1成都合能房地产有限公司；2成都和信房地产有限公司；3四川国恒建筑设计有限公司 成都 610000
摘要：本文利用通用有限元软件，对底板和锚杆的协同工作进行计算分析，研究底板厚度、抗浮水位、地下室层数以及锚杆刚度对计算结果的影响。指出了抗浮锚杆考虑变形协调设计的必要性，并对抗浮锚杆设计荷载取值进行了总结，提出了实用的设计方法供工程人员参考。
关键词：抗浮锚杆；协同变形；底板
The Design of Buoyancy—resistance Anchor Rod Acting with the Base Slab
ZHAO dechun DAI Jie CAO Li
Sichuan Guo Heng Architectural Design Co.，Ltd.Chengdu 610000
Abstract：This paper，by the adaptation of general finite element software，aims to analysis the interaction of buoyancy—resistance anchor rod acting with the base slab and the factors that affect the calculation results such as the height of the base slab，anti-floating water level，the story of basement and the anchor rod stiffness.It shows that the consideration of the deformation coordination is necessary in the design，and it concludes that the load value in the design of the anchor rod is determined.At last，a practical design method is proposed in this paper as a reference for engineer.
Key Words：Buoyancy—resistance Anchor Rod；Deformation Coordination；Base Slab
1 引言
近年来，城市房地产市场的蓬勃发展，让土地资源越来越稀缺和珍贵。因此地下空间的发展越来越受到重视，地下室的埋深越来越大，而地下水对地下建筑造成的浮力也成为不可避免的设计问题。随着地下建筑的规模也逐渐变大，因设计不当造成地下室开裂渗水，或地下室整体上浮带来的经济损失也逐渐严重。但是目前抗浮锚杆的设计仍不是很成熟和科学，各设计院的方法差异较大。主要原因就是对锚杆与底板的协调变形了解不够。
本文主要针对当前广泛使用的非预应力锚杆设计进行分析讨论。使用通用有限元软件Midas Gen，对一个跨度为8米的连续5跨结构，考虑抗浮锚杆与底板协同变形，得到不同部位抗浮锚杆反力的分布。并考虑影响锚杆受力的各种因素，不同布置方式、锚杆刚度、底板厚度、抗浮水位、地下室层数。通过算例总结考虑与不考虑协同变形所带来的差异。对当前常用的锚杆和底板设计方法进行比较分析，并提出合理的设计方法。
2模型建立
2.1上部结构
考虑标准5跨框架，跨度8米，柱子尺寸600x600mm，当柱底反力为压应力时，可将柱底简化为铰接支座。当柱底反力为拉应力时，须在柱底设置锚杆，上部结构按实际刚度考虑。主梁尺寸300x700mm，楼板厚度120mm。
2.2 底板
底板采用软件中的板单元（薄板），可以考虑底板的面内面外刚度，网格尺寸为1000x1000mm。
2.3 锚杆
锚杆采用软件中的节点弹性支承单元模拟，可以考虑6个自由度方向的刚度，本文仅考虑Z向的刚度，锚杆间距2米x2米满铺底板布置，底板锚杆布置见图1：
通过比较表五和表六，锚杆能否简化为支座考虑，与底板和锚杆之间的相对刚度有关。当锚杆刚度很大，而底板厚度很小时，将锚杆简化为支座考虑误差相对较小。但是当底板厚度较大时，需要非常大的锚杆刚度才可简化为底板支座，因此设计中仅谨慎使用该方法。
5设计方法
5.1锚杆设计
由前文分析可知锚杆和底板协同工作的两个特点。一、当结构无整体上浮位移时，锚杆与底板刚度之比越小则锚杆反力分布越不均匀。当结构有整体上浮位移时，地下室层数越多，锚杆反力分布越不均匀。且不均匀系数较大，设计中均不可忽视。二、布置于底板中点的锚杆反力，当楼板厚度300~500mm，锚杆刚度300 kN/mm以上时，均接近水浮力减去底板自重后乘以负荷面积。
因此常用的两种设计方法均有不妥。一、单根锚杆设计荷载=（水浮力-上部结构恒载-底板自重）/锚杆根数；底板设计荷载=（水浮力-底板自重-锚杆承担荷载）。通过图6可见，锚杆刚度100~300kN/mm，底板300~400mm时，跨中锚杆荷载系数接近1。这种设计方法将严重低估跨中锚杆实际工作状态的受力，故采用此方法是不安全的。特别是地下室层数较多时，锚杆设计荷载与实际受力相差较大的时候（表四）。
二、单根锚杆设计荷载=（水浮力-底板自重）/锚杆根数；底板设计模型，考虑锚杆为支座。该方法锚杆同时解决局部抗浮和整体抗浮，锚杆承担主要的抗浮荷载。从分析表明（图1-2，表1-4，）该方法由于未考虑底板同锚杆的协同工作，计算得出的锚杆设计荷载较实际工作承担荷载偏大。此时可以考虑对锚杆设计荷载进行折减，折减系数详图6所示。
本文建议：不可采用第一种方法，特别是当地下水位较高，地下室层数较多时，会造成很大的安全隐患。可以在第二种办法的基础上进行调整。先根据当地的锚杆实验数据和具体场地情况估算锚杆刚度。通过图6估算跨中点锚杆的反力值，再结合图5并考虑跨中点的锚杆超载工作，将荷载乘以一个调幅系数进行折减。考虑少量锚杆有限量的超载后进入塑性变形阶段，这时其它锚杆变形增大，提供的反力也增大，可以保证迅速的进入稳定状态。同时，当地下水头较高采用改进的方法2进行设计分析时还应对锚杆从底板拉脱进行校核分析。
也可将抗浮锚杆根据柱边范围和跨中范围分开设计，让跨中锚杆承载力大于柱边锚杆，以得到既受力合理，也经济的目的。还可以将抗浮锚杆集中布置于楼板中部，以达到计算模型和实际受力情况相符的目的。
5.2底板设计
底板设计时，应考虑锚杆同底板的共同作用，不能直接将锚杆作为其支座进行内力计算。可根据图5和图6得到锚杆的反力分布，将锚杆的总合力等效为均布荷载施加于底板上。因为锚杆反力的分布是跨中大边上小，将有利的集中荷载简化为均布荷载，对板的配筋是安全的。
6结语
底板与锚杆的协调变形是不可忽视的，不能人为分配锚杆和底板之间各承担多少比例。一旦锚杆的刚度和底板的厚度确定后，变形关系就确定了。设计时必须考虑两种协同变形的实际受力情况。
参考文献
[1]岩土锚杆（索）技术规程.CECS 22：2005
[2]建筑边坡工程技术规范 GB 50330-2013
作者简介：赵德春：四川大学 结构工程硕士研究生，一级注册结构工程师；从 事结构设计及优化工作10余年。
论文作者:赵德春1,代杰2,曹历3
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/24
标签：锚杆论文; 底板论文; 荷载论文; 刚度论文; 支座论文; 方法论文; 地下室论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;