筏板基礎(chǔ)設(shè)計分析

1、結(jié)構(gòu)工程師筏板基礎(chǔ)設(shè)計分析1 筏板基礎(chǔ)埋深及承載力的確定天然筏板基礎(chǔ)屬于補償性基礎(chǔ), 因此地基的確定有兩種方法. 一是地基承載力設(shè)計值的直接確定法. 它是根據(jù)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值按照有關(guān)規(guī)范通過深度和寬度的修正得到承載力設(shè)計值, 并采用原位試驗(如標(biāo)慣試驗、壓板試驗等) 與室內(nèi)土工試驗相結(jié)合的綜合判斷法來確定巖土的特性. 二是按照補償性基礎(chǔ)分析地基承載力. 例如: 某棟地上28 層、地下2 層(底板埋深10m ) 的高層建筑, 由于將原地面下10m 厚的原土挖去建造地下室, 則卸土土壓力達180kpa, 約相當(dāng)于11 層樓的荷載重量;如果地下水位為地面下2m , 則水的浮托力為80kpa, 約相當(dāng)

2、于5 層樓的荷載重量, 因此實際需要的地基承載力為14 層樓的荷載. 即當(dāng)?shù)鼗休d力標(biāo)準(zhǔn)值f 250kpa 時就能滿足設(shè)計要求, 如果筏基底板適當(dāng)向外挑出, 則有更大的可靠度.2 天然筏板基礎(chǔ)的變形計算地基的驗算應(yīng)包括地基承載力和變形兩個方面, 尤其對于高層或超高層建筑, 變形往往起著決定性的控制作用. 目前的理論水平可以說對地基變形的精確計算還比較困難, 計算結(jié)果誤差較大, 往往使工程設(shè)計人員難以把握, 有時由于計算沉降量偏大, 導(dǎo)致原來可以采用天然地基的高層建筑, 不適當(dāng)?shù)夭捎昧藰痘A(chǔ), 使基礎(chǔ)設(shè)計過于保守, 造價提高, 造成浪費.采用各向同性均質(zhì)線性變形體計算模型,用分層總和法計算出的自

3、由沉降量往往同實測的地基變形量不同, 這是受多種因素的影響造成的.試驗表明 4 : 剛性筏板在試驗荷載下主要是整體沉降, 撓曲變形極小, 最大也未超過3; 而有限剛度筏板基礎(chǔ)則除了整體沉降外還產(chǎn)生撓曲變形, 筏板剛度不同, 撓曲程度也不同.在筏板厚度相同的情況下, 隨著長×寬(以矩形為例) 的增加, 筏板的剛度隨之降低.因此設(shè)計中可選取“板式筏基+ 獨立柱基”相結(jié)合的基礎(chǔ)形式, 即中部(電梯井等剪力墻集中處) 用筏基, 四周柱基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)或聯(lián)合基礎(chǔ). 使筏板的長×寬尺寸減小、剛度增大,這不僅降低沉降變形的撓曲程度, 提高筏板的抗沖切能力, 同時, 減低了板中鋼筋應(yīng)力,

4、減少筏基的配筋量. 為協(xié)調(diào)各部分的變形, 使其趨于一致, 還可通過變形驗算調(diào)整獨立柱基的面積.既滿足結(jié)構(gòu)使用要求, 又達到相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益.在基礎(chǔ)選型設(shè)計中, 應(yīng)結(jié)合工程的具體情況, 考慮多方面的因素影響, 充分利用天然地基的承載能力, 通過比較“整片筏基”與“板式筏基+ 獨立柱基”的工程造價. 以上2 種不同基礎(chǔ)形式, 后者較前者節(jié)省約30% 40% 的費用, 經(jīng)濟效益顯著.當(dāng)由于地層分布不均勻、上部結(jié)構(gòu)荷載在筏板基礎(chǔ)上分布不均勻而引起筏板基礎(chǔ)各部分的差異沉降較大時, 可綜合考慮采用以下處理措施:(1) 將出露地質(zhì)較差的土層挖出一部分, 換填低強度等級的素混凝土形成素混凝土厚墊塊, 以改變

5、和調(diào)整地基的不均勻變形. 也可以采用“換填法”, 墊層采用碎石、卵石等材料, 經(jīng)碾壓或振密處理, 提高基礎(chǔ)的承載能力；(2) 調(diào)整上部結(jié)構(gòu)荷載或柱網(wǎng)間距, 減小基底壓力差；(3) 調(diào)整筏板基礎(chǔ)形狀和面積, 適當(dāng)設(shè)置懸臂板, 均衡和降低基底壓力；(4) 加強底板的剛度和強度, 在大跨度柱間設(shè)置加強板帶或暗梁等。3 筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計筏板基礎(chǔ)的主要結(jié)構(gòu)形式有平板式筏基和肋梁式筏基, 包括等厚度或變厚度底板和縱橫向肋梁. 一般情況下宜將基礎(chǔ)肋梁置于底板上面, 如果地基不均勻或有使用要求時, 可將肋梁置于板下, 框架柱位于肋梁交點處. 在具體筏基設(shè)計時應(yīng)著重考慮如下問題:(1) 應(yīng)盡量使上部結(jié)構(gòu)的荷載

