地下水浮力对地下建筑结构安全的影响.pdf

第 3 2 卷 第 1 期 2 O 1 O年 O 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f C i v i l ．Ar c h i t e c t u r a l En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 ． 3 2 N o ． 1 Fe b．2 01 0 地下水浮力对地下建筑 结构 安全 的影响 简 斌 ， 卢铁鹰 ， 李少巍 ， 阴 可 重庆大学 土木 工程 学院， 重庆 4 0 0 0 4 5 摘 要 为研 究地 下水 浮力对地 下建 筑 结构产 生的损 伤特征 和机 理 ， 通过 一 典 型工 程 实例 的结 构 变 形和 裂缝原 因分析 ， 并 结合有 限元程 序对 结构 变形和 变形后 刚度 变化 的模 拟计 算 ， 对地 下 水浮 力作 用 下造 成 的结构 变形机理 ， 混凝土 梁 、 柱 、 墙 裂缝 特征 ， 以及 对结 构安 全 的影 响进 行研 究 。研 究 结果 表明 当地下水浮力超 出地下建筑 自身重量， 地下建筑在浮力作用下产生隆起 变形和整体上移的趋 势 ， 而在周 边挡墙 处该上 移趋 势 受土体 约束 ， 致使各 柱 、 墙 竖 向变形 不一 致 ， 导致 结 构构 件 开裂 甚 至 局部破 坏 。损伤后 的 结构 刚度 大大 降低 。结 构 的 总体损 伤 程度 与平 面 尺 寸相 关 ， 并 受平 面 短 边尺 寸 的控 制 ， 且结构 构件损 伤 呈现周边 大于 中部 的特征 。 关键词 地 下建 筑结构 ； 结构 分析 ； 变形 ； 裂缝 ； 地下 水 ； 模拟 计算 中 图分 类 号 T U3 5 4 文 献标 志码 A 文 章编 号 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 0 0 1 - 0 0 5 6 - 0 5 Ef f e c t o f Un d e r g r o u n d W a t e r o n S a f e t y o f Un d e r g r o u n d S t r u c t u r e J I AN Bi n，LU T i e - y i n g，Lf Sh oo - wei ， YI N Ke Co l l e g e o f Ci vi l Engi ne e r i n g，Cho ng qi ng Uni ve r s i t y，Ch on gq i ng 4 00 0 45，P． R．Chi na Ab s t r a c t I n or d e r t o s t ud y t h e d a ma g e c h a r a c t e r i s t i c s a n d m e c ha ni s m o f u nd e r gr o u nd wa t e r o n un d e r gr o u nd s t r u c t ur e， f a c t o r s o f s t r uc t u r e de f o r m a t i o n a nd c r a c ks b a s e d on a c a s e s t u dy ha d be e n i n ve s t i g a t e d． M e a nwh i l e，f i n i t e e l e me nt me t h o d ha d be e n us e d t o s i m u l a t e t h e de f o r ma t i o n a n d de c r e a s e of s t i f f ne s s ． An d s t r uc t u r e de f o r ma t i o n me c ha ni s m ha d be e n i n ve s t i ga t e d，t og e t he r wi t h c r a c ks c h a r a c t e r i s t i c s a n d t h e e f f e c t on t he s t r u c t u r e’ S s a f e t y ． I t wa s f o un d t h a t t he un de r gr o un d s t r u c t u r e wou l d be s wo l l e n u p a n d f l o a t e d a s t he f l o a t wa s l a r g e r t h a n t h e s t r uc t ur e ’ S we i gh t ．