影響筏板基礎(chǔ)底板厚度因素分析

摘 要：筏板基礎(chǔ)常用于高層或小高層建筑，其合理設(shè)計(jì)關(guān)系到建筑的安全性與經(jīng)濟(jì)性，本文對(duì)比了淺基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)樁筏基礎(chǔ)中筏板厚度的影響因素，并分析各影響因素對(duì)厚度影響的重要性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：筏板；樁基；荷載

笩板型基礎(chǔ)，由底板、梁等整體組成，常采用砼底板，承受建筑物荷載，形成筏基，其整體性好，能很好的抵抗地基不均勻沉降，廣泛用于高層結(jié)構(gòu)建筑中，當(dāng)?shù)鼗休d力不足、剛度較弱時(shí)可以在筏板下增加樁基礎(chǔ)組合成樁筏基礎(chǔ)。但不論是筏板基礎(chǔ)與樁筏基礎(chǔ)都繞不開筏板厚度設(shè)計(jì)，實(shí)際工程中常采用經(jīng)驗(yàn)方法導(dǎo)致其厚度越來(lái)越大，造成極其嚴(yán)重的浪費(fèi)，本文就厚度影響因素作一探討。

筏板厚度影響因素

筏板厚度主要解決三個(gè)問(wèn)題：抗沖切、抗彎、抗剪，以淺基礎(chǔ)平板型筏板基礎(chǔ)為例，平板式筏基底板除計(jì)算正截面受彎承載力外，其厚度尚應(yīng)滿足受沖切承載力、受剪切承載力的要求以下是規(guī)范對(duì)這三方面的規(guī)定：

（1）抗沖切：平板式筏基進(jìn)行抗沖切驗(yàn)算時(shí)應(yīng)考慮作用在沖切臨界面重心上的不平衡彎矩產(chǎn)生的附加剪力。對(duì)基礎(chǔ)的邊柱和角柱進(jìn)行沖切驗(yàn)算時(shí)，其沖切力應(yīng)分別乘以1.1和1.2的增大系數(shù)。距柱邊h0/2處沖切臨界截面的最大剪應(yīng)力τmax應(yīng)按以下公式進(jìn)行計(jì)算。板的最小厚度不應(yīng)小于500mm。

τmax=Flumho+asMunbcABIs

τmax≤ 0.7（0.4+1.2/βs）βhpft

式中：Fl ——相應(yīng)于作用的基本組合時(shí)的沖切力（kN），對(duì)內(nèi)柱取軸力設(shè)計(jì)值減去筏板沖切破壞錐體內(nèi)的基底凈反力設(shè)計(jì)值；對(duì)邊柱和角柱，取軸力設(shè)計(jì)值減去筏板沖切臨界截面范圍內(nèi)的基底凈反力設(shè)計(jì)值；

Munb——作用在沖切臨界截面重心上的不平衡彎矩設(shè)計(jì)值（kN·m）；

受沖切承載力應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：

Fl/umh0

SymbolcB@ 0.7βhpft/η

（2）抗剪：平板式筏基受剪承載力應(yīng)按下式驗(yàn)算，當(dāng)筏板的厚度大于2000mm時(shí)，宜在板厚中間部位設(shè)置直徑不小于12mm、間距不大于300mm的雙向鋼筋網(wǎng)。

Vs≤ 0.7βhsftbwh0

式中：Vs——相應(yīng)于作用的基本組合時(shí)，基底凈反力平均值產(chǎn)生的距內(nèi)筒或柱邊緣h0處筏板單位寬度的剪力設(shè)計(jì)值（kN）；

（3）抗彎：當(dāng)?shù)鼗帘容^均勻、地基壓縮層范圍內(nèi)無(wú)軟弱土層或可液化土層、上部結(jié)構(gòu)剛度較好，柱網(wǎng)和荷載較均勻、相鄰柱荷載及柱間距的變化不超過(guò)20%，且梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6時(shí)，筏形基礎(chǔ)可僅考慮局部彎曲作用。筏形基礎(chǔ)的內(nèi)力，可按基底反力直線分布進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)基底反力應(yīng)扣除底板自重及其上填土的自重。當(dāng)不滿足上述要求時(shí)，筏基內(nèi)力可按彈性地基梁板方法進(jìn)行分析計(jì)算。

綜上可以看出：影響筏板基礎(chǔ)厚度的主要因素為上部結(jié)構(gòu)荷載、混凝土強(qiáng)度、筏板抗彎強(qiáng)度（鋼筋抗拉強(qiáng)度）、柱跨度四個(gè)。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在混凝土強(qiáng)度、鋼筋抗拉強(qiáng)度不變的情況下，合理減輕上部結(jié)構(gòu)荷載，合理布置柱間距成為減少基礎(chǔ)底板厚度的關(guān)鍵。