6、合力重心與筏基形心相重合, 從而確定底板的形狀和尺寸.當(dāng)需要將底板設(shè)計成懸挑板時, 要綜合考慮上述多方面因素以減小基礎(chǔ)端部基底反力過大而對基礎(chǔ)彎距的影響；(2) 底板厚度由抗沖切和抗剪強度驗算確定. 柱網(wǎng)間距較大時可在柱間設(shè)置加強板帶(暗梁加配箍筋) 來提高抗沖切強度以減少板厚, 也可采用后張預(yù)應(yīng)力鋼筋法來減少混凝土用量和造價. 決定板厚的關(guān)鍵因素是沖切, 應(yīng)對筏基進行詳細(xì)的沖切驗算；(3) 無肋梁筏板基礎(chǔ)的配筋可近似按無梁樓蓋設(shè)柱上板帶和跨中板帶(倒樓蓋法) 的計算方法進行, 精確計算可用有限元法;對肋梁式筏基, 當(dāng)肋梁高度比板厚大得較多時, 可分別計算底板和肋梁的配筋, 即底板以肋梁為固定

7、支座按雙向板計算跨中和支座彎矩, 并適當(dāng)調(diào)整板跨中和支座的配筋；(4) 構(gòu)造配筋要求: 筏板受力筋應(yīng)滿足規(guī)范中0. 15%的配筋率要求, 懸挑板角處應(yīng)設(shè)置放射狀附加鋼筋等. 設(shè)計人員往往配置受力鋼筋有余, 構(gòu)造鋼筋卻配置不足。4 筏板基礎(chǔ)抗浮錨桿的設(shè)置不少設(shè)計人員擔(dān)心地下水位對底板的浮托力而設(shè)置抗拔錨桿, 在這里作如下分析和討論：(1) 施工過程中浮托力的產(chǎn)生是由于基坑內(nèi)積水(雨水和施工用水或地下水滲透) 所致;浮托力的大小與地下室的體積和基坑內(nèi)積水高度有關(guān). 因此, 只要能在地下室施工過程中有序排水或限制水位, 在基礎(chǔ)底板底以下就不會產(chǎn)生浮托力；(2) 地下室上浮是因為地下室結(jié)構(gòu)及上部結(jié)構(gòu)的

8、荷載重量不足以克服地下水的浮力, 當(dāng)筏板基礎(chǔ)底板上的結(jié)構(gòu)重量大于實際上浮力后, 整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就能穩(wěn)定. 因此在地下室和地面上相應(yīng)有限幾層的結(jié)構(gòu)完成后, 就可以克服地下水的上浮力, 不需要在整個施工過程中對水位保持警惕；(3) 在計算地下水的浮托力時因注意: 筏基底板所承受的浮托壓力只是底板與地基巖土的縫隙水壓力、孔隙水壓力, 板承受的浮托力與地基巖土的縫隙發(fā)育程度、孔隙率有關(guān), 其實際壓力強度小于靜水壓強. 其次, 底板的水承壓面積并非全部. 由于底板與地基巖土已粘結(jié)成整體,因而能提供一定的粘結(jié)(抗拔) 力. 有關(guān)試驗資料認(rèn)為有效粘結(jié)面積占底板面積最小比率為K = 50% , 而粘結(jié)強度最低為

9、250kpa (相當(dāng)于毛石砌體與M 10 沙漿間的抗拉力). K 值是一重要因素, 應(yīng)通過試驗確定.浮托力的估算: 當(dāng)K = 50% 100% 時,如地下水位為- 2.0m 的10m 深地下2 層的基坑, 當(dāng)?shù)装搴穸?600mm , 頂板單位荷重為1600kg, 則單位面積的浮托力T和地下室結(jié)構(gòu)重量W分別為:T = 80×(50% 100% )= 40. 0 kpa 80. 0kpaW = 1. 6×25+ 16×2= 72. 0kpa從以上分析和討論可見, 即使按K = 1 計算使浮托力T 最大, T 與W 的差值也只有8. 0kpa, 待地面上再施工1 2層后

10、, 就能保持整體平衡, 因此只要在地下室施工過程中能保持基坑干燥, 基礎(chǔ)和地下室結(jié)構(gòu)及地上2 層結(jié)構(gòu)施工完成后, 就可放棄對地下水位的監(jiān)測, 從施工過程來看是無需設(shè)置抗浮錨桿的.對于一些地下室較大、較深而地面以上結(jié)構(gòu)層數(shù)不多的建筑, 則應(yīng)根據(jù)上述總體平衡的原則計算確定抗浮錨桿. 對于地下室面積較大而主體塔樓面積較小的建筑, 應(yīng)驗算裙房部位的浮托力能否與結(jié)構(gòu)自重相平衡, 否則也應(yīng)設(shè)置抗浮錨桿.在底板配筋設(shè)計時應(yīng)注意到由于水的浮托力使底板產(chǎn)生的彎矩, 當(dāng)板下不設(shè)置抗浮錨桿時應(yīng)全面考慮浮托力產(chǎn)生的彎矩, 當(dāng)?shù)装逶O(shè)置抗浮錨桿后則可適量減少底板的配筋量.5裙房基礎(chǔ)的設(shè)計由于裙房的單柱荷載與高層主樓相比要小的多, 因此無需采用厚筏基礎(chǔ), 采用薄板配柱下獨立擴展基礎(chǔ)即可. 這里需要強調(diào)的是, 裙樓獨立柱基的沉降與主樓筏板基礎(chǔ)的沉降要相協(xié)調(diào), 即控制沉降差在允許值范圍內(nèi). 應(yīng)根據(jù)公式計算主樓沉降量S , 再按各柱的荷載N 值和S值反算出各獨立柱基礎(chǔ)的面積A (尚應(yīng)驗選地基承載力).高層建筑基礎(chǔ)選型是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計