And t he u pt r e nd of bo und a r y r e t a i ni n g wa l l wa s r e s t r a i ne d b y s o i l ， whi c h ma d e v e r t i c a l d i s p l a c e me n t s i n c o l umns a n d c on c r e t e wa l l s di f f e r e nt a n d r e s ul t e d i n s t r uc t u r e c r a c k s a nd t he de c r e a s e o f s t r u c t u r a l s t i f f n e s s ． The ge ne r a l s t r u c t u r a l d a ma g e wa s d e p e nd e d on t h e pl a n s i z e a nd c o nt r o l l e d b y t he s ho r t s i de ． And t he d a ma g e wa s m o r e s e r i o us i n c e nt r a l t h a n t h a t i n bo un d a r y ． Ke y wo r ds u n de r g r o un d s t r u c t u r e s； s t r u c t u r e a na l y s i s； de f o r ma t i o n； c r a c ks， un de r gr o un d wa t e r； s i m 1 l 】 a t i 0n 伴随城 市地 下 建 筑 的增 多 ， 由地 下 水 浮 力 引起 的工 程质量 事 故 、 造成 严 重 经 济损 失 的案 例 也 逐 步 增多_ 1 ] ， 房屋 的抗浮问题也 因此得到研究人员更多 的重 视 。 目前研 究 工作 多 集 中在 地 下 水 位取 值 、 浮 力折 减 系数 、 抗 浮设 计 以 及地 下 水一 土体 一 地 下 结 构 共同作用等方面[ 1 ] 。而与此相对应， 针对地下水浮 力对地 下建 筑结 构产 生 的损 伤特 征 和机 理 的研究 却 少见 报导 ， 而这 一 研究 工 作 既 有 助 于 在 设计 阶段 预 见可能的结构损伤 ， 也有助于对地下水浮力造成 的 工程 事故进 行合 理判 断和处 理 。 地下水 浮 力 对 地 下 钢 筋 混 凝 土 建 筑 结 构 的影 响， 主要体现在结构隆起变形、 混凝土构件开裂以至 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 2 1 基金项 目 国家杰出青年科学基金 5 0 6 2 5 8 2 4 作者简介 简斌 1 9 6 7 一 ， 男 ， 副教授 ， 博士 ， 主要从事混凝土及预应力混凝 土结构研究 ， E ma i l b j i a n c q u ． e d u ． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 简 斌 ， 等 地 下水 浮力对 地下建 筑结构 安全 的影 响 局部破 坏上 。由不 同原 因弓 l 起 的结构 裂缝 的 特征 是 不 同的 ， 虽然 国 内外 学 者对 包 括 温 度 、 收 缩 、 冻 胀 在 内的荷载和作用弓 l 起的混凝土结构裂缝和结构损伤 已进行 较 多研究 ， 但其 中涉 及到 地下 水浮 力引起 的结构 损伤分 析却很 少 。这 是 因为早 期这 方 面 的典 型案例 较少 ， 同 时地 下 水 浮力 引 起 的结 构 损 伤 与 具 体工程 关 系紧密 ， 普 通研究 人员较 少涉 及 。 