多層地下室平板式樁筏基礎承臺的設計方法淺析

上海市建工設計研究院有限公司 上海 200050

對于軟土地區(qū)、淤泥質(zhì)土層較厚、地下水位較高、地下室底板較多采用平板式樁筏基礎簡化基礎形式，加快施工進度。此時，計算假定考慮上部及地下室底板荷載僅由樁及水浮力承擔，不考慮地基土的反力[1]。底板承受自重和較大的水浮力，起到防水板的作用。此種工況下的樁基承臺和普通的柱下獨立樁基承臺是不同的，多了水浮力和底板自重的參與[2-5]。現(xiàn)從相關計算的荷載取值與組合、軟件電算與手工計算之間校核比較等方面探討一下此種工況下樁基承臺的設計。

1 承臺計算的荷載組合

平板式樁筏承臺的受力狀態(tài)如圖1所示。

圖1 平板式樁筏平臺的受力狀態(tài)

根據(jù)《荷載規(guī)范》、《地基規(guī)范》及《樁基規(guī)范》相關內(nèi)容，由電算分析得出承臺底面以上荷載（包括柱底荷載、底板面荷載、承臺及底板自重）由基本組合1.35恒+0.98活控制，計算承臺配筋時浮力參與計算組合，分項系數(shù)當浮力有利時可取1.0，不利時可取1.2。此時，浮力也分為低水位浮力值和高水位浮力值。故荷載組合為1.35恒+0.98活－1.0（1.2）?。ǖ突蚋撸?。

1.1 承臺正截面受彎計算[6]

承臺受到樁的向上反力和底板向上水浮力作用，此時柱底荷載＋承臺及底板荷載（包括自重）等于樁頂反力＋水浮力。如認為浮力不利，取分項系數(shù)為1.2，浮力分別取高、低水位值，則樁反力小；如認為浮力有利，取分項系數(shù)1.0，浮力分別取高、低水位值，則樁反力大。經(jīng)對各工況組合對比分析，承臺受彎計算結果相差不多，故浮力分項系數(shù)及高低水位對承臺正截面受彎計算影響不大，但應取各工況組合的最大彎矩值進行計算。

1.2 承臺受剪計算

承臺受剪計算同受彎計算，水浮力小樁反力大，水浮力大則樁反力小，總的反力值基本一致。經(jīng)對各工況組合對比分析，浮力分項系數(shù)及高低水位對承臺受剪計算影響不大，但應取各工況組合的最大剪力進行計算。

1.3 承臺柱沖切驗算

對于柱下無樁承臺類型，如四樁承臺，沖切力為柱底荷載減去沖切錐體范圍內(nèi)水浮力，此時水浮力為有利荷載，應取分項系數(shù)為1.0，低水位浮力，沖切錐體范圍內(nèi)總上反力最小，得到最大沖切力，故最不利荷載組合為1.35恒+0.98活－1.0?。ǖ停?。對于柱下有樁承臺類型，如五樁承臺，沖切力為柱荷載減去沖切錐體范圍內(nèi)樁反力和水浮力，水浮力最大時，樁反力最小，沖切錐體范圍內(nèi)總上反力最小，可得到最大沖切力。故認為此時水浮力為不利荷載，應取分項系數(shù)為1.2，高水位浮力，最不利荷載組合為1.35恒+0.98活－1.2浮（高）。

1.4 承臺角樁沖切驗算及局部受壓驗算[7,8]

此時水浮力是向上的有利荷載，應取分項系數(shù)為1.0，低水位浮力，最不利荷載組合為1.35恒+0.98活－1.0浮（低），此時可得到最大樁反力設計值。

計算筏板配筋時，對于多層地下室，一般為高水位浮力起控制作用，此時筏板自重及面荷載為有利荷載，分項系數(shù)應取1.0。筏板面活荷載為有利荷載，分項系數(shù)應取0。水浮力為不利荷載，分項系數(shù)應取1.0。故最不利荷載組合為1.0恒－1.2?。ǜ撸?。

在進行樁筏基礎的承臺及筏板設計時，應根據(jù)驗算項目進行具體分析，選取最不利的控制荷載組合?；蜻M行輪番組合驗算，選取最不利結果。但現(xiàn)部分基礎設計軟件進行構件驗算時，或遺漏部分應有的荷載組合，或未對構件具體單項采用所對應的最不利荷載組合，直接采用其計算結果，對工程會造成一定的安全隱患。設計人員在設計時應加強對軟件計算結果的校審復核工作。

2 計算實例

現(xiàn)舉一例樁筏式基礎四樁承臺，用基礎有限元軟件對其受彎承載力進行電算分析計算，并采用手工簡化計算對其進行校核。工程框架結構部分，地上12 層，地下3 層，柱距8 m×8 m，局部平面及結構剖面見圖2。

圖2 框架結構部分平面、剖面示意

圖3 JCCAD網(wǎng)格單元為1 m的彎矩分析結果（單位：kN·m/m)

圖4 盈建科網(wǎng)格單元為1 m的彎矩分析結果（單位：kN·m/m)

柱底力最大設計值為14 801.5 kN；底板板面恒荷為2 kN/m2；筏板板面活荷為4 kN/m2；地下水高水位按－1.0 m；低水位按－2.0 m；底板厚1 000 mm，底板底標高為－14.5 m；承臺厚1 400 mm，承臺底標高為－14.9 m；承臺受荷相關范圍面積為S1=8×8=64 m2；承臺受荷相關范圍內(nèi)底板面積S2=8×8－3×3=55 m2；承臺受荷相關范圍內(nèi)承臺面積S3=3×3=9 m2。

圖3、圖4分別為PKPM系列JCCAD和盈建科系列基礎模塊彎矩分析結果。

以下為手工簡化計算彎矩。據(jù)《樁基規(guī)范》，假設不考慮此筏形承臺的結構整體彎矩影響；承臺及筏板僅受水浮力影響；基床系數(shù)為0，不考慮土反力影響。承臺受荷相關范圍高水位浮力設計值為（分項系數(shù)取1，為有利荷載）8 502.5 kN承臺受荷相關范圍內(nèi)筏板荷載設計值為2 280 kN或2 162 kN，故不計承臺本身質(zhì)量，在荷載效應基本組合下的基樁豎向反力設計值為2 144.75 kN，此時延承臺邊由底板荷載折算傳來線荷載設計值為－421.35 kN/m，則：

每米彎矩值=4 370.12/3=1 456.71 kN·m/m。

3 結語

由以上對比分析可知，JCCAD結果中柱底峰值彎矩未考慮柱截面寬度折減，彎矩值偏大，且網(wǎng)格單元取值越小，值越大，如以此為依據(jù)承臺配筋，造成了一定的浪費。盈建科計算結果柱底峰值彎矩考慮了柱截面寬度折減，通過與手工簡化驗算復核，結果較為可靠，可作為承臺配筋依據(jù)。