摘要：由于設(shè)置有車庫(kù)、人防等原因，現(xiàn)代公用建筑工程往往設(shè)有大面積的純地下室。地下室的抗浮設(shè)計(jì)是一個(gè)年代久遠(yuǎn)卻又復(fù)雜的問題。本文采用有限元軟件，通過對(duì)錨桿-抗拔樁-底的共同作用分析，簡(jiǎn)要敘述了不同位置錨桿的內(nèi)力差別、以及不同長(zhǎng)度錨桿、不同底板厚度等對(duì)錨桿內(nèi)力的影響。
引言
由于設(shè)置有車庫(kù)、人防等原因，現(xiàn)在大型公用建筑工程中往往設(shè)有大面積的純地下室，地下室抗浮是每個(gè)此類工程均會(huì)遇到的問題。地下室抗浮一般可采用抗拔樁、抗拔錨桿、覆土壓重、底板加厚等方法。工程師需要在這些方法或組合中尋找一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的組合來(lái)進(jìn)行地下室的抗浮設(shè)計(jì)。若全部采用抗拔樁，將會(huì)造成底板較厚，樁身入巖深度較大等缺點(diǎn)，且造價(jià)較高。覆土壓重會(huì)造成地下室埋深加深、底板加厚等都會(huì)較大幅度增加造價(jià)。因此抗拔錨桿和抗拔樁的組合成了眾多工程師的首選。但抗拔樁與抗拔錨桿之間內(nèi)力分配也同時(shí)成為抗浮設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。
錨桿-底板-抗拔樁之間的相互作用復(fù)雜，廣州大學(xué)的黃山，簡(jiǎn)要分析了抗浮錨桿的布置方式對(duì)底板彎矩的影響[1]，華南理工大學(xué)的葉國(guó)認(rèn)認(rèn)為錨桿全部集中布置較均勻布置受力更為合理[2]；而且角部錨桿受力大，中間錨桿受力較小。國(guó)內(nèi)關(guān)于錨桿與抗拔樁之間內(nèi)力分配規(guī)律的問題也鮮見報(bào)道。本文以實(shí)際工程，采用有限元方法來(lái)模擬，簡(jiǎn)要分析了錨桿-底板-抗拔樁三者的共同作用、受力機(jī)理及內(nèi)力分配等。
工程概況
廣州某高檔辦公樓，主樓26層，地下3層；地下室底板面相對(duì)標(biāo)高-14.2m，板厚800mm；典型柱距9mX9m，采用板柱結(jié)構(gòu)，無(wú)基礎(chǔ)梁；基礎(chǔ)形式為端承型沖孔灌注樁，純地下室部位的樁均采用抗拔樁；地下室抗浮采用錨桿與抗拔樁的組合。錨桿體直徑為180mm，錨筋采用3根直徑32mm的HRB400級(jí)鋼筋。平面模型如圖1.1所示。
由勘察報(bào)告：部分鉆孔呈多層分布，層面標(biāo)高為-33.18～-7.07m，層面埋深16.3～42.8m。鉆孔柱狀圖中所標(biāo)明的水位為穩(wěn)定水位的埋深。地下水的埋深介于0.60～2.30m之間，地下水位變化幅度不大，設(shè)計(jì)水位至室外地面。地下巖面起伏較大，部分基礎(chǔ)直接落于中風(fēng)化巖層上（此部分采用獨(dú)立基礎(chǔ)），部分基礎(chǔ)底板底面距中風(fēng)化巖面達(dá)20多米。錨桿長(zhǎng)度變化大，因此其剛度變化大，有必要考慮其剛度對(duì)錨桿內(nèi)的影響。
有限元分析
計(jì)算模型
本文分析軟件采用ansys11.0。并采用如下假定：
?。╝）假定樁身混凝土和鋼筋共同承擔(dān)上部向下的柱底力；
（b）假定樁身在受拉時(shí)，混凝土開裂，鋼筋承擔(dān)所有拉力；
?。╟）計(jì)算均假定樁身與錨桿均嵌固于巖面；
