.0294.0353.7823.7653.782訳均勻布樁方式訴集中板跨中布置陳春暉:底板設(shè)計中考慮錨桿與底板共同作用的優(yōu)化設(shè)計APR 2013No.42013年4月第4期集中點式布置是將錨桿布置在樁周邊,變形基本一致,抗拔力也基本均衡,如果水浮力是主要控

8、制荷載,板跨度較大,配筋也很大,錨桿未做出相應(yīng)的貢獻,工程造價高。面狀均勻布樁當不考慮抗浮錨桿對底板的作用時,板跨度按照大跨度計算,結(jié)果與集中點式布置方式一樣,工程造價高。如果考慮抗浮錨桿與底板的共同作用,可以有效地減少底板鋼筋,節(jié)約造價。但在以往的設(shè)計中,通常計算時錨桿都是按照需要的總抗拔力每根錨桿的抗拔力得到所需要的根數(shù),也就是說每根樁承受的抗拔力是均衡的,與實際受力情況不符。實際上每根樁布置的位置不同,隨底板共同產(chǎn)生的變形以及由此產(chǎn)生的抗拔力也不相同。如果錨桿布置沒有富余,則有可能是跨中的錨桿已經(jīng)超過了最大抗拔力,而樁邊的錨桿還只產(chǎn)生較小的抗拔力,跨中的錨桿遭到破壞,進而影響旁邊的錨桿,

9、從而可能導致整個工程的抗浮設(shè)計失敗。3抗浮錨桿與地下室底板的共同作用分析抗浮錨桿與地下室底板在受力后位移協(xié)調(diào),即地下室底板在地下水浮力和自重作用下,產(chǎn)生一定的向上撓度,錨桿澆筑在底板內(nèi),兩者連為一個整體,錨桿也必定產(chǎn)生相同的向上伸長量。地下室底板的變形使得抗浮錨桿產(chǎn)生變形,進而產(chǎn)生拉力;而抗浮錨桿對地下室底板的拉力又反過來約束了底板的變形,引起地下室底板的變形和次應(yīng)力的變化。地下室底板和抗浮錨桿之間存在共同作用,在設(shè)計中應(yīng)該考慮。錨桿在與底板共同變形下所提供的抗拔力與底板結(jié)構(gòu)的剛度及錨桿本身的剛度相對值密切相關(guān)。當水浮力不變,錨桿截面及錨固段均確定時,錨桿提供的抗拔力并不唯一,錨桿長度增長,底

10、板結(jié)構(gòu)剛度加大,都會使錨桿分擔的浮力減小。因非預應(yīng)力錨桿產(chǎn)生抗拔力前提是底板產(chǎn)生變形并承受部分浮力,故錨桿無法完全作為固定支座受力,只能當成一個特定剛度的彈簧支座。彈簧的剛度系數(shù)應(yīng)取錨桿抗拔試驗中Q-s 曲線的直線段的斜率,本工程尚未進行錨桿抗拔試驗,故先根據(jù)材料力學中錨桿的剛度計算公式進行估算:K =N l =EA l式中:K 為錨桿的剛度;N 為錨桿的軸力;l 為錨桿的伸長量;E 為混凝土的彈性模量;A 為錨桿的橫截面面積;l 為錨桿長度。由此可知,錨桿的剛度由混凝土的彈性模量、錨桿截面面積和錨桿自由段長度決定。可通過提高混凝土的強度等級,從而提高彈性模量,增大錨桿的截面面積或減少錨桿自由

11、段長度來增大錨桿的剛度。4錨桿布置方式的設(shè)計應(yīng)用中交集團南方總部基地(二期項目,設(shè)有3層地下室,底板面標高-15.0m ,抗浮水位取室外地坪-0.65m ,底板厚900mm ,水浮力與自重抵消后為130kN ,如不考慮“抗拔樁-抗拔錨桿-底板”共同作用,則底板配筋會很大。為了解決群錨效率降低的問題,使每根錨桿都能充分發(fā)揮錨固作用,又能減少底板配筋,降低工程造價,在設(shè)計中我們采用“抗拔樁-抗拔錨桿-底板”共同作用進行受力分析,根據(jù)受力情況布樁,將錨桿相對集中布置在底板跨中。將跨中的群錨當成一個集中的支座,可以有效地減小板跨度,從而減少底板鋼筋量,且錨桿的位移相對較接近,產(chǎn)生的拉力也相對較均勻,都