该 文结合 重庆 大学在新 疆完 成 的一典 型地 下水 浮力造 成工程 事 故 的原 因调 查 ， 并 采 用 有 限 元 程序 进行相 关模拟 计 算 ， 对地 下 水 浮 力 引起 的 建 筑结 构 损伤特征和机理 ， 以及变形和刚度变化等进行研究 ， 该研究 工作 可以作 为 同类 工程分 析 的参 考 。 1 工 程概 况 1 ． 1工程简 介 新疆 某 1大型 车 库 为地 下 一 层 建 筑 ， 由轴线 分 区号为 l的矩形 区 和轴 线分 区号 为 2的近 似方 形 区 2 部 分组成 图 1 ， 结 构平 面布置 如 图 1 所 示 。该 车 库于 2 0 0 6年 开工 修 建 ， 屋 面混 凝 土 浇 筑 后 ， 因 冬 季 气候寒 冷 原 因 ， 于 同年 1 1月 下 旬 暂 停 施 工 。停 工 时 ， 将 尚未浇注 混 凝 土 的后 浇 带 和车 库 大 门 封 闭保 温。2 0 0 7 年 4月准备复工时， 发现该地下室轴线 2 分区屋 面 中部 明 显隆 起 ， 中部 与周 边 的 相 对 高差 近 5 0 0 mm， 并有 增 加 趋 势 。进 一步 检 查 发 现 ， 该 区地 下室 的梁 、 柱 、 墙 普 遍 严重 开 裂 ， 造 成 结 构 构 件损 伤 甚至破 坏 。与 轴 线 2分 区 相 比， 1分 区 未 见结 构 明 显变形 和构件开 裂现象 。论文 将对 该事 故 原 因进 行 分 析研究 。除说 明外 ， 讨 论 的区域均 指轴 线 2分 区 。 图 1 地 下车库结构平面布置示意图 1 ． 2 场地 条件及 相关荷 载取值 场地标 准冻 深 1 ． 6 3 0 m， 设 计 地 下 水 位 标 高 为 一 1 ． 2 0 0 m。地下 车库屋 面使用 活荷 载 3 ． 5 k N ／ m ， 屋 面覆土厚 度0 ． 9 m。 1 ． 3结构设 计 参 见 图 1 ， 屋 面 框 架 梁 、 次 梁 截 面 尺 寸 分 别 为 4 0 0 mm1 0 0 0 mm 和 3 0 0 mm 7 0 0 mm； 柱 截 面 尺寸 5 5 0 mm5 5 0 mm； 周边 混 凝 土挡 土墙 及 内部 防火 墙厚 2 0 0 mm。车库 顶板 厚 2 0 0 ml T l ， 双层 双 向 钢筋 网 ， 板 面标 高 ～1 ． 2 0 m； 基 坑开 挖 至 一6 ． 1 0 m， 底板 垫层为 l 5 0 mm 厚 C1 5素 混凝 土 ， 垫 层 以上 设 5 0 mm厚 防水层 ， 其 上即 为覆 盖 全场 、 厚 3 0 0 mm 的 钢筋混 凝土 车库 底 板 ， 板 底标 高 与柱 下 独 立 基 础底 面标 高相 同 ， 板 中 配 置 1 4 2 0 0双 层 双 向钢 筋 网 。 顶板 、 底板及 墙体 含挡墙 混 凝 土强 度等 级 为 C 3 0 ， 梁 、 柱 混凝土 强度 等级为 C 4 0 。 2 现场 调 查 2 ． 1 裂缝 板 屋面板 有大量 不规则 裂缝 发生 ， 此 类裂 缝 除 极 少数 外 ， 绝 大部分 未贯穿 至板底 面 ； 底板 的局 部 区 域 出 现裂缝 ， 且有地 下水渗 出 ， 如 4 ～6轴线 与 K～L 轴 线所 围 区域 有 可 见裂 缝 ， 地 表 见浸 水 。现 场勘 查 过 程 中发现 ， 车库顶 板 上 的 0 ． 9 m 厚 绿化 土 层 和 车 库 底板 上的 0 ． 5 m 厚 回填 层和地 面均 未施工 。 梁 屋盖框 架梁 和次梁沿 梁长 均有 裂缝 出现 ， 裂 缝 主要 为竖 向走 势 ， 局 部 有斜 裂 缝 。在 端 部 靠 近周 边 墙体 附近 的梁端裂 缝宽度 较大 ， 其中 J 轴线 梁在靠 近 1 0 轴线 防火墙处 的 1 条 斜 裂缝宽 度达 到3 ． 0 mm， 该 梁段 内其余 部位 的裂缝仍 以竖 向走势 为主 。 柱 框 架 柱 普 遍 开 裂 ， 裂缝 位 于 柱 脚 和 柱 顶 部 位 ， 柱中段基本完好 ， 裂缝宽度总体较梁裂缝大。在 靠 近车 库中部 的框架 柱裂缝数 量 较少 ， 宽 度较 窄 ； 在 靠近车库的周边区域 ， 框架柱裂缝发育 ， 裂缝宽度较 大 ， 如 2 F柱顶 有多 条宽 度 达 到 1 0 mm 以上 的斜 裂缝 ， 沿 裂缝可将 混凝 土剥落 图 2 。 