柱帽式筏板基礎地下室結構設計的探究

摘要：建筑技術的成熟和城市用地成本的上升，使得建筑地下空間資源得到了開發利用，尤其是在建筑物比較密集的區域，合理利用地下空間建設商場、停車場，既可以實現土地資源的集約化利用，又能夠進一步增加房地產開發企業的經濟效益。但是建筑地下室施工由于結構的特殊性和環境的隱蔽性，面臨許多技術難題。柱帽式筏板基礎具有環境適應性強、經濟性價比高、結構安全可靠等特點，在現代高層建筑的地下室施工中有著廣泛應用。本文結合某工程實例，就柱帽式筏板基礎地下室結構設計要點展開了簡要分析。

關鍵詞：柱帽；筏板基礎；地下室；結構設計

1 柱帽式筏板基礎的優勢分析

1.1 提高了地基承載力

作為建筑整體結構的重要組成部分，地下室結構還發揮著承載建筑上部荷載、維護建筑整體穩定的作用。尤其是在一些高層建筑中，由于建筑自重較大，對地下室結構的承載力也提出了更高的要求。在地下室結構設計中選擇柱帽式筏板基礎，由于基礎面積較大，可以實現了上部荷載力的分散，這樣就可以避免重力過于集中而導致地下室結構變形，從而保證了建筑地基和地下室結構的安全穩定。

1.2 充分利用地下空間

無論是地下停車場還是地鐵車站、商業場所，在保證地下室結構安全的前提下，總是盡可能的追求更多的利用空間。采用柱帽式筏板基礎，提高了單柱的承載力，這樣就間接的減少了地下室結構中支撐柱的數量，從而預留出了更多空間。但是需要注意，柱帽式筏板基礎一般不適用于軟土地基或凍土地基，以保證地下室結構的安全性。

1.3 提高了建筑抗震性能

對于大跨度或高層建筑來說，抗震性能也是必須要考慮的重要屬性。柱帽式筏板基礎由于埋藏深度較深，因此能夠有效保證建筑地基的穩定性以及抗側力，同時還能夠保證地下室建筑的整體結構能夠具備一定的承載力和抗壓力。一般情況下，地下室采用柱帽式筏板基礎，能夠使得外墻結構的側向剛度大于上部結構與其相連的側向剛度。為了保證建筑的抗震能力，施工單位在地下室的建設工作上都會采用柱帽式筏板基礎進行設計工作。

2 柱帽式筏板基礎地下室結構設計要點

2.1 地下室頂板結構設計

地下室頂板結構設計作為連接地上與地下建筑的過渡段，需要引起設計人員的關注。基于柱帽式筏板基礎的地下室頂板結構，設計時需要重點把控的要點有：其一，在地下室頂板上增加水平支座，發揮輔助加固和荷載力分擔的作用，水平支座主要分布在地下室頂板的四個對角，并使用膨脹螺絲進行固定。其二，根據上部建筑的高度和荷載，確定地下室頂板的厚度。一般來說，高層建筑要求頂板厚度不得低于25cm，具體參數需要根據計算結果確定；其三，頂板結構還需要發揮一定的防滲性能，在設計時也需要做好防水設計。

2.2 地下室外墻結構設計

地下室外墻需要具備的功能有荷載功能、擋土、擋水功能等。基于柱帽式筏板基礎的地下室外墻結構設計，需要掌握的設計要點包括：首先，明確外墻所受荷載的種類，主要有水平荷載和垂直荷載兩種。垂直荷載來自于建筑上部的重力，設計時可以通過增加柱帽的數量和埋深來滿足垂直荷載設計需要；水平荷載方面，則主要來自于人防荷載和周圍土層內向壓力。可以通過調整擋土墻傾斜角度或是增加地下室外墻厚度滿足設計要求。如果建筑工程所在位置地下水較為豐富，地下室外墻結構設計還需要重點考慮防滲功能，避免后期地下室出現潮濕等問題。

