柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的受力狀態(tài)定性分析

王恒超++石長偉

摘 要：獨(dú)立基礎(chǔ)加構(gòu)造底這類基礎(chǔ)形式具有形式簡單、受力明確、工程造價低等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在工程設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)與構(gòu)造底板（防水底板）相連接稱為整體，在荷載作用下相互協(xié)調(diào)，形成較為復(fù)雜的受力體系。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造底板；防水底板；獨(dú)立基礎(chǔ)；柱上板帶；有限元；附加剪力；附加彎矩

建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，對于地質(zhì)條件較好的地下室框架結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)的選型通常為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)加構(gòu)造底板。此類基礎(chǔ)形式具有形式簡單、受力明確、工程造價低等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在工程設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。獨(dú)立基礎(chǔ)用以承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳至框架柱底的軸力、彎矩及剪力；構(gòu)造底板為臥置與地基上可以起到防水防潮的作用自承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件。當(dāng)?shù)叵率疑疃确秶鷥?nèi)存在有水位高于構(gòu)造底板底面的地下水時，在地下水壓力作用下，構(gòu)造底板需作為一種受力構(gòu)件進(jìn)行多種荷載組合作用下的受力分析，在此，可將其稱為防水底板，使其與普通的構(gòu)造底板加以區(qū)別。

一、基本假定

由于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)與構(gòu)造底板（防水底板）相連接稱為整體，在荷載作用下相互協(xié)調(diào)，形成較為復(fù)雜的受力體系的受力體系，不便于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，因此做如下基本假定：

1.獨(dú)立基礎(chǔ)只承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳至框架柱底的軸力、彎矩及剪力，當(dāng)存在水位高于構(gòu)造底板底面的地下水時，獨(dú)立基礎(chǔ)作為防水底板的支座，承受有防水底板傳來的彎矩及剪力；

2.構(gòu)造底板簡化為自承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不參與獨(dú)立基礎(chǔ)對上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳來的軸力、彎矩及剪力的承擔(dān)作用。

二、受力分析

根據(jù)以上基本假定，對地下室框架結(jié)構(gòu)體系的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)做以下兩種情況下的受力分析：

1.地下水位低于構(gòu)造底板底面：獨(dú)立基礎(chǔ)受上部結(jié)構(gòu)傳至框架柱底的軸力、彎矩及剪力，地基反力。

由于將構(gòu)造底板簡化為自承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件，獨(dú)立基礎(chǔ)受力情況接近無構(gòu)造底板底板相連的情況，其受力分析及內(nèi)力計算可按照現(xiàn)行規(guī)范《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行。但應(yīng)注意的是，在實(shí)際設(shè)計時，需要在獨(dú)立基礎(chǔ)與構(gòu)造底板相交接的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉?gòu)造處理，盡可能削弱構(gòu)造底板與獨(dú)立基礎(chǔ)協(xié)調(diào)變形時構(gòu)造底板對獨(dú)立基礎(chǔ)產(chǎn)生的反力作用，使獨(dú)立基礎(chǔ)實(shí)際受力情況接近前述的基本假定。如在獨(dú)立基礎(chǔ)邊緣以外設(shè)置干爐渣墊層或聚苯板等軟墊層。

2.地下水位高于構(gòu)造底板底面（此處將構(gòu)造底板稱作防水底板）：根據(jù)假定，防水底板自承重且抵抗水浮力，不考慮防水底板的地基承載能力。獨(dú)立基礎(chǔ)承擔(dān)全部結(jié)構(gòu)荷重并考慮水浮力的影響，其受力狀態(tài)如下：上部結(jié)構(gòu)傳至框架柱底的軸力、彎矩及剪

力，地基反力，水浮力、防水底板受地下水浮力作用進(jìn)而在獨(dú)立基礎(chǔ)周圍產(chǎn)生的附加剪力和彎矩。

相對于地下水位低于構(gòu)造底板底面的情況，此時獨(dú)立基礎(chǔ)承受了附加的剪力和彎矩作用，如何合理計算出附加的剪力和彎矩值，對于最終得出獨(dú)立基礎(chǔ)的內(nèi)力計算分析結(jié)果顯得尤為關(guān)鍵。

對于普通地下室來說，將獨(dú)立基礎(chǔ)加防水底板的基礎(chǔ)形式簡化為倒樓蓋模型，確定柱下板帶和跨中板帶，采用有限元方法對獨(dú)立基礎(chǔ)加防水底板進(jìn)行整體受力分析，無疑是比較準(zhǔn)確的分析方法，但此種方法真實(shí)的考慮了防水地板的剛度，防水底板與獨(dú)立基礎(chǔ)共同承受了上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載作用，使得獨(dú)立基礎(chǔ)基底面積減小，獨(dú)立基礎(chǔ)和防水底板配筋增大，這種內(nèi)力特性接近于有下柱墩的筏板基礎(chǔ)，失去了獨(dú)立基礎(chǔ)加防水底板特有的受力特征和工程經(jīng)濟(jì)性，違背了防水底板設(shè)計理念的初衷。因此，為了能夠更合理的確定獨(dú)立基礎(chǔ)的截面尺寸和配筋，可將防水底板在地下水浮力作用下對獨(dú)立基礎(chǔ)的作用，以對獨(dú)立基礎(chǔ)的附加剪力、附加彎矩的形式加以簡化，每個獨(dú)立基礎(chǔ)按柱網(wǎng)尺寸計算得到相應(yīng)負(fù)荷面積。

將獨(dú)立基礎(chǔ)邊緣外的防水底板按懸臂構(gòu)件考慮，進(jìn)而求解出作用于獨(dú)立基礎(chǔ)各邊的附加剪力及附加彎矩，再按照常規(guī)的基礎(chǔ)計算方法求解獨(dú)立基礎(chǔ)的內(nèi)力。

由于獨(dú)立基礎(chǔ)間防水底板的連續(xù)性，使得求得的附加剪力及附加彎矩大于實(shí)際值，需要對上訴附加作用進(jìn)行合理的修正，而這便是合理計算出附加的剪力和彎矩值的關(guān)鍵所在。因此有待于通過不同的有限元計算模型計算分析、加以比較，得出安全且合理的修正系數(shù)，作為今后此類基礎(chǔ)形式的設(shè)計依據(jù)。

三、結(jié)語

本文簡單闡述了獨(dú)立基礎(chǔ)加構(gòu)造底板這種基礎(chǔ)形廣泛的應(yīng)用性和合理的經(jīng)濟(jì)性；對此類基礎(chǔ)在不同的地下水情況下做出了較為合理的計算模型簡化，提出了便于分析的基本假定；對與防水底板相連的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)在不同的地下水情況做出了定性的受力分析；提出了新的結(jié)構(gòu)計算簡化模型，并提出了有待解決的問題，為與防水底板相連的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的合理設(shè)計提供了探索性的的設(shè)計思路。

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