土木吧丨地下室抗浮不满足时为啥总是柱破坏严重？

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）。