伊新富

（浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州310030）

1 概 述

本文結(jié)合PKPM JCCAD程序（V5.1.2.1以上版本），介紹《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ 476—2019）》（以下簡稱《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》）在工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中應(yīng)該注意的要點(diǎn)。

2 抗浮驗(yàn)算的基本流程

抗浮驗(yàn)算的基本流程如下：抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)→抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)→輸入浮力→輸入抗浮力及抗浮組合系數(shù)→抗浮區(qū)域布置與刪除→抗浮計(jì)算書。

3 詳細(xì)的軟件應(yīng)用介紹

3.1 抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)

《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.1條規(guī)定抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)，JCCAD程序在“參數(shù)”“荷載工況”菜單下設(shè)置“抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)”下拉選擇項(xiàng)（圖1），進(jìn)行抗浮工程的計(jì)算及設(shè)計(jì)之前，用戶需要根據(jù)《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》表3.0.1及工程實(shí)際情況在此設(shè)置合適的抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)。

圖1 分析和設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義

3.2 抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)

《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.3條規(guī)定抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)值，該值與《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》表6.1.3直接決定抗浮工程的抗浮驗(yàn)算結(jié)果的狀態(tài)是“穩(wěn)定”還是“不穩(wěn)定”。

JCCAD程序在如圖1的交互輸入框，默認(rèn)值按《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》表3.0.3取值，該值與“抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)”聯(lián)動(dòng)，用戶可以手工修改。

3.3 輸入浮力

根據(jù)《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第6.1及6.2節(jié)相關(guān)內(nèi)容，水浮力計(jì)算應(yīng)該包含：靜水壓力、承壓水壓力、滲流水壓力。

靜水壓力F w：程序默認(rèn)自動(dòng)計(jì)算，需要在圖1的“歷史最高水位（抗浮設(shè)計(jì)水位）”里輸入抗浮水位的標(biāo)高（需要在前面的方格勾選）。該標(biāo)高是相對標(biāo)高，相對于整個(gè)計(jì)算模型與整個(gè)計(jì)算模型（PM模型及基礎(chǔ)模型）取相同的正負(fù)零。要特別注意《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第5章詳細(xì)闡述抗浮設(shè)防水位的確定方法，考慮的因素比較多且復(fù)雜，在抗浮設(shè)計(jì)的時(shí)候需要根據(jù)工程實(shí)際綜合考慮。程序計(jì)算凈水壓力采用如下方法：

F w=［歷史最高水位（抗浮設(shè)計(jì)水位）標(biāo)高-基礎(chǔ)底標(biāo)高］×10

用戶可以在“筏板”“布置”“筏板荷載”菜單下選擇“水浮力-抗浮水”工況查看和編輯程序自動(dòng)計(jì)算的凈水壓力值（圖2）。

承壓水位壓力Ffc與滲流水壓力Ffs：如果工程中存在，可以在“筏板荷載”菜單下，選擇“水浮力-抗浮水”工況，在荷載定義列表里選擇相應(yīng)的水浮力，然后點(diǎn)“新建”或“修改”，在彈出的荷載定義對話框輸入承壓水壓力或者滲流水壓力（圖2）。

JCCAD按《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》公式6.2.4計(jì)算浮力標(biāo)準(zhǔn)值總和。

3.4 輸入抗浮力及抗浮組合系數(shù)

《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.1條，抗浮工程使用期的抗浮力主要包括以下作用的組合值：

1）包括地下結(jié)構(gòu)底板在內(nèi)的結(jié)構(gòu)自重；

2）結(jié)構(gòu)上部、地下結(jié)構(gòu)底板外挑結(jié)構(gòu)上的填筑材料自重；

3）地下結(jié)構(gòu)底板和上部結(jié)構(gòu)上的固定設(shè)備及永久堆積物的自重；

4）與地下結(jié)構(gòu)連接的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件提供的抗拔力。

同時(shí)，《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第6.3.7條對于不同抗浮力規(guī)定了不同的抗浮組合系數(shù)。

JCCAD可以輸入以上所有的抗浮力，同時(shí)，在“參數(shù)”“荷載組合”里自動(dòng)生成抗浮驗(yàn)算組合（圖3）。按《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》表6.3.7，通常分抗浮穩(wěn)定有利和不利兩個(gè)組合。

抗浮力組合系數(shù)：默認(rèn)按《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》表6.3.7取值，且每個(gè)系數(shù)都可以手工修改，可以滿足不同工程的計(jì)算要求?？垢×r僅僅用于抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。其中“抗浮水”的系數(shù)默認(rèn)取值抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算的時(shí)候，∑W/∑F里的抗力W值是乘以系數(shù)的值，而浮力F是不乘以系數(shù)的值。

恒載：包括上部結(jié)構(gòu)自重、基礎(chǔ)自重及基礎(chǔ)上布置的附加恒載。

圖2 荷載輸入

覆土及永久堆積物：程序分為上部結(jié)構(gòu)輸入的覆土或永久堆積物及基礎(chǔ)上的覆土或永久堆積物。上部結(jié)構(gòu)覆土或永久堆積物可在PM里的“自定義荷載工況”里“增加”定義布置，進(jìn)行上部計(jì)算后，在“參數(shù)”“荷載工況”“荷載來源”里勾選“SATWE U覆土”或“SATWE U永久堆積物”（圖4）。