2.3 地下室抗震性能設計

柱帽式筏板基礎的地下室結構，在進行抗震性能設計時，主要通過兩種渠道提高其抗震能力。一種方法是結合前期的地質勘查結果，在進行圖紙設計和參數計算時，確定最佳的設計方案，包括建筑地下室的最大面積，支撐柱的數量和分布密度等，根據這些計算結果，進一步提高地下室結構設計的科學性。另一種方法是在地下室結構施工中，使用一些有利于提高抗震性能的新型建筑材料。例如以往柱帽式筏板基礎中，主要使用鋼筋混凝土結構的柱帽，但是由于缺乏變形能力，容易出現開裂，抗震效果不理想。在現代建筑施工中，則可以選擇一些穩定性更強、壽命更長、承載力更大的新型材料，滿足地下室結構的抗震設計需要。

2.4 地下室抗滲抗浮結構設計

為了實現地下空間的最大化利用，現代建筑行業中地下室結構往往在2層甚至3層。隨著地下室結構的復雜化，隨之而來的地下水滲漏問題也會更加明顯，做好地下室結構的防水、防滲設計就顯得十分關鍵。基于柱帽式筏板基礎的地下室結構在提高防滲方面雖然具有一定的優勢，但是仍然需要設計人員根據建筑特點和設計標準，確定詳細的抗滲、抗浮設計方案。設計時需要重點關注的有：預留出排水管道，方便在地下室施工時將多余的地下水及時排除，保證現場施工環境的安全；同時，可以通過適當增加地下室結構自重的方式，提高抗浮性能，但是對施工技術有嚴格要求，并且通常適用于地質較為堅硬的情況。

3 案例分析

3.1 案例概況

某地商業中心共11層，地上9層，地下2層，整個建筑采用框架式結構，柱網為8.4m×8.4m，綜合工程實際情況以及建設方要求決定采用筏板基礎，基礎持力層為地勘中的第5層粉質粘土層，地基承載力特征值為fak=160kPa，經修正以后，地基承載力特征值為fak=440kPa，經過對梁板式、平板式及柱帽式筏板的綜合計算分析比較之后，施工方確定使用柱帽式基礎，該工程于2012年開始動工，2014年竣工交付，目前建筑地下室應用效果良好。

3.2 柱帽式筏板基礎的應用

本工程柱網較為規則，柱下荷載設計值多在10000kN左右，經過試算，筏板的厚度決定取60cm，柱帽厚度為130cm，計算時采用JCCAD中的筏板有限元分析軟件進行計算，計算模型采用彈性地基梁板模型。在該工程項目的地下室結構設計中，設計人員結合地質勘查結果和建筑設計總體要求，總結了以下設計經驗：

（1）以柱中心下筏形基礎和地基接觸點的土反力最大，兩柱軸線中心點處土反力最小，柱中心處應力曲線向下凸出，而兩柱軸線中間應力曲線向上凸起，是一種曲線規律變化的形式出現。

（2）柱帽式筏板基礎的設計中，只需要在柱下受力較大的區域增加配筋即可，而柱帽間的筏板則可適當減小配筋量及板厚。基于這一設計，幫助該項目工程節約了大量的鋼筋、混凝土等材料用量，節本效果顯著，維護了施工方的經濟效益。

4 結語

在建筑地下空間得到重點開發的同時，各類新型的地下室結構設計方法也得到了推廣使用。柱帽式筏板基礎是現階段建筑行業中較為常見的一種地下室結構模式，大量的施工經驗證明，柱帽式筏板基礎具有結構穩定性好、環境適用性強、提高地下室抗震性能等優勢。考慮到建筑地下室施工具有隱蔽性和復雜性的特點，需要提前做好地下室結構設計，掌握柱帽式筏板基礎的施工要點，為建筑地下室的高質量施工和安全性使用提供必要的保障。

參考文獻

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作者簡介：倪榮榮（1984—），女，漢族，廣西全州縣人，本科學歷，工程師，研究方向結構設計。

（作者單位：中物聯規劃設計研究院有限公司桂林分公司）