地下室抗浮不满足时为啥总是柱破坏严重? 李国胜 铜陵市建筑工程施工图设计文件审查有限公司 铜陵市建设工程质量监督监测有限公司 最近有不少网络平台就地下室抗浮破坏问题发表文章,但笔者认为其分析尚有不尽如人意之处,因此也来谈谈地下室抗浮不满足时为啥总是柱破坏最严重的问题。 当水浮力大于抗浮力时,地下室柱会产生附加轴力、剪力和弯矩:
最近有不少网络平台就地下室抗浮破坏问题发表文章,但笔者认为其分析尚有不尽如人意之处,因此也来谈谈地下室抗浮不满足时为啥总是柱破坏最严重的问题。
当水浮力大于抗浮力时,地下室柱会产生附加轴力、剪力和弯矩:
1)附加轴力:一般情况下纯地下室柱的轴力等于一个柱网(如8x8米柱网)范围内的顶板(梁)自重、覆土重量、景观(绿化)重量等荷载之和,柱基础地基反力与水浮力之和等于柱轴力加上基础自重。如果浮力逐渐加大,地基反力将逐渐减小,当浮力等于柱轴力加上基础自重时,地基反力为0。如果浮力继续加大,则底板与地基开始分离,产生上拱( 地下室周边有主楼压住时地下室会上拱是显而易见的,地下室周边没有主楼压住时,由于地下室周边土体的摩擦力及周边钢筋混凝土侧墙的自重作用,也会上拱,只是上拱幅度较小而已),此时整个地下室整体受力,共同抵抗水浮力。如果地下室底板(梁)厚度(高度)很大(即抗弯刚度很大),顶板(梁)厚度(高度)很小(即抗弯刚度很小),则水浮力主要由底板(梁)自身抵抗,此时柱增加的附加轴力很小;如果地下室底板(梁)厚度(高度)很小,顶板(梁)厚度(高度)很大,则水浮力主要由顶板抵抗,此时柱增加的附加轴力很大。但大多数情况下是底板、顶板抗弯刚度一般,此时是地下室顶板、底板通过柱协调变形,共同抵抗水浮力,柱承受的附加轴力介于上述两种情况之间。因此,水浮力大于抗浮力时,地下室柱会产生附加轴力,柱下端和柱上端的轴力差值为柱自重。
2)、附加剪力:柱附加剪力等于上下端弯矩之和除以净高,整个柱高范围内剪力相等。
3)、附加弯矩:柱上、下端附加弯矩等于柱剪力乘以反弯点到柱上、下端的距离。 当反弯点位于柱高中点以上时,柱下端弯矩大于柱上端弯矩;当反弯点位于柱高中点以下时,柱上端弯矩大于柱下端弯矩。而反弯点位置与底板、顶板的刚度有关。大多数情况下,纯地下室的底板刚度较小(一般底板为 400mm厚筏板;柱墩平面尺寸较小,厚度一般为600~700mm),而梁板式结构的顶板(梁)刚度较大(板厚一般为250~350mm,梁高一般为800~1100mm,有的还有加腋),因此,柱反弯点靠近柱下端,柱上端弯矩大于柱下端弯矩。
通过以上分析可知,当水浮力大于抗浮力时,柱承受的轴力沿高度基本相等(差值为柱自重),剪力沿高度相等,但一般情况下柱上端弯矩大于柱下端弯矩,因此柱破坏会在柱上端出现。
当水浮力大于抗浮力时,由于需要平衡柱端弯矩,顶板(梁)、底板(梁)的弯矩(剪力)也会加大,但由于顶板(梁)、底板(梁)相对于柱来说,抗弯(抗剪)承载力较大,不会先于柱发生抗弯(抗剪)破坏,且在柱发生破坏后,出现内力重分布,顶板(梁)、底板(梁)附加内力立即减小,不会再发生破坏。试想,如果柱断面、纵筋和箍筋都很大,即具有很大的抗弯和抗剪承载力,柱就不会破坏,而顶板(梁)、底板(梁)将发生破坏。
在地下室整体抵抗水浮力时,总体上是顶板受拉、底板受压(靠近高层边局部情况相反),由于混凝土具有较高的抗压强度,一般底板破坏的较少(或不严重),而顶板则会在支座边(负弯矩最大)、跨中(正弯矩最大)、施工缝、后浇带等薄弱部位出现受拉破坏(开裂)。