?。╠）受拉時(shí)，樁身及錨桿的混凝土均不參與受力；
?。╡）負(fù)三層柱頂約束水平位移，但不約束豎向位移（可考慮水壓足夠大后，整體上?。?；
?。╢）鋼筋采用雙折線模型，屈服應(yīng)力為400MPa。模型中考慮有負(fù)三層柱、底板、樁等。共建有4X4跨底板，底板四周設(shè)置環(huán)梁。中柱柱底力按原PKPM模型恒載反力，近似按6000KN輸入，邊柱3000KN，角柱1500KN。本工程水壓標(biāo)準(zhǔn)值為150KPa，但為考慮鋼筋屈服后的內(nèi)力變化，本文計(jì)算中水壓一直增加至所有鋼筋屈服（300kPa），但柱底內(nèi)力不隨水壓變化。計(jì)算中考慮有所有構(gòu)件的自重。
不同位置錨桿的內(nèi)力分布
本節(jié)分析模型主要參數(shù)為，錨桿長(zhǎng)度5m，底板厚度800mm。其它參數(shù)見3.1節(jié)。
A錨桿較Ｂ錨桿內(nèi)力稍大，但鋼筋屈服后二者的內(nèi)力趨于一致。這是因?yàn)樽冃螞Q定了內(nèi)力的大小，中間錨桿變形相對(duì)較大，所以內(nèi)力較大。二者相對(duì)誤差見，在受拉階段，隨著水壓力的增加，二者相對(duì)內(nèi)力差逐漸變小，到整體上浮后，內(nèi)力趨于一致（極限受拉承載力）。
底板厚度對(duì)錨桿和抗拔樁內(nèi)力的影響
本節(jié)先固定錨桿自由段長(zhǎng)度為5m，分析了底板厚400mm、600mm、800mm、1000mm的四種不同工況，其中錨桿A和樁身抗拉鋼筋內(nèi)力變化。
底板厚度由400mm增加到1000mm時(shí)，屈服前錨桿的內(nèi)力會(huì)減小。而如圖3.5所示，隨底板厚度的增加，抗拔樁所受的拔力卻在增加，這是因?yàn)殡S著板厚增加，板的剛度增大，因此板在水壓力變形減小，錨桿的內(nèi)力變小，錨桿的內(nèi)力轉(zhuǎn)移到抗拔樁，故抗拔樁的內(nèi)力會(huì)變大。因此較薄的底板相對(duì)更能發(fā)揮錨桿的作用，而較厚的底板則更能發(fā)揮抗拔樁的作用。
不同長(zhǎng)度錨桿對(duì)其和抗拔樁內(nèi)力的影響
本節(jié)主要考慮不同長(zhǎng)度錨桿對(duì)其內(nèi)力的影響。假定底板厚度800mm，錨桿長(zhǎng)度分別為5m、3m、1m，計(jì)算結(jié)果。
長(zhǎng)度越短的錨桿，其受到拉力越大，這是因?yàn)殚L(zhǎng)度短，因此相同的變形下，應(yīng)變大，在彈模相同的前提下，內(nèi)力越大。由圖3.7可知，錨桿越短，抗拔樁受到拉力越小。這是因?yàn)閮?nèi)力分配的原因，錨桿內(nèi)力大，必然抗拔樁內(nèi)力小?，F(xiàn)階段設(shè)計(jì)經(jīng)常將錨桿所能承受的拔力折算成反向水壓力，以此降低底板的配筋，因此較短的錨桿更能降低底板的水壓，從而得到更為經(jīng)濟(jì)的板厚。
結(jié)論
經(jīng)過對(duì)抗拔錨、抗拔樁及底板的共同作用分析，考慮到規(guī)范要求鋼筋一般處于彈性工作階段，我們可以得出以下結(jié)論：
在鋼筋屈服前，板跨中心的錨桿受力較邊緣的大。
較薄的底板相對(duì)更能發(fā)揮錨桿的抗拔作用，而較厚的底板則更能發(fā)揮抗拔樁的作用。
越短的錨桿，越能發(fā)揮其抗拉作用，對(duì)降低底板厚度較為有利。
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