图 2 2 X F柱 顶 裂 缝 墙 E轴线 上 3 ～8轴段 防火墙 裂缝 发 育 充 分 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 2 卷 该片墙 体东西 两 端 裂缝 数 量 较 多 ， 中段裂 缝 数 量 逐 渐减少 ， 裂缝宽度逐渐减小至无。裂缝 均为斜 向走 势 ， 靠 近 3 轴 线 处 裂缝 为 西 高 东低 图 3 ， 8轴线 处 裂缝 为东高 西低 图 4 。3 E 柱顶 严 重 开 裂 ， 柱纵 筋弯 曲 ， 已达破 坏 。 在 A～M 轴与 1 ～ 1 0轴所 围矩 形 区域 内 ， 屋 面 结构 中部 隆起 变 形 最 大 ， 周边 梁 柱 开 裂 明 显 较 中部 严重 ， 裂缝分 布和 破坏程 度也 是呈 现 中心对 称分 布 。 图 3 E轴 线 上 3～4轴 线 段 墙体 裂 缝 图 4 E轴 线 上 7～8轴 线 段 墙 体 裂 缝 2 ． 2屋盖 变形 将 地下 车库 的柱 中心 线 投 影 到顶 板 板 面 ， 采 用 全站仪 对其 高程 进 行 测 量 。结 果 表 明 地 下 室 屋 面 板周边 高程 最低 ， 如 1 M 轴线 测 点处 ； 中部 高 程最 高 ， 如 6 H、 5 H 轴 线 等 测 点 处 。对 底 板 板 面 高 程测量结果表明， 其高程变化规律与屋面板相同。 3 原 因分 析 由该工程场地分析 ， 该工程地处新疆 ， 冬夏温差 大 、 位 于冻 融地 区 ， 且地 下 水 位 高 ； 由结 构 自身 特点 分析 ， 该 车库 结构 平面尺 寸大 ， 易受 温度 和 混凝 土 收 缩等 因素 的影 响 。经初 步 分 析 ， 造 成 事 故 的 原 因 可 能包 括 场 地土冻 涨 的影 响 、 温度变 化及 混 凝 土收 缩 的影响、 地下水浮力的影响等。相关文献也指出， 温 度 、 混 凝 土 收 缩 。 对 混 凝 土 开 裂 有 显 著 影 响 ， 冻 胀_ 8 ] 及 地 下水 ] 也 可能 造 成结 构损 伤 ， 对 这 些 裂缝 应进行 有效控 制口 。 3 ． 1 排除冻 涨 、 温度及 混凝 土收 缩的影 响 首 先 ， 排 除场 地土冻 涨 的影 响 。一 方 面 ， 虽然该 建筑场地位于冻土地带 ， 同时地下水位高 ， 具备建筑 基 础冻 胀 的条件 ； 但另 一方 面 ， 建 筑物 基础 位 于地 面 以下 6 m， 且 2 0 0 6年 1 1月 暂 停 施 工 时 对 建 筑 物 采 取 了较 好 的保 温 措 施 ， 现 场 勘 查 未见 车 库 地 面 存 在 明显冻 融破 坏迹 象 ， 周 边 相 邻 其 他建 筑 也 未 见 冻 融 灾害 。更 重 要 的 是 ， 自 2 0 0 7年 4月 发 现 屋 盖 变 形 后 ， 随着 气 温 的显 著 升 高 ， 屋 盖 中部 的 隆 起 不 减 反 增 ， 这 与冻融 灾 害完全不 同。 其 次 ， 排 除 温 度 变 化 、 混 凝 土 收缩 的 影 响 。虽 然 ， 轴 线 2分 区平 面尺寸 大 6 3 ． 3 m8 4 ． 5 m ， 存 在 温度变 化 、 混 凝土 收缩 引发结 构变 形 的可 能 ， 从 柱 裂 缝 的分 布规律 看 ， 也与 温度变 化 、 混凝 土 收缩 产生 的 裂 缝分 布规 律有 部 分相 似 之 处 l】 。然 而 ， 同步 施 工 的轴线 1分 区纵 向 尺寸 达 1 5 8 m， 在 同样 的工 程 条 件下 ， 未见 明显结 构变形 和 损伤 。 同时 ， 当 四月发 现 屋 盖变 形最 大时 ， 其 当时气 温与 2 0 0 6年结 束 施工 时 的温差 已很 小 ， 且 未见 同类 损 伤 导致 的边 柱 柱 顶 明 显侧移 u 。 3 ． 2地下 水浮 力的影 响 1 场地 条件 场 地 自然地 下水位 在 一1 ． 2 0 r n处 ， 地 下 水位 较 高 。地 下 车库底 板垫 层 底 部标 高 一6 ． 1 0 m， 远 低 于 地下水 位标 高 。若设计 或施 工对 地下 水 浮力 产 生 的 作 用估 计不 足或处 理不 当 ， 则 可能 对结 构造 成影 响 。 