关于抗浮计算方法的一些商榷


无意间看到某平台发布的一个结构专家给设计人员处理问题的问答,段老师也认真学习了相关技术内容并有些个人想法,故而就问答内容发表一点自己的拙见供结构界同仁思索。

《【结构讲坛】|刨根问底,关于抗浮计算方法的一些商榷》- 投稿作者:结构微理论 - 发布于:翻身猫建筑自学网
▲素材:某专家对于抗浮计算的建议

由于段老师水平有限,下面讨论内容可能在表达方式和知识准确性方面有不妥之处,欢迎广大同行批评指正!

浮力定律:如图一所示,初中阶段学过处于悬浮静止的物块在浮力和重力的共同作用下处于平衡状态,浮力的大小根据浮力定理(也叫阿基米德定理)计算。如图一的推导中可见,浮力还可以表达为物块上下表面的压力差,而在整个平衡过程中导致物块上浮的是下底面水压力F1,而上表面的水压力F2和重力G均在抑制物块上浮。
 

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▲图一:水中静止悬浮物块

工程应用:通过图一的导出关系可知,无论是采用浮力定律的导出公式还是采用浮力定律的基本公式,对于纯理论的推演都是正确且等价的。但是工程中习惯把“效应”项和“抗力”项分别放在一起,而后对于二者分别赋予相应的分项系数或者安全系数以确保工程安全。浮力定律中的浮力包含了起“浮托”效果的水压力效应,也包含了起“抑制上浮”效果的水压力总抗力的一部分。如图四所示,如果直接用基础教育中的浮力,这样就会导致有一部分抗力会乘以抗浮稳定系数读者可以把图五中的比例式整理为乘积式:K·浮力≤抗力,进而降低抗浮稳定安全度。

所以素材中提问者所谓用管廊体积计算工程中的浮力,用浮重度考虑压重的计算等在工程应用的角度说都是错的,如图三和图五。还有一部分设计人员认为抗浮标准在颠覆阿基米德浮力定律,这在认识上都是错误的,因为从图一的推导过程可以看出,后续的导出式本身就是源于浮力定律。仅仅是在浮力这个术语上,抗浮标准把作用于物体底面的水压力称之为浮力,不同于基础教育中的浮力。这个是很正常且符合工程特点的,工程上可以对于基础教育和理论教育的术语做一些适应性的调整或者变更,就像物理学中的力,建筑结构中叫“荷载”,机械工程中叫“载荷“;《抗规》中规定水平力作用下的倾覆力矩,跟力学的倾覆力矩几乎也没有什么关系……

 

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▲图二21年一级注册结构工程师考试下午试题
 
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▲图三行标《抗浮标准
 
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▲图四行标《抗浮标准
 
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▲图五行标《抗浮标准
 
☏:引注资料
2021年一级注册结构工程师考试下午试题
建筑工程抗浮技术标准JGJ476-2019

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