12、能發(fā)揮其抗拔承載力。用Midas Gen 試算了一塊8.4m ×8.4m 的板,錨桿采用均勻布置在底板下和集中布置在板跨中兩種方式,底板厚900mm ,錨桿為f 200,單根抗拔力400kN ,混凝土強度等級C30,鋼筋HRB400,板底靜水反力130kN m 2(水浮力-自重。計算結(jié)果如圖23。(下轉(zhuǎn)第7頁絡(luò)內(nèi)力;補充采用兩種程序的彈性時程分析,與反應(yīng)譜分析結(jié)果進行對比,指導結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.2通過調(diào)整核心筒剪力墻開洞位置及尺寸,減小平面質(zhì)心與剛心偏離幅度,且適當增大外框梁截面尺寸,從概念設(shè)計角度減小平面扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。本工程最大扭轉(zhuǎn)位移比為1.43,出現(xiàn)在首層。這是由于建筑平面布置的要求,

13、下面3層為平面不規(guī)則的大底盤裙樓所致。裙樓以上的塔樓部分通過合理的結(jié)構(gòu)布置,兩個方向的最大扭轉(zhuǎn)位移比分別僅為1.27和1.29,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到了較好的控制。4.3確保重要受力構(gòu)件強剪弱彎:構(gòu)件斜截面承載能力安全度1.2倍正截面極限承載力安全度1,4,以保證構(gòu)件的延性變形能力,達到“中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標。4.4重點分析與斜柱相連的框架梁內(nèi)力,設(shè)計時通過提高配筋率和增加抗扭筋的設(shè)置,提高此類框架梁的抗剪、抗扭能力,增加延性;為保證其有足夠的承載力儲備以策安全,加強斜柱層及其相鄰上下層樓板的厚度及配筋,以有效傳遞斜柱產(chǎn)生的水平分力,與框架梁協(xié)同工作。5結(jié)語斜柱結(jié)構(gòu)體系可以實現(xiàn)建筑立面沿高

14、度收進或突出的建筑造型要求,較梁柱轉(zhuǎn)換體系有以下優(yōu)點:斜柱傳力直接明確,梁柱轉(zhuǎn)換受力更復雜,更易形成薄弱層;梁柱轉(zhuǎn)換對建筑凈高有較大影響。對于帶斜柱的高層結(jié)構(gòu),采用合理的斜柱布置,并仔細分析整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)及斜柱框架的受力特點,是此類高層建筑結(jié)構(gòu)“安全、經(jīng)濟”設(shè)計的關(guān)鍵。本工程采用兩種三維有限元程序進行整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的對比分析,并補充了多遇地震作用下彈性時程分析及主要部分樓板應(yīng)力有限元分析。計算分析結(jié)果表明,各項指標良好,滿足相關(guān)規(guī)范的要求,結(jié)構(gòu)整體變形曲線基本平滑,并有針對性地對薄弱部位采取相應(yīng)的加強措施,確保結(jié)構(gòu)整體和各構(gòu)件的抗震性能均能達到設(shè)計的預期目標。本文的一些分析方法、設(shè)計思路希望能為類

15、似結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考。參考文獻1JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程S2GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范S3GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范S4GB50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范S5廣州地鐵華貴路小區(qū)工程場地地震安全性評價報告R.廣東省地震工程勘測中心,2007廣東土木與建筑APR2013No.4 2013年4月第4期4444444444444444444444444444444444444444通過軟件計算可知,均勻布樁方式所需錨桿數(shù)量為16根,錨桿變形差異很大,中間錨桿的變形量甚至為邊錨桿的2倍多,每根錨桿的抗拔力也很不均勻,中間的錨桿已達到373kN,邊上的錨桿還僅為170kN。而集中板跨中布置方式所需錨桿數(shù)量為12根,錨桿變形相對較接近,每根錨桿都可以充分發(fā)揮單樁抗拔力,因此從受力和變形兩方面來說,集中布置錨桿比均勻布置錨桿的方案更加合理。通過以上的計算分析,我們在本項目地下室底板及整體抗浮設(shè)計中采用板跨集中設(shè)置抗拔錨桿的做法,使得該項目在保證結(jié)構(gòu)安全及降低工程造價方面取得良好的效果。5結(jié)語