!!筏形基础与独立基础加防水板的异同分析

建筑结构技术通讯论文编号2008.5zby21筏形基础与独立基础加防水板的异同分析朱炳寅、李静（中国建筑设计研究院北京100044）筏板基础尤其是平板式筏基与独立基础加防水板有相似之处，根据各自特点及适用条件选用合理的基础形式，对结构设计意义重大。独立基础加防水板具有传力明确，构造简单，方便施工，经济实用等优点，因此，在工程设计中是首选的基础形式。筏形基础刚度大，对地基反力及地基沉降的调节能力强，既适合于上部荷载较大的高层建筑，也适合于地基承载力较低时以减小地基沉降为主要目的超补偿基础（即建筑物的重量小于挖去的土重），但筏形基础受力和构造均较独立基础复杂，且施工复杂、费用高。一、梁板式筏基梁板式筏基由地基梁和基础筏板组成，地基梁的布置与上部结构的柱网设置有关，地基梁一般仅沿柱网布置，底板为连续双向板，也可在柱网间增设次梁，把底板划分为较小的矩形板块（图1）。图1梁板式筏基的肋梁布置（a）双向主肋（b）纵向主肋、横向次肋（c）横向主肋、纵向次肋（a）双向主次肋梁板式筏基具有：结构刚度大，混凝土用量少，当建筑的使用要求对地下室的防水要求很高时，可充分利用地基梁之间的“格子”空间采取必要的排水措施等优点（图2a）。但同时存在筏基高度大、受地基梁板布置的影响，基础刚度变化不均匀，受力呈现明显的“跳跃”式（图2b），在中筒或荷载较大的柱底易形成受力及配筋的突变，梁板钢筋布置复杂、降水及基坑支护费用高、施工难度大等不足。图2梁板式筏基的特点（a）梁格的利用（b）地基反力的突变由于梁板式筏基在技术经济上的明显不足，因此，近年来该基础的使用正逐步减少，一般仅用于柱网布置规则、荷载均匀的某些特定结构中。建筑结构技术通讯论文编号2008.5zby21二、平板式筏基平板式筏基由大厚板基础组成，常用的基础形式有：等厚筏板基础、局部加厚的筏板基础和变厚度的筏板基础等（图3）。适合于复杂柱网结构，具有基础刚度大，受力均匀等特点，在中筒或荷载较大的柱底易通过改变筏板的截面高度和调整配筋来满足设计要求，同时板钢筋布置简单、降水及支护费用相对较低、施工难度小（超厚度板施工的温度控制除外）等优点。但也存在：超厚度板混凝土的施工温度控制要求高、混凝土用量大等不足。由于平板式筏基的良好的受力特点和明显的施工优势，目前在高层和超高层建筑中应用相当普遍。厚筏板基础和桩结合，又可组成桩筏基础，详第七章第九节。图3平板式筏基（a）等厚筏板基础（b）局部加厚的筏板基础（c）变厚度的筏板基础三、独立基础加防水板独基加防水板基础是近年来伴随基础设计与施工发展而形成的一种新的基础形式（图4），由于其传力简单、明确及费用较低，因此在工程中应用相当普遍。图4独基加防水板基础的组成1、在独基加防水板基础中，防水板一般只用来抵抗水浮力，不考虑防水板的地基承载能力。独立基础承担全部结构荷重并考虑水浮力的影响。2、作用在防水板上的荷载有：地下水浮力、防水板自重及其上建筑做法重量，wqsqaq建筑结构技术通讯论文编号2008.5zby21在建筑物使用过程中由于地下水位变化，作用在防水板底面的地下水浮力也在不断改变，根据防水板所承担的水浮力的大小，可将独立柱基加防水板基础分为以下两种不同情况：1）当≤时（注意：此处的、和均为荷载效应基本组合时的设计值，即水浮力起控制作用时的荷载设计值，而不是荷载标准值），建筑物的重量将全部由独立基础传给地基（图5a）；wqasqq+wqsqaq2）当＞时（注意：同上），防水板对独立基础底面的地基反力起一定的分担作用，使独立基础底面的部分地基反力转移至防水板，并以水浮力的形式直接作用在防水板底面，这种地基反力的转移对独立基础的底部弯矩及剪力有加大的作用，并且随水浮力的加大而增加（图5b）。wqasqq+（a）（b）图5独基加防水板基础的受力特点3、在独基加防水板基础中，防水板是一种随荷载情况变化而变换支承情况的复杂板类构件，当≤时（图5a），防水板及其上部重量直接传给地基土，独立基础对其不起支承作用；当≥时（图5b），防水板在水浮力的作用下，将净水浮力（即-（wqasqq+wqasqq+wqasqq+））传给独立基础，并加大了独立基础的弯矩数值。