來源:構思結構。
抗浮錨杆設計缺乏針對性國家規範的問題,僅內容沾邊的相關規範就有:
《建築地基基礎設計規範》
GB 50007—2011
《建築邊坡工程技術規範》
GB50330—2013
《巖土錨杆與噴射混凝土支護工程技術規範》
GB 50086—2015
《巖土錨杆(索)技術規程》
CECS22:2005,等等……
這些規範或規程未在統一框架內編制,實際工程運用中易令人混淆,結構工程師常花費精力進行對比分析,以求包絡住最不利的規定。
這種情況下,一本即將發布的強制性標準備受期待,有望一併解決上述問題,它就是:
《建築工程抗浮技術標準》 JGJ476-2019
4月13日,住建部在官網上正式發布該標準(2019年212號公告),規定自2020年3月1日起實施(近期手上有地下室的朋友,千萬記得提前與審查所溝通具體實施細則)。
作者就自己關心的內容(主要是錨杆部分)先行學習。其中部分規定跟以往要求有所不同,特地摘錄出來,給大家排排雷。
本標準的適用範圍
本標準對於適用範圍的規定如下:
除去傳統的工業與民用建築外,標準還適用於其他工程領域,如市政工程、軌道交通、港工等涉及抗浮問題的建築物與構築物(條文說明2.1.1)。
標準內還新增了既有建築抗浮治理的相關規定,條文分布於各個章節中,例如應進行抗浮安全性鑑定的情況有:
既有工程抗浮設防水位取值要求是:
水浮力是恆荷載還是活荷載?
本標準的條文說明部分是非常值得看的,編制組嘗試對一些歷史遺留問題進行了解答,其中就有這個困擾工程界許久的問題,水浮力到底是恆荷載還是活荷載?
編制組是這麼回答這個問題的:
對於地下水浮力「作用」的類別(直接作用、間接作用或偶遇作用),目前國內工程界尚無明確的定論,作為「荷載」也無法確定其類型(永久、可變或偶遇),有些技術標準將浮力「荷載」分為永久荷載(穩定水位產生的浮力)和可變荷載(水位變幅產生的浮力),並對應著不同的荷載分項係數。實際上,地下水浮力「荷載」是介於永久、可變甚至偶遇之間的一類「作用」,無法確切地進行準確界定。為了工程實用、安全和簡化,本標準將其作為「直接、永久」的作用(荷載)對待,統稱之為「浮力」(荷載)。
雖然認為水浮力為「直接、永久」的作用(荷載),但基本組合的分項係數還是適當調整過的。
抗浮錨杆和抗浮樁的界定
先前工程界對於錨杆和樁的概念比較混亂,主要是原有標準體系和工程習慣等歷史原因造成的。
國際上把我們的「非預應力錨杆」或「全長粘結錨杆」稱為「微型樁(micropiles)」或「抗浮樁(tensions piles)」,而國內則習慣性以為,小直徑為錨杆,大直徑為樁。
這次標準為了尊重工程習慣,沿用以直徑區分錨杆和樁的方法,並限制了錨杆的最小直徑(7.5.1條第2款),故今後抗浮錨杆和抗浮樁的區分如下:
150≤d≤250mm為抗浮錨杆
d>250mm為抗浮樁
建築抗浮工程設計等級
考慮到各個領域的地下建築工程,其使用功能、用途等均不相同,對於滲漏、防潮、底板變形的容忍度也不一樣,標準新增了建築抗浮工程設計等級要求,並劃分為三個設計等級:
大家需要注意的是:
當地基基礎設計等級定義為甲級時,建築抗浮工程設計等級自然定為甲級。
設計等級的選擇還影響了抗浮結構及構件的承載能力設計,所以確定過程必須較以往工程更為謹慎。
甲級的重要性係數放大到1.10;乙級為1.05;丙級為1.00,與基礎設計的安全等級決定的結構重要性係數包絡取大值。
建築工程抗浮穩定性評判
抗浮穩定性的判別式如下:
式中,G為所有抗力設計值的總和,包含結構自重、附加物自重、抗浮結構及構件;Nw,k是浮力設計值;Kw為抗浮穩定安全係數,見下表:
可以看到,不同設計等級,在施工期和使用期的抗浮穩定安全係數是不同的。同時,還新增加了施工期抗浮穩定性的判別要求。
這個判別式的問題是,抗力和浮力均為設計值。依據3.0.9條第1款,穩定驗算作用效應應按承載能力極限狀態下的基本組合,分項係數取1.0。
但是,條文第3款提出,確定抗浮構件數量時,應按正常使用極限狀態下的標準組合,相應抗力為單個抗浮構件的承載力特徵值。
直觀理解上,正常使用狀態的抗浮構件的承載力特徵值到承載能力極限狀態的構件抗力設計值似乎需要轉換。懷著疑問,查閱了抗浮力章節的相關規定:
以及條文說明:
筆者認為轉換分項係數仍為1.0合適,與原先的徵求意見稿中規定相同。
為了條文的通用性,犧牲了簡潔性,驗算公式被刪掉了,痛心~
施工期抗浮設防水位
嚴格來說,施工期間地下室可能遇到的最高水位並不完全是「設防水位」,而是一種「預防水位」。
標準增加施工期抗浮穩定性的判別要求,主要原因是無論是設計還是施工方,普遍忽視期間的地下結構穩定性問題,從而造成眾多工程事故。
施工期抗浮設防水位取值,將直接影響工程建設成本,確定水位的相關要求如下:
條文說明提到,為了保證安全性和簡化設計流程,可以按統一的抗浮設防水位進行穩定分析和設計。不過,統一的設防水位並不代表設計流程僅需要驗算一次。
雖然5.1.1條指出,採用地下水控制措施的工程,施工期水位可以不同。但5.3.2條又對施工期的設防水位下限進行了約束,似乎無法通過在設計圖紙內要求施工期間控制地下水水位至結構底板底面下1m來規避。
疑問來了,如果設計項目未要求進行水位預測諮詢,那施工期設防水位由誰來提供,勘察單位麼?
