柱帽式筏板基礎(chǔ)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探究

摘要：建筑技術(shù)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(kāi)發(fā)利用，尤其是在建筑物比較密集的區(qū)域，合理利用地下空間建設(shè)商場(chǎng)、停車場(chǎng)，既可以實(shí)現(xiàn)土地資源的集約化利用，又能夠進(jìn)一步增加房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是建筑地下室施工由于結(jié)構(gòu)的特殊性和環(huán)境的隱蔽性，面臨許多技術(shù)難題。柱帽式筏板基礎(chǔ)具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性價(jià)比高、結(jié)構(gòu)安全可靠等特點(diǎn)，在現(xiàn)代高層建筑的地下室施工中有著廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合某工程實(shí)例，就柱帽式筏板基礎(chǔ)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開(kāi)了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：柱帽；筏板基礎(chǔ)；地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 柱帽式筏板基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)分析

1.1 提高了地基承載力

作為建筑整體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，地下室結(jié)構(gòu)還發(fā)揮著承載建筑上部荷載、維護(hù)建筑整體穩(wěn)定的作用。尤其是在一些高層建筑中，由于建筑自重較大，對(duì)地下室結(jié)構(gòu)的承載力也提出了更高的要求。在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選擇柱帽式筏板基礎(chǔ)，由于基礎(chǔ)面積較大，可以實(shí)現(xiàn)了上部荷載力的分散，這樣就可以避免重力過(guò)于集中而導(dǎo)致地下室結(jié)構(gòu)變形，從而保證了建筑地基和地下室結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

1.2 充分利用地下空間

無(wú)論是地下停車場(chǎng)還是地鐵車站、商業(yè)場(chǎng)所，在保證地下室結(jié)構(gòu)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(chǔ)，提高了單柱的承載力，這樣就間接的減少了地下室結(jié)構(gòu)中支撐柱的數(shù)量，從而預(yù)留出了更多空間。但是需要注意，柱帽式筏板基礎(chǔ)一般不適用于軟土地基或凍土地基，以保證地下室結(jié)構(gòu)的安全性。

1.3 提高了建筑抗震性能

對(duì)于大跨度或高層建筑來(lái)說(shuō)，抗震性能也是必須要考慮的重要屬性。柱帽式筏板基礎(chǔ)由于埋藏深度較深，因此能夠有效保證建筑地基的穩(wěn)定性以及抗側(cè)力，同時(shí)還能夠保證地下室建筑的整體結(jié)構(gòu)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(chǔ)，能夠使得外墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大于上部結(jié)構(gòu)與其相連的側(cè)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(shè)工作上都會(huì)采用柱帽式筏板基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。

2 柱帽式筏板基礎(chǔ)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為連接地上與地下建筑的過(guò)渡段，需要引起設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。基于柱帽式筏板基礎(chǔ)的地下室頂板結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)把控的要點(diǎn)有：其一，在地下室頂板上增加水平支座，發(fā)揮輔助加固和荷載力分擔(dān)的作用，水平支座主要分布在地下室頂板的四個(gè)對(duì)角，并使用膨脹螺絲進(jìn)行固定。其二，根據(jù)上部建筑的高度和荷載，確定地下室頂板的厚度。一般來(lái)說(shuō)，高層建筑要求頂板厚度不得低于25cm，具體參數(shù)需要根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定；其三，頂板結(jié)構(gòu)還需要發(fā)揮一定的防滲性能，在設(shè)計(jì)時(shí)也需要做好防水設(shè)計(jì)。

2.2 地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室外墻需要具備的功能有荷載功能、擋土、擋水功能等?；谥笔椒ぐ寤A(chǔ)的地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要掌握的設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(lái)自于建筑上部的重力，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)增加柱帽的數(shù)量和埋深來(lái)滿足垂直荷載設(shè)計(jì)需要；水平荷載方面，則主要來(lái)自于人防荷載和周圍土層內(nèi)向壓力?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整擋土墻傾斜角度或是增加地下室外墻厚度滿足設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要重點(diǎn)考慮防滲功能，避免后期地下室出現(xiàn)潮濕等問(wèn)題。

2.3 地下室抗震性能設(shè)計(jì)

