浅谈柱帽式筏板基础的特点与应用

关键词：柱帽;筏板基础;受力特点;计算方法  

　　1 筏板基础的特点 

　　当前城市可利用的土地越来越少，地上空间有限时往往开始探寻地下空间的更大利用，怎么样能把基础设计与建筑使用功能结合在一起，这时建筑基础设计在整个设计中占有举足轻重的地位，它作为上部结构与下部地基的纽带，因此基础方案的确定将是工程师们长期研究的课题。在众多的基础设计方案中，天然地基基础是较经济的基础方案之一，同时筏板基础又是建筑应用较广泛的天然地基基础形式，这主要是由它的自身特点和优点所决定的： 

　　（1）能充分发挥地基承载力，并且沉降量小，调整地基不均匀沉降的能力比较强。作为满堂基础的筏基，其基础底面积比较大，有利于充分发挥地基的承载力。 

　　（2）可以充分利用地下空间，在一定条件下是经济的。随着城市建设的现代化，地下空间的利用显得越来越重要。地下停车场、地铁车站、地下商业设施以及防空设施，所需的空间都非常大。综合考虑上部空间和地下空间的利用，我们可以看到整体上的经济效益。 

　　（3）良好的抗震性能。由于筏板基础的埋置深度较大，保证了地震作用下地基抗滑动的稳定性，并且地下室的外墙参与工作，地下室的侧向刚度一般都大于上部结构与其相连层的侧向刚度。此外，地震作用迫使与地下室接触的土层发生相应的变形，导致土对地下室外墙及底板产生抗力，约束了地下结构的变形。 

　　综合上述筏板基础的特点，可以看到筏板基础因其造价低、施工速度快、可提供较大地下空间的优点，受到普遍重视。 

　　2 柱帽式筏板基础的应用 

　　参考当前使用较多的筏板基础形式，又可将筏基分为平板式筏板基础和肋梁式筏板基础，设计时应根据工程地质、上部结构体系、柱距、荷载大小及施工条件等因素来确定。一般等厚平板式适用于柱网均匀且尺寸和荷载不太大的结构，而梁板式或柱帽式则适用于柱网不均匀且尺寸和荷载均较大的结构。现结合具体工程实例对柱帽式筏板作以介绍： 

　　某工程地下两层，地上三~六层，框架结构，柱网为8.4m×8.4m,基础持力层为地勘中的第五层粉质粘土层，地基承载力特征值fak=160Kpa，修正后地基承载力特征值fak=440Kpa，经对平板式、梁板式及柱帽式筏板的计算分析比较，最终采用了柱帽式筏板基础，该工程于2007年竣工并投入使用。 

　　柱帽式筏板基础的柱帽，可向上突出于筏板也可向下突出于筏板，其各有利弊，向上突起，结构受力更合理，施工时因不需要作排水沟处的折板而使得施工上看来更方便一些，但需要回填土方以使地面平整满足使用要求，在满足同一地下室内净高的前提下这种作法土方量要大一些；向下突起则具土方量小，节约建筑净高等诸多好处。 

　　该工程采用了向下突出于筏板的柱帽作法，柱网比较规则，柱下荷载设计值大多在10000KN左右，经试算，筏板板厚取600mm厚，柱帽厚度采用1300mm厚。 

　　计算时分析软件采用中国建筑科学研究院的PKPMCAD（版本：2005.04）中的JCCAD中的筏板有限元计算，计算模型采用弹性地基梁板模型（WINKLER模型），从计算结果可以得出以下结论： 

　　1） 以柱中心下筏板基础与地基接触点的土反力最大，两柱轴线中心点处土反力最小，柱中心处应力曲线向下凸，而两柱轴线的中间应力曲线向上凸，它们之间按某种曲线规律变化。 

　　2） 地基土的弹性模量越高，地基土反力越向柱下局部加厚的筏板部分集中。 

　　从以上结论可以得出，在进行柱帽式筏板设计时，只须将柱下受力大的范围，即柱帽部分板厚加厚配筋加强，而对于柱帽间的筏板则可以减小板厚及配筋，从而既减少了土方量又减少了混凝土及钢筋的用量，取得了不小的经济效益。 

　　另外，从分析结果中还可以看出柱帽板与柱帽间板的交接处是应力由大到小的过度区域，所以应该避免板在此处厚度产生突变，为此采用了45度斜坡使板厚逐渐变小，为了充分发挥钢筋的受拉性能，在配筋上采用了双层钢筋网，且两层钢筋网的长度各不相同，即根据受力大小的不同位置而采用了不同的配筋量，从而避免了钢筋的浪费。 

　　3 结束语 

　　综上所述，柱帽式筏板基础适用于天然地基较高，设有地下室的多层和高层建筑，在房屋建筑密集的城市市区，特别是建筑黄金地段，人们充分利用上部空间的同时，也想法设法利用建筑物地下部分的空间，这样更可以节约用地，如将停车场或商场移至地下，这时柱帽式筏板基础就可以充分显示出它的社会效益和商业效益。另外该基础形式施工简便，利于机械化施工，能有效的缩短施工工期。 　 

　　 参考文献 

　　［1］建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）［M］.北京：中国建筑工业出版社. 

　　［2］李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例［M］.北京：中国建筑工业出版社. 

　　［3］全国民用建筑工程设计技术措施（结构）［M］.北京：中国计划出版社.