獨立基礎(chǔ)加防水板的設(shè)計

發(fā)布時間:2024-02-10
一、受力特點
(1) 在獨基加防水板基礎(chǔ)中,防水板一般只用來抵抗水浮力,不考慮防水板的地基承載能力。獨立基礎(chǔ)承擔(dān)全部結(jié)構(gòu)重量并考慮水浮力的影響。
(2) 作用在防水板上的荷載有地下水浮力qw,防水板自重qs及其上建筑做法重量qa,在建筑物使用過程中由于地下水位變化,作用在防水板底面的水浮力也在不斷改變,根據(jù)防水板所承擔(dān)的水浮力的大小,可將獨立柱基加防水板基礎(chǔ)分為以下兩種不同情況:1)當(dāng)qw≤qs+qa時(注意:此處的qw,qs和qa均為荷載效應(yīng)基本組合時的設(shè)計值,即水浮力起控制作用時的荷載設(shè)計值,而不是荷載標(biāo)準(zhǔn)值),建筑物的重量將全部由獨立基礎(chǔ)傳給地基(圖1a);2)當(dāng)qw>qs+qa時,獨立基礎(chǔ)底面的部分地基反力轉(zhuǎn)移至防水板,并以水浮力的形式直接作用在防水板底面,這種地基反力的轉(zhuǎn)移對獨立基礎(chǔ)的底部彎矩及剪力有加大的作用,并且隨水浮力的加大而增加(圖1b)
(3) 在獨基加防水板基礎(chǔ)中,防水板是一種隨荷載情況變化而變換支承情況的復(fù)雜板類構(gòu)件,當(dāng)qw≤qs+qa時(圖1a),防水板及其上部重量直接傳給地基土,獨立基礎(chǔ)對其不起支承作用;當(dāng)qw>qs+qa時(圖1b),防水板在水浮力的作用下,將凈水浮力(qw-(qs+qa))傳給獨立基礎(chǔ),并加大了獨立基礎(chǔ)的彎矩數(shù)值。
二、計算原則
在獨基加防水板基礎(chǔ)中,獨立基礎(chǔ)及防水板一般可單獨計算。
2.1防水板計算
1.支承條件:防水板可簡化成四角支承在獨立基礎(chǔ)上的復(fù)雜受力雙向板(支承邊長度與獨基尺寸有關(guān))(圖2)。
2.設(shè)計荷載(圖2):
1)重力荷載,一般包括防水板自重、防水板上部的填土重量、建筑地面重量、地下室地面的固定設(shè)備重量等;
2)活荷載,一般包括地下室地面的活荷載、地下室地面的非固定設(shè)備重量等;
3)水浮力,可按抗浮設(shè)計水位確定。
3.荷載分項系數(shù):當(dāng)?shù)叵滤蛔兓瘎×視r,水浮力荷載分項系數(shù)按可變荷載分項系數(shù)確定,取1.4;反之按永久荷載分項系數(shù)確定,取1.35。注意防水板計算時,應(yīng)根據(jù)重力荷載效應(yīng)對防水板的有利或不利情況,合理取用永久荷載的分項系數(shù),當(dāng)防水板由水浮力效應(yīng)控制時應(yīng)取1.0。
4.防水板應(yīng)采用相關(guān)程序按復(fù)雜樓板計算,也可按無梁樓蓋雙向板計算。
5.無梁樓蓋雙向板計算的經(jīng)驗系數(shù)法
(1)按圖3確定防水板柱下板帶及跨中板帶的劃分 (2)防水板柱下板帶及跨中板帶彎矩的確定 按經(jīng)驗系數(shù)法計算時,應(yīng)先算出垂直荷載產(chǎn)生的板的總彎矩設(shè)計值,然后按表1確定柱下板帶和跨中板帶的彎矩設(shè)計值。x, y向的總彎矩設(shè)計值按下式計算:
式中,q為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時,垂直荷載設(shè)計值;lx,ly分別為等代框架梁的計算跨度,即柱子中心線之間的距離;bce為獨立基礎(chǔ)在計算彎矩方向的有效寬度(見圖4)。
2.2獨立基礎(chǔ)的計算
合理考慮防水板水浮力的影響,是獨立基礎(chǔ)計算的關(guān)鍵。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中可采用包絡(luò)設(shè)計的原則,按下列步驟計算。
1.qw≤qs+qa時,可直接按地基規(guī)范的相關(guān)規(guī)定進行計算,此部分的計算主要用于地基承載力的控制,相應(yīng)的基礎(chǔ)內(nèi)力一般不起控制作用,僅可作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的比較計算。
2.當(dāng)qw>qs+qa時
(1)將防水板的支承反力(取最大水浮力計算),按四角支承的實際長度(也就是防水板與獨立基礎(chǔ)的交接線長度。當(dāng)各獨立基礎(chǔ)平面