2 设计 和施 工组织 虽然该车库采用柱下独立基础 ， 但 车库底板为 刚性 防水底 板 ， 由前 文可 见 ， 包 括 垫 层 在 内 ， 该 车库 底 板 总厚度 达到 5 0 0 mm， 实 际上 类 似形成 一筏 板基 础 ， 这 一结 构形式 对地 下水 的作用 将非 常敏 感 。 施 工过 程 中 ， 在场 地周 边设有 排 水 沟和 集水 井 。 集水井 抽水 至 1 2月下 旬 ， 地 下水 结冰 ， 停止 排水 。 3 屋 面结构 变形原 因分 析 至此 ， 事故 产生原 因逐 渐 明朗 ， 地 下水 浮 力 的作 用是造 成本 次工 程事故 的真正原 因 。 首先 ， 经计算分析 ， 在 自然地下水 位标高状态 下 ， 若 车库 顶板 上 的 0 ． 9 m 厚 绿化 土 层 和 车库 底 板 上 的 0 ． 5 m 厚 回填 土 层 未施 加 ， 该 地 下 室 白重是 无 法抵抗 地下 水 的浮力 的 。设 计人 员对 此 未予 足够 重 视 ， 未 明确 施工 阶段应 采取 的抗 浮措施 。 该 工程 2 0 0 6年 1 1月 停 工 前 ， 由于基 坑 开 挖 排 水 ， 有 效地 降低 了地下水 位标 高 ， 无意 间避 免 了地 下 水浮力 作用 对结 构 的不 利 影 响 ， 故 未产 生 隆起 和开 裂现 象 。2 0 0 6年 1 2月 因地 下 水 结 冰而 停 止 施工 和 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第l 期 简 斌 ， 等 地 下水浮 力对地 下建 筑结构安 全 的影响 排水 ， 但到来 年 冰雪 融 化 ， 地下 水 位 回升 ， 而 此 时 尚 未 复工 ， 也 未重新组 织排 水 。随地 下 水位 升高 ， 车 库 底板 所受地 下水 浮 力 大大 超 过 了结 构 自重 ， 导 致 该 车库底板上升， 从而带动车库屋面隆起变形 。与此 同时 ， 车库周 边挡土 墙受土 体约束 大 ， 其 向上 的变 形 受到 约束 ， 因此屋面 不是整 体 向上 平 移 ， 而仅表 现 为 中部 隆起 ， 周边挡墙 几乎 没有 向上位 移 。 与轴线 2分 区相 比 ， 轴 线 1分 区没 有 出现 明 显 的隆起 变形 和结构 损伤 。这是 因为 1分 区为 一矩 形 布 置 ， 短 向仅 为 2 9 ． 7 m， 不 到 2分 区 的短 边 尺 寸 的 一 半 。而对 于 】 分 区这样 短边远 小于 长边 的 四边 约 束矩 形平 面 ， 在浮力 的作 用下 ， 就类似 一 均布荷 载 作 用下 的单 向板 ， 其 隆起 变形 的幅 度 是 由短 向尺 寸 控 制 的 ， 这一 点也 为表 1中的模 拟计算 所证 明 。 4 构件 裂缝原 因 计算分 析表 明各 柱 竖 向变形 不一 致 ， 这 使 得 框 架 梁两端 存 在 相 对 竖 向位 移 ， 导 致 梁 、 柱 内 产 生 内 力 ， 并最终 引起 框 架梁 、 柱 开裂 。 同 时 ， 从 竖 向变 形 的平面分 布看 ， 越靠 近 周 边 ， 竖 向 变 形 的梯 度 越 大 ， 即相邻柱的相对竖 向位移越大， 这也正是周边梁柱 开 裂明显 严重 的 原 因。此 外 ， 构 件 开 裂 又减 小 了构 件 的刚度 网 l 度 降低 则 进 一 步降 低 了结构 抵 抗 变 形 的能力 ， 两 者相互促 进 ， 致 使结构 严 重开 裂 、 变形 ， 甚 至 破坏 ， 这 一观点 为众 多研究 所证实 l 1 。 j 。 由此 可见 ， 造 成 车 库屋 面结 构 变 形 的原 因是 地 下 水浮力 的作 用 ； 而导 致 粱 、 柱 、 墙 等 结 构构 件 严 重 开 裂 的原 因是 在 浮力 作 用下 ， 周 边 挡 墙 上移 趋 势 受 土体 等约束 ， 各柱 墙 向上 的变形 不一致 ， 产 生 相对 竖 向位移 而造成 的 。如果计算 分析 时 未考虑 周边 挡 墙 受到约束 ， 简单 判断结 构整体 上移 ， 将 不能 预 见结 构 可能遭 受 的损 伤 。 事故 原 因明 确 后 ， 立 即采 取 了排 水 措 施 。5月 1 1日， 当实 际地下水 位降 至 一2 ． 