地下室底板上或者室外挑出部分的覆土或永久堆積物，一般需要在JCCAD“筏板荷載”里定義布置。為了和基礎(chǔ)里布置的荷載工況加以區(qū)分，程序會(huì)在讀取的部分上部荷載工況前加上字母“U”，如“U覆土”表示上部結(jié)構(gòu)計(jì)算傳遞的覆土（圖4）。

覆土一般按填筑體對待，所以程序里其抗浮力組合系數(shù)取值默認(rèn)按表6.3.7“填筑體”取值，見圖4。

抗拔力：通常指抗浮樁或者抗浮錨桿的抗拔承載力總值。在“樁”“定義布置”菜單下先定義抗浮樁或者錨桿，輸入相應(yīng)的抗拔承載力特征值，然后將樁或者錨桿布置在基礎(chǔ)相應(yīng)位置。程序默認(rèn)按《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》表6.3.7執(zhí)行。

圖3 荷載組合

3.5 抗浮區(qū)域布置與刪除

《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第6.1及6.4節(jié)相關(guān)規(guī)定，抗浮工程有些情況需要分區(qū)域驗(yàn)算各個(gè)區(qū)域的抗浮穩(wěn)定性。

JCCAD在“筏板—編輯—板抗浮計(jì)算”菜單下可以同時(shí)布置多個(gè)抗浮區(qū)域進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。布置的抗浮區(qū)域可以通過“刪除”菜單手工刪除。

抗浮區(qū)域布置后程序會(huì)自動(dòng)將該區(qū)域的抗浮驗(yàn)算結(jié)果輸出在基礎(chǔ)平面圖上。

如果抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果為“不穩(wěn)定”，表明計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求，需要采取抗浮措施。抗浮措施可參考《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》第6.5節(jié)相關(guān)規(guī)定采取相應(yīng)的抗浮治理措施。通常采用壓重法、抗浮錨桿、抗浮樁等方法。

如果驗(yàn)算結(jié)果為“穩(wěn)定”，則表示抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

3.6 抗浮計(jì)算書

程序可以提供WORD版本的計(jì)算結(jié)果文檔、txt抗浮結(jié)果文檔及輸出抗浮驗(yàn)算結(jié)果圖形文件。

4 工程實(shí)例對比

以某市的一個(gè)大型混合溢流污水（CSO）末端調(diào)蓄池為例。該工程按7度進(jìn)行抗震設(shè)防；框架的抗震等級(jí)為三級(jí)，剪力墻的抗震等級(jí)為三級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為丙類。4.300 m標(biāo)高以下采用防水混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C30，設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)為P8。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。典型柱距為5 m，調(diào)蓄池內(nèi)部凈尺寸為65 m（長）×15.6 m（寬）×10.8 m（高），底板厚度為900 mm，壁板厚度為800 mm，底板埋深達(dá)16.5 m。頂板厚度300 mm，覆土為4.5 m。結(jié)構(gòu)內(nèi)部永久堆積物按5 kN/m2計(jì)算（圖5）。

圖4 自定義工況

圖5 典型剖面

采用錨桿進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)（錨桿布置見圖6）：

1）本工程水池抗浮采用直徑Φ200錨桿，錨桿錨筋采用一根Φ36鋼筋，采用水泥砂漿灌漿，水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)不低于30 MPa，錨桿進(jìn)入底板50 mm，樁身少量位于③-粉砂層中，大部分位于④-圓礫層中；局部錨桿進(jìn)入⑤-強(qiáng)風(fēng)化砂巖中。

圖6 錨桿布置圖

2）原設(shè)計(jì)錨桿長L=7.5 m，抗拔承載力特征值260 kN。根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（CECS 138∶2002）》，抗浮安全系數(shù)為1.05，抗浮力組合系數(shù)均為1.0，滿足抗浮驗(yàn)算要求。

3）根據(jù)《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》，該工程的抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)為1.10，抗浮力的組合系數(shù)要分有利和不利兩種情況采取不同的取值。其中覆土的組合系數(shù)為0.9，內(nèi)部永久堆積物的組合系數(shù)為0.95。采用PKPM JCCAD進(jìn)行計(jì)算，錨桿抗拔承載力特征值要到320 kN才能滿足規(guī)范要求。而且《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》在抗浮設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)時(shí)，要求錨桿為預(yù)應(yīng)力錨桿，這些都會(huì)大大提高工程的成本。

5 結(jié) 語

1）PKPM V5.1.2.1以上版本已經(jīng)對《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)內(nèi)容做到了全面實(shí)現(xiàn)。

2）對《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》在PKPM JCCAD的基本流程和具體操作進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

3）根據(jù)一個(gè)工程實(shí)例的對比，在很多情況下，《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》提出了更高的抗浮要求，這將對工程成本產(chǎn)生增加的影響。