柱帽式筏板基礎(chǔ)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題研究

李成軍

摘要：柱帽式筏板基礎(chǔ)的應(yīng)用方便了地下室的開(kāi)發(fā)利用，擴(kuò)展了建筑物的使用空間，但地下室的開(kāi)發(fā)同樣面臨著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文主要討論了地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和筏板基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合身邊的具體案例進(jìn)行了分析。作于2019年4月，擔(dān)任下屬項(xiàng)目公司中交（青島）城鎮(zhèn)化建設(shè)投資有限公司成本部副經(jīng)理。

關(guān)鍵詞：柱帽式筏板;基礎(chǔ)地下室;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)勢(shì)

隨著中國(guó)城市化的不斷推進(jìn)，城市的可用土地面積將會(huì)越來(lái)越少。 為緩解土地壓力，擴(kuò)展建筑物的使用空間，越來(lái)越多的帶地下室的建筑物出現(xiàn)，包括帶地下室的多層商場(chǎng)、高層寫(xiě)字樓、超高層城市地標(biāo)。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段沿海一帶由于地下水位一般不低，高層建筑物的地下室進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，與其他基本形式相比，柱帽式筏基礎(chǔ)更常用。所謂柱帽式筏板基礎(chǔ)，按照常規(guī)的定義，指的是在受力柱與筏板連接處通過(guò)結(jié)構(gòu)處理增設(shè)“柱墩”，它用于增加基礎(chǔ)的整體剛度，并增大筏板沖切承載力，以此解決因上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載過(guò)大造成的筏板沖切承載力不足問(wèn)題的一種基礎(chǔ)形式[1]。

柱帽式筏板基礎(chǔ)的應(yīng)用方便了地下室的開(kāi)發(fā)利用，擴(kuò)展了建筑物的使用空間，但地下室的開(kāi)發(fā)同樣面臨著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。地下室與上部結(jié)構(gòu)面臨的所處環(huán)境有著根本的區(qū)別，一旦設(shè)計(jì)不合理，將影響整個(gè)建筑物功能的發(fā)揮。因此，合理解決地下室設(shè)計(jì)中面臨的問(wèn)題，做出有利于整個(gè)建筑物功能充分發(fā)揮的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有重要意義。

本文主要探討了地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容以及筏板基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合身邊的具體案例進(jìn)行了分析。

一、建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

（一）建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1 、施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的難點(diǎn)

施工圖紙是確保工程順利施工至完全竣工的重要依據(jù)，因此，應(yīng)對(duì)施工圖紙進(jìn)行嚴(yán)格管理，可以圍繞以下兩點(diǎn)展開(kāi)：1.加強(qiáng)與設(shè)計(jì)院的溝通，在設(shè)計(jì)階段就要減少出現(xiàn)誤差的可能性，設(shè)計(jì)完成后，引入圖紙審查單位，加大審核力度，徹底避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤;2. 加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員技術(shù)培訓(xùn)，確保管理人員在施工前充分了解圖紙，并能在施工時(shí)對(duì)施工人員進(jìn)行指導(dǎo)。

2、 原材料的供應(yīng)和質(zhì)量管理

施工中沒(méi)有好的原材料，即使設(shè)計(jì)再完美，也不能充分發(fā)揮作用。在所有的工程施工中，材料的管理問(wèn)題都不是一個(gè)小問(wèn)題。為此，可圍繞以下三點(diǎn)展開(kāi)：1.對(duì)材料供應(yīng)商進(jìn)行嚴(yán)格篩選，采用招標(biāo)或者比選的競(jìng)爭(zhēng)方式，從而選用信用好、實(shí)力強(qiáng)的供應(yīng)商;2.原材料進(jìn)工地前要進(jìn)行驗(yàn)收，建立材料與工程設(shè)備進(jìn)場(chǎng)聯(lián)合驗(yàn)收制度，檢驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范要求方可入場(chǎng)，杜絕假冒偽劣產(chǎn)品。此外，所用混凝土的等級(jí)要符合設(shè)計(jì)規(guī)定并在使用前進(jìn)行復(fù)試方可使用，做到從根源避免工程事故的發(fā)生。

（二）建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1、 抗?jié)B及抗浮設(shè)計(jì)

地下室所處環(huán)境與上部結(jié)構(gòu)完全不同，要考慮的因素很多，例如采光、通風(fēng)以及地下水侵蝕等。對(duì)地下室而言，特別是混凝土結(jié)構(gòu)，地下水中存在較多的氯離子和硫酸根離子，這些離子極易對(duì)其造成侵蝕，這可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞并縮短建筑物的使用壽命。此外，地下水會(huì)產(chǎn)生一些浮力，對(duì)建筑物的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。因此，防滲和防浮設(shè)計(jì)是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。

防滲和防浮設(shè)計(jì)可考慮以下幾點(diǎn)：1.在滿足施工情況、設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，基坑底部要盡量高;2.可考慮加入抗拔樁，此方法可顯著提高建筑物基礎(chǔ)的抗浮性能，且應(yīng)用廣泛、容易施工;3. 嚴(yán)格檢查混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性，確保符合設(shè)計(jì)要求;4.做好地下室部分的防水設(shè)計(jì)，防水材料采用符合規(guī)范的產(chǎn)品。

2、 外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心因素之一，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包含荷載設(shè)計(jì)、截面設(shè)計(jì)以及配筋設(shè)計(jì)。荷載設(shè)計(jì)考慮內(nèi)容如表1所示：

除表1所列荷載之外，在墻體設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮地震對(duì)其造成的影響，地震時(shí)，墻體會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而影響墻體結(jié)構(gòu)，但是由地震造成的內(nèi)應(yīng)力不易控制。因此，在進(jìn)行墻體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以水平荷載控制為主，如果水平荷載與墻體垂直，會(huì)產(chǎn)生彎矩，有利于墻體配筋[2]。