四、相关问题1、梁板式筏基和平板式筏基的区别筏形基础具有整体性好、承载力高、结构布置灵活等优点，广泛用作为高层建筑及超高层建筑基础。筏形基础分为梁板式和平板式两大类。相关主要性能比较见表1。梁板式筏基与平板式筏基的主要性能和使用情况比较表1筏基类型基础刚度地基反力柱网布置混凝土量钢筋用量土方量降水费用施工难度综合费用应用情况梁板式有突变有突变严格较少相当较大较大较大较高较少建筑结构技术通讯论文编号2008.5zby21平板式均匀均匀变化灵活较多相当较小较小较小较低较多2、“柱墩”与变厚度筏板的区别位于柱（或墙）下的筏板，受力集中且复杂，工程设计中常采用柱（或墙）下局部加厚的办法来满足筏板设计需要，通常有设置“柱墩”和采用变厚度筏板两种方法，“柱墩”一般设置范围较小，主要用来解决筏板在柱（或墙）根部位的抗冲切问题，它的设置对筏板的其他受力性能应不产生明显的影响；而变厚度筏板的设置则会对筏板的受力性能产生明显的影响，不应再按“柱墩”计算。现有计算程序[3]在进行带“柱墩”筏板的设计计算时，只考虑“柱墩”对柱根部位的抗冲切作用。因此，结构设计中应正确区别“柱墩”与变厚度筏板，一般情况下可按柱（或墙）下加厚板的宽度与其高度的比值（）来判别，当与数值相近或变厚度范围较小时，可判定为“柱墩”；当比数值大较多或变厚度范围较大时，可判定为变厚度筏板（图7）。11/hb1b1h1b1h图7“柱墩”与变厚度筏板的判别（a）“柱墩”（b）变厚度筏板3、柱下变板厚的常见做法分析工程设计中常遇到的筏板变厚度做法主要有：底平形和顶平形变厚度筏板基础两种（图8）。1）底平形变厚度筏板基础具有下列特点：当变厚度范围较小（如在柱下设置柱墩）时，有效刚性角范围大；筏板底部钢筋受力直接，利用率高；基础底面建筑防水质量有保证；当顶部设置坡面时可适量节约混凝土；施工难度小；若设备管线可在房间中部穿行时，则相应土方量小，降水费用低。2）顶平形变厚度筏板基础具有下列特点：当变厚度范围较小（如在柱下设置柱墩）时，有效刚性角范围小；筏板底部钢筋需多次锚固搭接，受力不直接，利用率低；基础底面建筑防水搭接量大，施工难度大、质量难以保证；当与底平形顶面标高相同时，混凝土用量及相应土方量可略有减少。建筑结构技术通讯论文编号2008.5zby21图8变厚度筏板基础（a）底平形（b）顶平形（c）元宝形3）底平形和顶平形变厚度筏板的综合比较汇总见表2。从结构设计角度出发，一般情况下不宜采用顶平形变厚度筏板基础，必须采用时，也应采用元宝形变厚度筏板。底平形和顶平形变厚度筏板的综合比较表2筏板类型有效刚性角范围受力情况底面钢筋利用率底面防水效果施工难度土方量降水费用综合经济指标底平形大直接高好小略多略多相当顶平形小不直接低差大略少略少相当4、变厚度筏板基础与独立基础加防水板的异同分析见表3。变厚度筏板基础与独立基础加防水板的异同表3基础类型组成承担地基反力支承关系基础整体刚度地基反力分布设计计算钢筋用量混凝土用量综合经济指标变厚度筏板两种不同厚度的板组成共同承担无明显支承关系刚度大复杂复杂配筋复杂且用量大大费用高独立基础加防水板独立基础+防水板+软垫层仅独立基础承担独立基础作为防水板的支承刚度小简单、按刚性基础确定简单、可分别计算配筋简单且用量小小费用低参考文献：[1]中华人民共和国国家标准。建筑地基基础设计规范GB50007-2002。北京：中国建筑工业出版社，2002[2]中华人民共和国行业标准。高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6-99。北京：中国建筑工业出版社，1999[3]中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部。独基、条基、钢筋混凝土地基梁、桩基础和筏板基础设计软件JCCAD。北京：2006[4]朱炳寅、娄宇、杨琦《建筑地基基础设计方法及实例分析》。北京：中国建筑工业出版社，2007[5]朱炳寅。对独立基础加防水板的设计思考。建筑结构.技术通讯2007年7月。