尺寸相近或相差不大時,可近似取圖4中的獨立基礎(chǔ)的底邊總長度)轉(zhuǎn)化為沿獨立基礎(chǔ)周邊線性分布的等效線荷載qe及等效線彎矩me(見圖4),并按下列公式計算:
中,qwj為相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時,防水板的水浮力扣除防水板自重及其上地面重量后的數(shù)值(kn/㎡);ax,ay為獨立基礎(chǔ)在x,y向的底面邊長(m);k為防水板的平均固端彎矩系數(shù),可按表2取值;其中
(2)根據(jù)矢量疊加原理,進行在普通均布荷載及周邊線荷載共同作用下的獨立基礎(chǔ)計算,簡圖見圖5,過程如下:
1) 獨立基礎(chǔ)基底反力引起的內(nèi)力計算,按地基規(guī)范的相關(guān)規(guī)定,進行普通均布荷載作用下獨立基礎(chǔ)的內(nèi)力計算,注意此處均布荷載中應(yīng)扣除防水板分擔(dān)的水浮力,以圖5柱邊緣剖面a-a為例,計算彎矩為ma1(按地基規(guī)范公式(8.2.7-4)計算)、剪力為va1。
2) 防水板對獨立基礎(chǔ)的基底邊緣反力引起的附加內(nèi)力計算,根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理,進行周邊線荷載作用下獨立基礎(chǔ)的內(nèi)力計算;以圖5柱邊緣剖面a-a為例,計算彎矩為ma2=[qe(b-d)/2+me]l、剪力為va2 =qel。
3) 將兩部分內(nèi)力疊加,進行獨立基礎(chǔ)的各項設(shè)計計算。
3.取上述1和2的大值進行獨立基礎(chǔ)的包絡(luò)設(shè)計。
三、構(gòu)造要求
為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)想,防水板下應(yīng)設(shè)置軟墊層,確保防水板不承擔(dān)或承擔(dān)最少量的地基反力,軟墊層應(yīng)具有以下兩方面的特點:
1)軟墊層應(yīng)具有一定的承載能力,至少應(yīng)能承擔(dān)防水板混凝土澆注時的重量及其施工荷載,并確保在混凝土達到設(shè)計強度前不致產(chǎn)生過大的壓縮變形;
2)軟墊層應(yīng)具有一定的變形能力,避免防水板承擔(dān)過大的地基反力,以保證防水板的受力狀況和設(shè)計相符。
工程設(shè)計中軟墊層的做法大致如下:
1)防水板下設(shè)置焦渣墊層,利用焦渣墊層所具有的承載力承擔(dān)防水板及其施工荷載重量,并確保在防水板施工期間不致發(fā)生過大的壓縮變形,同時,在底板混凝土達到設(shè)計強度后,具有恰當(dāng)?shù)目蓧嚎s性。受焦渣材料供應(yīng)及其價格因素的影響,焦渣墊層的應(yīng)用正在逐步減少;
2)防水板下設(shè)置聚苯板。近年來隨著獨立柱基加防水板基礎(chǔ)應(yīng)用的普及,聚苯板的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛,由于其來源穩(wěn)定,施工方便快捷且價格低廉,在工程應(yīng)用中獲得比較滿意的技術(shù)經(jīng)濟效果。聚苯板應(yīng)具有一定的強度和彈性模量,以能承擔(dān)基礎(chǔ)底板的自重及施工荷載。
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題
(1)軟墊層設(shè)計中對聚苯板性能的控制問題是關(guān)系獨立基礎(chǔ)加防水板受力合理與否的關(guān)鍵問題。
(2)需要說明的是,結(jié)構(gòu)設(shè)計中常有忽略防水板的水浮力對獨立基礎(chǔ)的影響,而只按獨立基礎(chǔ)基底反力引起的彎矩計算,其基底彎矩設(shè)計值偏小,不安全。當(dāng)?shù)叵滤惠^高時,影響更為明顯。
(3)采用軟墊層后對地基承載力的深度修正影響問題。
五、設(shè)計建議
(1)建議在軟墊層設(shè)計中,采取控制軟墊層強度和變形的結(jié)構(gòu)措施,如根據(jù)設(shè)計需要提出聚苯板的抗壓強度和壓縮模量指標(biāo)(抗壓強度一般取壓縮量為試件總厚度的10%時的強度值)。
(2)軟墊層厚度h可根據(jù)地基沉降數(shù)值s確定,且應(yīng)滿足h≥s。