全長粘結拉力型錨杆要say goodbye了?
全長粘結拉力型錨杆就是我們常說非預應力錨杆(或全長粘結型錨杆)。此次標準修訂後,這類錨杆的運用嚴重受限,預應力抗浮錨杆有望取而代之。
單看上面這條,僅是引導大家選擇預應力錨杆,普通錨杆仍是可用的,只是對地基土的質量有所要求。而真正的殺手鐧出現在錨杆法的章節內:
甲、乙級工程,對錨固漿體的拉應力限制異常嚴格,普通錨杆因未施加預應力,所以完全無法實現相應要求。
經驗表明,非預應力錨杆的施工質量控制較難保證,故近兩年內更新的相關規程,對其的使用限制趨於嚴格。
舉例說明,《抗浮錨杆技術規程》 YB/T 4659-2018內,是通過扣除錨固段長度來限制非預應力錨杆的應用,畢竟工程成本的增加本身也是一種限制手段。
此次,抗浮錨杆的防腐蝕設計、錨杆與底板連接部位的防水設計要求非常明確了,感興趣的朋友自己翻閱一下。
另外,土層錨杆承載力計算時,明確要求必須考慮土層的抗拔係數。
專項勘察與抗浮水位預測諮詢報告
此次標準新加了專項勘察和水文預測諮詢報告的具體條件:
標準同時強調:
當擬建場地水文地質條件複雜且研究資料不夠充分時,應進行抗浮工程專項勘察,不能由巖土工程勘察完全替代。
抗浮水位預測分析,也不應作為通常巖土工程勘察工作或專項勘察報告的一部分內容,需要另行委託有資質的機構單獨進行。
標準還把結構工程師的地位「提高」了:
值得注意的是,有些巖土工程勘察報告所提供的抗浮設防水位建議值僅根據勘測期間的地下水位狀況進行的推測,缺少詳實的資料依據。如果勘測在當地枯水期進行,所獲得的地下水位顯著偏低。所以設計人員應明確把握設計使用年限對抗浮設防水位的真實意義和作用,對不滿足抗浮設計要求的巖土工程勘察報告,應要求予以補充甚至進行專項勘察。
結構工程師太累了,不光要顧好自己,還得同時照顧好上下遊,有加獎金麼?
關於抗浮穩定驗算的細則
地下結構底板板底面上所承受的的浮力增加到三種:
穩定水頭產生的靜水壓力、地下水坡降產生的滲流壓力和扣減上覆不透水層土體重力後的承壓水壓力,浮力標準值為三者的總和。
特別需要注意,結構自重、抗拔力與結構填築體(如頂板覆土等)的組合係數是不同的,設計過程中應進行人工幹預。
底板無外挑時,肥槽內外牆與其接觸的回填土之間的側摩阻力,可作為施工期的抗浮力。
筆者必須吐槽下,關於抗浮穩定性驗算的條文敘述,不如看圖例方便理解。
雖然知道必須驗算哪些內容,但這段文字還是挺讓人費解的,不知大家有沒有這個感覺,想要弄懂的朋友,多看看條文說明吧。
關於條文說明
萬一審查師依據條文說明提了一些意見,你懂的……
總結
結構設計越來越難做了。不過懇請軟體工程師把計算軟體升級下,好讓我們一遍算完抗浮模型吧!
白若冰,一線結構工程師,國家一級註冊結構工程師,高級工程師。從事結構設計工作15年,一注10年。擅長剪力牆結構分析及優化、複雜公建分析及精細化設計等內容。
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