地下室墻體直接與土體接觸，會(huì)產(chǎn)生側(cè)向土壓力，一旦側(cè)向土壓力形成，墻體將受永久荷載，特別是被動(dòng)土壓力，對(duì)墻體極其不利。為充分減小墻體所受土壓力的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇靜止土壓力，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定。此外，應(yīng)對(duì)穩(wěn)定水壓力及急劇變化水壓力進(jìn)行判斷，分項(xiàng)系數(shù)取值如表2所示。

墻體在配筋時(shí)，依據(jù)雙向板進(jìn)行配筋。

3、結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)

在進(jìn)行地下室設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮盡量不設(shè)置變形縫，因?yàn)榈叵率抑苯优c土體接觸，設(shè)置變形縫后，要對(duì)變形縫處做好嚴(yán)密的防水措施，這個(gè)過(guò)程可能很復(fù)雜，一旦處理不當(dāng)，就會(huì)發(fā)生漏水。

4、抗震設(shè)計(jì)

地下室直接與基礎(chǔ)相連，其抗震設(shè)計(jì)至關(guān)重要，如果地下室抗震等級(jí)不夠，地震時(shí)可能先破壞，一旦地下室遭到破壞，其上部結(jié)構(gòu)也隨之破壞，任其抗震等級(jí)再高，也無(wú)濟(jì)于事。為充分保證抗震設(shè)計(jì)，可從以下幾點(diǎn)考慮：1.施工圖審核時(shí)，嚴(yán)格要求，保證抗震等級(jí)達(dá)標(biāo);2.做好埋深處理，加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)墻柱與地下室墻柱之間的協(xié)調(diào)性;3.保證地下室抗震等級(jí)與上部結(jié)構(gòu)相同，防止地下室與上部結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合而產(chǎn)生不利影響[3]。

二、筏板基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)

筏板基礎(chǔ)主要用于地下水位較高的具有地下室的多層或高層建筑物，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（一）筏板基礎(chǔ)沉降量小，可以提高地基的承載力，特別是滿堂基礎(chǔ)，提高地基承載力的效果更加顯著;

（二）建筑物在施工和服役過(guò)程中，地基沉降時(shí)有發(fā)生，筏板基礎(chǔ)的整體剛度較大，可以很好的抵御地基沉降，保證建筑物功能的充分發(fā)揮;

（三）相對(duì)于樁基礎(chǔ)而言，筏板基礎(chǔ)投資較小，施工時(shí)間較短，且在施工過(guò)程中對(duì)周圍建筑物的影響較小;

（四）相對(duì)于樁基礎(chǔ)而言，筏板基礎(chǔ)在地震作用時(shí)有較好的抗滑穩(wěn)定性，并且由于地下室的外墻作用，因此地下室的側(cè)向剛

度一般都大于上部結(jié)構(gòu)與其相連層，具有更好的抗震性能[4];

（五）筏板基礎(chǔ)可增加對(duì)地下空間的利用，對(duì)寸土寸金的大城市而言極其重要，充分利用地下空間非常重要，特別是在需要大量空間使用的地方，例如： 地下停車場(chǎng)、地鐵車站。

三、案例分析

為充分了解柱帽式筏板基礎(chǔ)的特點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合具體案例進(jìn)行詳細(xì)介紹。

山東省青島市即墨區(qū)景文化路一項(xiàng)目，擬建建筑物包括8棟高層住宅，附屬有商業(yè)設(shè)施，均設(shè)有地下車庫(kù)，地下層數(shù)1～2層不等。根據(jù)地質(zhì)勘查情況，高層住宅采用筏板基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目地層主要為：人工填土、沖洪積層。地基承載力特征值修正前后分別為fakq=170kPa、fakh=460kPa。筏板基礎(chǔ)主要有三種形式，分別是：梁板式、平板式及柱帽式，經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在本項(xiàng)目中柱帽式筏板基礎(chǔ)最合適，并在施工圖設(shè)計(jì)中采用。

在確定采用柱帽式筏板基礎(chǔ)此后，面臨的問(wèn)題是采用向下突出柱帽式筏板基礎(chǔ)還是采用向上突出柱帽式筏板基礎(chǔ)，每種形式都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。經(jīng)研究決定選擇向下突出柱帽式筏板基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目柱網(wǎng)規(guī)則，柱下方的荷載設(shè)計(jì)值變化較小，經(jīng)研究決定：基礎(chǔ)所用筏板的厚度為145cm，柱帽厚度為70cm，并采用ABAQUS有限元軟件分析計(jì)算，結(jié)論如下：

（一）土體反作用力廣泛分布于筏形基礎(chǔ)與地基的接觸面處，以受力柱下方最大，兩受力柱正中心點(diǎn)處最小;

（二）地基土反作用力的集中程度隨地基土彈性模量的增大而增大。

從上述分析可以看出，在設(shè)計(jì)柱帽式筏板的基礎(chǔ)時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)放在柱下區(qū)域。 這些地方應(yīng)增加配筋，至于兩柱帽間的筏板可做適當(dāng)考慮，這些地方可適當(dāng)減小配筋及板厚，從而達(dá)到減少土方量開(kāi)挖，節(jié)省材料使用，降低施工成本的目的。

四、結(jié)語(yǔ)：

柱帽式筏板基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于帶地下室的多層建筑物，其一方面可以充分抵御地基沉降，保證建筑物的整體穩(wěn)定性;另一方面具有較好的抗震性能，保證建筑物及其內(nèi)部人員的安全。此外，地下室的應(yīng)用可充分?jǐn)U展空間，提高建筑物的使用率。

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