(3)當(dāng)?shù)叵滤惠^高(qw>qs+qa)時,應(yīng)考慮防水板承擔(dān)的水浮力對獨立基礎(chǔ)彎矩的增大作用,并可采用矢量疊加原理進行簡單計算。
(4)應(yīng)特別注意對獨立基礎(chǔ)計算埋深的修正。
(5)應(yīng)注意獨基加防水板基礎(chǔ)與變厚度筏板基礎(chǔ)的區(qū)別。
(6)當(dāng)?shù)叵滤徊桓邥r,應(yīng)盡量采用較小厚度的防水板,以控制防水板的配筋略大于防水板的構(gòu)造配筋為宜。
六、特別說明
6.1 獨基加防水板基礎(chǔ)暫未列入相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中,上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和做法均為編者對實際工程的總結(jié)和體會,供讀者在結(jié)構(gòu)設(shè)計中參考。
6.2 在可不考慮地下水對建筑物影響時,對防潮要求比較高的建筑,常可采用獨立基礎(chǔ)加防潮板,防潮板的位置(標(biāo)高)可根據(jù)工程具體情況而定:
(1)當(dāng)防潮板的位置在獨立基礎(chǔ)高度范圍內(nèi)(有利于建筑設(shè)置外防潮層,并容易達到滿意的防潮效果)時,上述獨立基礎(chǔ)加防水板設(shè)計方法同樣適用。
(2)當(dāng)防潮板在地下室地面標(biāo)高處時,防潮板變成為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,一般可不考慮其對獨立基礎(chǔ)的影響,但注意框架柱在防潮層標(biāo)高處應(yīng)留有與防潮層相連接的“胡子筋”。 6.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采用抗浮設(shè)計水位,而不是防水設(shè)計水位。 6.4 關(guān)于結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計
當(dāng)抗浮設(shè)計水位較高時,結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計往往存在較大的困難,尤其是純地下車庫或地下室層數(shù)較多而地上層數(shù)很少時,問題更為嚴重。
抗浮設(shè)計常用的方法有:
1)自重平衡法:采用回填土、石或混凝土(或重度≥30kn/m3的鋼渣混凝土)等手段,來平衡地下水浮力;
2)抗力平衡法:設(shè)置抗拔錨桿或抗拔樁,來消除或部分消除地下水浮力對結(jié)構(gòu)的影響;
3)浮力消除法:采取疏、排水措施,使地下水位保持在預(yù)定的標(biāo)高之下,減小或消除地下水對建筑(構(gòu)筑)物的浮力,從而達到建筑(構(gòu)筑)物抗浮的目的;
4)綜合設(shè)計方法,即:根據(jù)工程需要采用上述兩種或多種抗浮設(shè)計方法,采取綜合處理措施,實現(xiàn)建筑(構(gòu)筑)物的抗浮。
方法1)和2),從工程角度屬于“抗”的范疇,能解決大部分工程的抗浮問題,但對地下水浮力很大的工程,投資大,費用高。而設(shè)計方法3)則屬于“消”的范疇,處理得當(dāng),可以獲得比較滿意的經(jīng)濟、技術(shù)效果。一般情況下,當(dāng)?shù)叵滤惠^高,建筑物長期處在地下水浮力作用下時,宜采用自重或抗力平衡法;當(dāng)?shù)叵滤惠^低,建筑物長期沒有地下水浮力作用或水浮力作用的時間很短、概率很?。m然其有可能在某個時間出現(xiàn)較高的水位)時,宜采用浮力消除法。采用“抗”和“消”相結(jié)合的設(shè)計方法,對于防水要求不是很高的大面積地下車庫等建筑尤為適合。
采用浮力消除法的相關(guān)問題:1)地下室底板宜位于弱透水層;2)地下室四周及底板下應(yīng)設(shè)置截水盲溝,并在適當(dāng)位置設(shè)置集水井及排水設(shè)備;3)設(shè)置排水盲溝,應(yīng)具有成熟的地方經(jīng)驗,必要時應(yīng)進行相關(guān)水工試驗。應(yīng)采取確保盲溝不淤塞的技術(shù)措施(如設(shè)置砂礫反濾層,鋪設(shè)土工布等),并加以定期監(jiān)測和維護,保證排水系統(tǒng)的有效運轉(zhuǎn)。
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