5 O ～一3 ． 5 0 m 左右 时 ， 效果非 常 明显 ， 端 部竖 向位 移 基本 不变 ， 中部 最 大 相对位 移降至 3 5 0 mr i 1 。 4 模拟计算 为模 拟构件 开 裂 对结 构 刚 度 降 低 的影 响 ， 仍 以 上述工程为例 ， 在构件刚度折减的基础上， 采用通用 有限元软件 S AP 2 O O 0对该工程进行等效弹性计算 分 析 。模 拟计算 的主要 目的是为 了检验 结 构刚 度 的 总体折减 程度 。模 拟 计算 时 混 凝 土 材料 强 度 、 弹性 模 量等取 实测值 ， 构件 截面尺 寸取 设计 值 。梁 、 柱杆 件 采用 F RAME单 元 ， 墙 、 板采 用 S HE L 1 单元 。后 浇带根据刚度等效 的原则 ， 将钢筋等效替换为混凝 土 粱 。 表 1 计算结果表 明， 当结构 的等效 刚度折减到 弹性 刚度 的 0 ． 1 5 倍 左右 时 ， 屋 面测点 竖 向位 移 的最 大计算 值 2 9 9 mm 与 2 0 0 7年 5月 1 1日的实 测值 3 3 l mm 基 本 一 致 ， 沿 平 面 布 置 变 化 规 律 完 全 相 同。在 AC I 3 1 8 0 5 c ” 。 规 范 中， 当框 架 结 构 临 近 其 设计 极 限 承 载 力 时 ， 梁 刚 度 取 0 ． 3 5 EI 、 柱 刚 度 取 0 ． 7 EI 。文献[ 1 5 ] 的模拟计算和试验研究表 明， 当 接 近极 限荷 载 的 8 O 时 ， 梁 、 柱刚 度 折减 到 4 5 ～ 5 0 EI和 5 5 ～6 5 EI 。该工 程 计算 的折 减后 刚 度较 A C I 规范 等均 小较 多 ， 其原 因 是 由于部 分构 件 已严 重开 裂至局 部破坏 。 表 1 测点竖向位移计算及 实测值／ ram 计算刚度取 E， 1 ． 0 9 ． 3 3 6 ． 4 2 ． 2 2 4 ． 2 4 4 ． 9 8 ． 8 汁 s ． s ． z s s㈨． z z z 5 8 ． 实测值 3 5 1 4 1 3 1 9 7 8 2 7 5 3 3 1 ／ 注 表 中实 测 值 为 2 0 0 7年 5月 l 1日的实 测 值 ； 表 中测 点 位 置 L ／ 2代表 I 轴交 2轴处柱中心点 。 在弹性 冈 4 度 未折 减 时 ， 轴 线 1分 区 中部 竖 向位 移仅 为 8 ． 8 mm。实 际情 况是 轴 线 1分 区构 件几 乎 未 见明显 裂 缝 ， 也 未 见 该 分 区屋 面 明显 隆起 变 形 。 这 是 因为 1分 区纵 向 尺寸 虽 达 1 5 8 m， 但 横 向不 足 3 0 m， 计 算分 析表 明结 构 竖 向变 形 主要 由短边 尺 寸 决 定 ， 这 就犹如 一 块 均布 荷 载作 用 下 的 四 边约 束 的 矩 形板 。 值得 特别注 意 的是 ， 表 1中 的实测 值 为 2 0 0 7年 5月 1 1日的实 测值 ， 已较最 大 时的 5 0 0 mm 左 右下 降较 多 。可见 ， 当地下 水浮力 作用 在结 构上 ， 并 接近 或 超 出结 构构 件 的承 载 能力 时 ， 将 导 致 结 构 刚度 迅 速 下降 ， 其等效 的弹性 刚度 仅 相 当于 其 未 折 减 弹性 刚度的几 分之 一 或 十几 分 之 一 。此 时 ， 如 果还 依 据 未 折减 弹性 刚度计 算 结 构 的变 形 ， 将 大 大 低估 结 构 可能产生 的变形 ， 从 而忽视 可能产 生的结构 损伤 。 5 结 论 1 当地下 水浮 力 超 出地 下 建 筑 自身重 量 时 ， 地 下建筑在浮力作用下产生向上隆起变形或整体移动 趋 势 ， 而 周边挡 墙 上 移趋 势 受 土 体 约束 ， 致 使 各 柱 、 墙 竖 向变形不 一致 ， 产生相 对竖 向位 移 ， 导 致结 构构 件 在弯矩 、 剪力 作用 下开裂 。 2 计 算分 析模 型应考 虑周边挡 墙 受到 的实 际约 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 O 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 2 卷 束， 若简单认为结构整体上移， 将不能预见结构可能 遭受 的损伤 。