柱帽式筏板基礎(chǔ)的地下室結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行抗震性能設(shè)計(jì)時(shí)，主要通過(guò)兩種渠道提高其抗震能力。一種方法是結(jié)合前期的地質(zhì)勘查結(jié)果，在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算時(shí)，確定最佳的設(shè)計(jì)方案，包括建筑地下室的最大面積，支撐柱的數(shù)量和分布密度等，根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步提高地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。另一種方法是在地下室結(jié)構(gòu)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(chǔ)中，主要使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的柱帽，但是由于缺乏變形能力，容易出現(xiàn)開(kāi)裂，抗震效果不理想。在現(xiàn)代建筑施工中，則可以選擇一些穩(wěn)定性更強(qiáng)、壽命更長(zhǎng)、承載力更大的新型材料，滿足地下室結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)需要。

2.4 地下室抗?jié)B抗浮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)地下空間的最大化利用，現(xiàn)代建筑行業(yè)中地下室結(jié)構(gòu)往往在2層甚至3層。隨著地下室結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，隨之而來(lái)的地下水滲漏問(wèn)題也會(huì)更加明顯，做好地下室結(jié)構(gòu)的防水、防滲設(shè)計(jì)就顯得十分關(guān)鍵?；谥笔椒ぐ寤A(chǔ)的地下室結(jié)構(gòu)在提高防滲方面雖然具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是仍然需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑特點(diǎn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定詳細(xì)的抗?jié)B、抗浮設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的有：預(yù)留出排水管道，方便在地下室施工時(shí)將多余的地下水及時(shí)排除，保證現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的安全；同時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)增加地下室結(jié)構(gòu)自重的方式，提高抗浮性能，但是對(duì)施工技術(shù)有嚴(yán)格要求，并且通常適用于地質(zhì)較為堅(jiān)硬的情況。

3 案例分析

3.1 案例概況

某地商業(yè)中心共11層，地上9層，地下2層，整個(gè)建筑采用框架式結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)為8.4m×8.4m，綜合工程實(shí)際情況以及建設(shè)方要求決定采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為地勘中的第5層粉質(zhì)粘土層，地基承載力特征值為fak=160kPa，經(jīng)修正以后，地基承載力特征值為fak=440kPa，經(jīng)過(guò)對(duì)梁板式、平板式及柱帽式筏板的綜合計(jì)算分析比較之后，施工方確定使用柱帽式基礎(chǔ)，該工程于2012年開(kāi)始動(dòng)工，2014年竣工交付，目前建筑地下室應(yīng)用效果良好。

3.2 柱帽式筏板基礎(chǔ)的應(yīng)用

本工程柱網(wǎng)較為規(guī)則，柱下荷載設(shè)計(jì)值多在10000kN左右，經(jīng)過(guò)試算，筏板的厚度決定取60cm，柱帽厚度為130cm，計(jì)算時(shí)采用JCCAD中的筏板有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型采用彈性地基梁板模型。在該工程項(xiàng)目的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果和建筑設(shè)計(jì)總體要求，總結(jié)了以下設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：

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

（2）柱帽式筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，只需要在柱下受力較大的區(qū)域增加配筋即可，而柱帽間的筏板則可適當(dāng)減小配筋量及板厚。基于這一設(shè)計(jì)，幫助該項(xiàng)目工程節(jié)約了大量的鋼筋、混凝土等材料用量，節(jié)本效果顯著，維護(hù)了施工方的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

在建筑地下空間得到重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的同時(shí)，各類新型的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法也得到了推廣使用。柱帽式筏板基礎(chǔ)是現(xiàn)階段建筑行業(yè)中較為常見(jiàn)的一種地下室結(jié)構(gòu)模式，大量的施工經(jīng)驗(yàn)證明，柱帽式筏板基礎(chǔ)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、環(huán)境適用性強(qiáng)、提高地下室抗震性能等優(yōu)勢(shì)?？紤]到建筑地下室施工具有隱蔽性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，需要提前做好地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，掌握柱帽式筏板基礎(chǔ)的施工要點(diǎn)，為建筑地下室的高質(zhì)量施工和安全性使用提供必要的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]譚農(nóng)超.深圳榮超大廈超深地下室結(jié)構(gòu)防水及抗浮設(shè)計(jì)[C]//第五屆全國(guó)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)暨首屆全國(guó)青年結(jié)構(gòu)工程師論壇.2015.

[2]劉付華，方偉明，史坤峰，等.小柱網(wǎng)地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多方案比選分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2016（06）：125-128.

作者簡(jiǎn)介：倪榮榮（1984—），女，漢族，廣西全州縣人，本科學(xué)歷，工程師，研究方向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（作者單位：中物聯(lián)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司桂林分公司）