就樁筏基礎(chǔ)而言，筏板厚度的確定原則也是根據(jù)底板抗沖切能力、抗彎剛度、抗剪強(qiáng)度來(lái)計(jì)算。為了突出對(duì)比性，同樣以平板式筏基進(jìn)行探討。

（1）底板抗沖切能力。底板抗沖切分兩部分，一是抵抗筏板上柱和剪力墻或核心筒對(duì)筏板的沖切力。二是抵抗筏板下樁基對(duì)筏板的沖切力。當(dāng)進(jìn)行樁基布置的時(shí)候，通常的做法是在上部荷載作用點(diǎn)處布樁，這樣就消除了筏板上柱和剪力墻或核心筒對(duì)筏板的沖切力，這樣樁筏底板的抗沖切驗(yàn)算主要就體現(xiàn)在樁基對(duì)筏板的沖切力上。假設(shè)樁為邊長(zhǎng)b的方樁，混凝土抗拉強(qiáng)度f(wàn)t ，底板厚h，有效高度為h0，則板的沖切抗力為0.6 ft um h0。其中um 是樁基作用點(diǎn)面積周邊h0/2處周長(zhǎng)，um =4（b+ h0）在這個(gè)范圍內(nèi)通過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度來(lái)抵抗沖切。假設(shè)一根樁的平均沖切力是p1，則p1 = p0 n/m，式中p0 為每層樓面凈活載折算重量，n為層數(shù)，m為樁基總數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[3]對(duì)實(shí)際工程研究得出的經(jīng)驗(yàn)式結(jié)果：為使底板不破壞，建議每個(gè)樁基平均沖切力乘以1.5倍安全系數(shù)。即

1.5 p1

SymbolcB@ 0.6 ft umh0

由此可得由抗沖切能力需要的底板厚度。

（2）底板抗彎能力。底板抗彎必須由鋼筋來(lái)抵抗，即底板產(chǎn)生的彎矩M

SymbolcB@ fyAs h0，其中M=q L2/10（假設(shè)兩端都是嵌固），L為底板受彎方向的跨度，即把底板看成倒置的樓板，L為均布荷載作用的兩端嵌固點(diǎn)間距，q為底板受到的折算總平均反力，即q= p0n/mc2，其中c為樁間距，假設(shè)樁基按照正方形布置。為使底板不破壞，把上面參數(shù)值帶入M

SymbolcB@ fyAsho即可算抗彎能力需要的底板厚度。

（3）底板抗剪能力。樁筏基礎(chǔ)與筏板基礎(chǔ)不同，通常不必驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度，構(gòu)造可以通過(guò)增加腋與增加抗剪鋼筋來(lái)實(shí)現(xiàn)。

綜上所見(jiàn)：樁筏基礎(chǔ)底板厚度受以下幾大因素影響：上部結(jié)構(gòu)荷載、樁數(shù)、樁邊長(zhǎng)、混凝土抗拉強(qiáng)度、鋼筋抗拉強(qiáng)度、受彎方向的跨度等。對(duì)比淺基礎(chǔ)平板型筏板基礎(chǔ)，可以得出影響筏板厚度的共性因素：即上部結(jié)構(gòu)荷載、混凝土抗拉強(qiáng)度、鋼筋抗拉強(qiáng)度、受彎方向跨度（柱跨度L）。根據(jù)文獻(xiàn)[3]統(tǒng)計(jì)，跨度L小于等于3m時(shí)，彎矩對(duì)底板厚度影響程度小于沖切?？缍却笥?m時(shí)，彎矩對(duì)底板厚度影響程度大于沖切。混凝土強(qiáng)度及跨度一定時(shí)，樁基截面尺寸對(duì)底板厚度影響不大，起不了控制作用。同樣是上部結(jié)構(gòu)荷載，此共性因素在兩種基礎(chǔ)的計(jì)算時(shí)候也不同，F(xiàn)l在計(jì)算的時(shí)候?yàn)檩S力設(shè)計(jì)值減去筏板沖切破壞錐體內(nèi)的基底凈反力設(shè)計(jì)值，而基底凈反力又由軸力設(shè)計(jì)值、上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)彎矩產(chǎn)生，為基底土體對(duì)上部結(jié)構(gòu)荷載所做出的反應(yīng)，也就是說(shuō)基底土體參與了沖切作用。反觀樁筏基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算中p0僅為每層樓面凈活載折算重量，基底土體并沒(méi)有參與沖切作用，分析其中原因，筏板基礎(chǔ)下只有土體，故要考慮基礎(chǔ)與土體的共同作用及位移，樁筏基礎(chǔ)底板下還有樁基，底板下土體與底板脫離也不影響其樁基受力性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊小平.[M].土力學(xué)及地基基礎(chǔ)，2005，26（3）：241.244.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007.2011）.66.86.

[3]馬云鳳，呂西林.高層建筑基礎(chǔ)底板合理厚度的探討，2014，4.7.

作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)瑜，男，江西宜春人，碩士，中級(jí)，研究方向?yàn)閹r土地下結(jié)構(gòu)。