对 于 四边 约束 的矩 形 平 面 结 构 ， 其 短 边长度 对整体 结 构 损 伤起 控 制 作 用 。 同时 ， 周 边 相 对竖 向变形大 ， 周边 结构 构件损 伤更 为严重 。 3 在较大地 下 水 浮 力作 用下 ， 当结 构 接 近其 设 计极 限承载能 力时 ， 其刚度 折减 非 常大 ， 仅相 当于其 未折减 弹性 刚度 的 几分 之 一 或 十几 分 之 一 ， 这对 确 定浮力 引起 的结构 变形将 产生很 大 影响 。 参 考文献 [1 ]应高飞． 从工程事故谈地 下室 抗浮 问题 [ J ] ．福建建筑 ， 2 0 07 11 49 51 ． YI NG GA0一 FEI ． The a nt i bu oy a nc y p r o bl e m o f g r o u n d f l o o r s e e s f r o m s o me e n g i n e e r i n g a c c i d e n t s [ J ] ． F u j i a n Ar e h i t e c t u r e＆ Co n s t r u e t i o n， 2 0 0 7 1 1 4 9 5 1 ． [2 ]张莉 ， 杨桦 ， 虞兴福． 某筏板基础地下车库上浮事故原 因 调查及补救处理[ J ] ． 地质与勘探 ， 2 0 0 8 ， 4 4 4 9 3 9 6 ． ZH ANG I I ，YANG H UA， YU XI NG FU．I nv e s t i ga t i o n a n d r e me d y on a bu oy e d u nd e r gr ou nd g a r a g e o f r a f t f o u n d a t i o n b a s e me n t [ J ] ．G e o l o g y a n d P r o s p e c t i n g ， 2 00 8，4 4 49 3 96 ． [3 ]杨瑞清 ， 朱黎心． 地下 建筑结 构设计 和施 工设 防水位 的 选定与抗浮验算 的探讨 [ J ] ． 工程 勘察 ， 2 0 0 1 1 4 3 4 6 YANG RUI QI NG， Z HU LI XI N． S t u d y o n t h e o p t i o n of d e f e nc e wa t e r l e v e l f or s t r u c t ur e d e s i gn a nd c o ns t r uc t i o n o f un de r gr ou nd bu i l di n gs a nd a nt i f l o a t i ng c o mp u t a t i o n [J] ． Ge o t e c h n i c a l I n v e s t i g a t i o n Sur v ey i ng， 2 0 01 14 3 4 6． [ 4]张彬 ， 李广信 ， 杨俊峰． 地下水浮力作用机理模型试验设 计 与实施[ J ] ． 岩土工程技术 ， 2 0 0 6 ，2 0 3 1 2 8 1 3 1 ． ZHANG BI N， L1 GUAN XI N， YANG J I U F ENG． The de s i g n a n d a c t u al i z a t i on f o r t he mod e l e xpe r i me nt o n u n d e r g r o u n d wa t e r u p l i f t a c t i o n me c h a n i s m [ J ] ． Ge o t e c hn i c a l En gi ne e r i ng Te c hn i q ue，2 0 06， 20 3 1 28 1 31 ． r 5]HYO GYOU 『 NG KW AK，S O0一 J UN HA，J I N KEUN KI M．Non s t r uc t u r al c r a c ki n g i n RC wa i l s Pa r t I ．Fi ni t e e l e me n t f o r mu l a t io n [ J] ． C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r e h， 2 0 06，3 67 49 - 76 0． r 6]S HI B I N TANG， CHUN AN TANG， ZHENG ZHA0一 LI ANG ， e t a 1 ．Nume r i c a l mo de l f o r t he r ma l c r a c ki ng o f c o n c r e t e [ J ] ． Ke y E n g i n e e r i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 7 2 9 4 1 9 44 ． [7 ]K WAK H G， HA s J ．P l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g i n c o n c r e t e s l a b s ．P a r t I a n u me r i c a l mo d e l [ J ] ． Ma g a z i n e o f Co ne r e t e Re s e a r e h。 2 00 6，5 8 85 05 51 6 ． r 8]HAYAS HI ， KE UI 1 ， S UZ UKI ，TE RUYUKI ， T0Y0T A ， KUNI O． St u dy on t h e s h a pe of f r e e z i ng f r on t a n d f r o s t h e a v e d a ma g e o f C - b o x s t r u c t u r e [ c] ／ ／P r o c e e d i n g s o f t h e I nt e r na t i on a l Conf e r e n c e o n Col d Re g i on s E n g i n e e r i n g，p 3 7 ，h e l d i n Or o n o，Ma i n e ，o n J u l y 2 3 2 6， 20 07， Col d Re g i ons Eng i n e e r i n g 2 00 6Cur r e nt Pr a c t i c e i n Col d Re gi o ns En gi ne e r i n g． Pub l i s h e r Am e r i c a n Soc i e t y o f Ci vi l Engi ne e r s ． [9 ]Y UAN Y ． C h a l l e n g e s i n u n d e r g r o u n d c o n s t r u c t i o n [ J ] ． M u ni c i p a l En gi ne e r， 20 0 8，1 61 12 5 3 4 ． [ 1 O ]A I E X AN DE R， S T UAR T J ． wh y d o e s o u r c o n c r e t e s t i l l c r a c k a n d l e a k [ J ] ． S t r u c t u r a l E n g i n e e r ， 2 0 0 6 ，8 4 2 3 ／ 2 44O 一 43 ． [ 1 1 ]董军峰 ， 李 刚． 某框架 楼 混凝 土裂 缝鉴 定 [ J ] ． 混凝 土 ， 2 00 3 766 6 8． D0NG J UN F ENG， LI GANG．Th e a p p r a i s a l o f c o n c r e t e c r a c k s i n a f r a me s t r u c t u r e [ J ] ． C o n c r e t e ， 2 0 0 3 76 6 6 8． [ 1 2 ]李志磊 ， 干钢 ， 唐锦春． 超长框架结构在温度场作用下 的 空 间变形特性和 内力研究[ J ] ． 工业建筑 ， 2 0 0 4 ，3 4 4 36 39 ． LI Z HI LEI ， GAN GANG， TANG J I N CHUN． Re s e a r c h o n i nt