筏板基础设计

　　摘要：本文简单介绍筏板基础的承载力确定及变形计算，主要分析了板式筏板和梁式筏板基础设计的方法及在设计过程中应注意的事项。
　　关键词：筏板基础，筏板有限元计算
　　
　　筏板基础在许多结构类型中得到广泛应用，无论是多层还是高层建筑，也无论是住宅还是公建等商业建筑。筏板基础刚度大，整体性好，根据上部结构形式分为板式和梁式。在大型商业建筑中，因柱网较大，上部建筑荷载较大，常常采用梁式筏板；而小型公建或者低层住宅可以采用板式。不同形式有不同的设计计算方法，规范也有相应的规定与构造。笔者通过不同结构类型的筏板设计，简单介绍一下筏板基础的设计。
　　1筏板基础承载力的确定
　　天然筏板基础属于补偿式基础，因此地基的确定有两种方法。一是地基承载力设计值的直接确定法，它是根据地基承载力标准值按照有关规范通过深度和宽度的修正得到承载力设计值，并采用原位试验(如标惯试验、压板试验等)与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩土的特性。二是按照补偿式基础分析地基承载力。一般的建筑都设有地下室，施工时地下部分土体将被挖除，地基承载力可考虑结构自重减掉被挖出土体的重量，即地基附加应力。只要地基承载力大于附加应力，再考虑规范的提高系数，即满足设计要求，如果筏基底板适当向外挑出,则有更大的可靠度。
　　2天然筏板基础的变形计算
　　地基的验算应包括地基承载力和变形两个方面，尤其对于高层或超高层建筑，变形往往起着决定性的控制作用。目前的理论水平可以说对地基变形的精确计算还比较困难，计算结果误差较大，往往使工程设计人员难以把握。有时由于计算沉降量偏大，导致原来可以采用天然地基的高层建筑，不适当地采用了桩基础，使基础设计过于保守，造价提高，造成浪费.。变形计算一般采用各向同性均质线性变形体计算模型，用分层总和法计算。而计算出的自由沉降量往往同实测的地基变形量不同，这是受多种因素的影响造成的。主要原因是利用公式计算的建筑物沉降量只与基础尺寸有关，而实测沉降量已受到上部结构与基础刚度的调整，采用筏板基础的高层建筑物，由于其荷载大、基础宽，因而压缩层深度大，与一般多层建筑物不同，地基不是均一持力层，因此应用规范地基变形计算与实际就会有一定的差别。
　　3筏板基础的结构设计
　　筏板基础的主要结构形式有平板式筏基和梁板式筏基，包括等厚度或变厚度底板和纵横向肋梁。一般情况下宜将基础肋梁置于底板上面，如果地基不均匀或有使用要求时，可将肋梁置于板下。框架柱位于肋梁交点处，在具体筏基设计时应着重考虑如下问题：
　　(1)应尽量使上部结构的荷载合力重心与筏基形心相重合，从而确定底板的形状和尺寸。当需要将底板设计成悬挑板时，要综合考虑上述多方面因素以减小基础端部基底反力过大而对基础弯距的影响；
　　(2)底板厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定。柱网间距较大时可在柱间设置加强板带(暗梁加配箍筋)来提高抗冲切强度以减少板厚，决定板厚的关键因素是冲切，应对筏基进行详细的冲切验算；
　　(3)无肋梁筏板基础的配筋可近似按无梁楼盖设柱上板带和跨中板带(倒楼盖法)的计算方法进行，精确计算可用有限元法。对梁式筏基，当肋梁高度比板厚大得较多时，可分别计算底板和肋梁的配筋，即底板以肋梁为固定支座按双向板计算跨中和支座弯矩，并适当调整板跨中和支座的配筋；
　　(4)构造配筋要求：筏板受力筋应满足规范中0.15%的配筋率要求，悬挑板角处应设置放射状附加钢筋等。设计人员往往配置受力钢筋有余,构造钢筋却配置不足。
　　对于有限元计算筏板，现在有许多程序可以进行设计，以国内广泛应用的PKPM的JCCAD为例简单介绍。如果用户要采用地基梁元法计算，务必要在需要的轴线上及板边界的网格线上布置肋梁，，墙下筏板要将墙作为等宽度折算梁输入，柱下平板要在柱网轴线适当的位置上布置板带，否则将不能形成弹性地基梁的数据，或有些边界梁将缺乏边界板挑出长度信息，从边界梁到挑出板的边界这一段的配筋将无法用程序设计。对于板元法则无此要求，但采用板元法计算，还要进行交互配筋设计和绘制板筋施工图时，则应设置梁或板带。
　　a.地基梁
　　该菜单用于输入各种钢筋混凝土基础梁，包括普通交叉地基梁，有桩无桩筏板上的肋梁，墙下筏板上的墙折算梁，桩承台梁等。布置方法是先定义梁类型，然后用多种布置方式沿网格线布置。如梁有偏心，在布置前先用“参数设置”菜单设置偏心距。梁如要挑出，应现在“网格输入”菜单重补充网格线，然后在此输入。对于不同的梁，计算方法不同，梁类型定义输入的参数略有不同，除按弹性地基梁元法计算的肋梁只需输入肋宽，梁高两个参数外（梁的其他参数都输入也不影响正常运行），其他两应输入全部的参数。特别是板元法计算时，梁应设置一定的翼缘宽度，翼缘的厚度取板厚，梁高按实际高度。否则梁的刚度过小回导致梁的内力配筋过小，而板的相应位置的配筋过多。当采用弹性地基梁元法计算时，梁式基础的肋宽、梁高、翼缘根高、翼缘边高四个参数按实际情况填写，翼缘宽度可按上部荷载的比例任意设定若干种截面类型（但应比梁肋宽些）。在程序运行“退出”菜单时会自动将平均设计反力与计算出的地基承载力比较，并询问用户是否输入一个新的地基承载力/平均设计反力的比值，如是，程序将按目前梁翼缘宽度的相对比例，同步扩大或缩小各种梁截面类型的翼缘宽度，从而调整底面积大小达到地基承载力/平均设计反力的比值的预定值要求。对带肋板式基础按按实际情况填写肋宽、梁高两个参数，其他参数可不填写。程序在进行梁元法计算时的梁翼缘根高和边高由板厚确定。梁的翼缘宽度取值方法是将房间面积除以周长，得出的值作为周边梁的一侧翼缘宽，最后将两侧的翼缘宽相加就得到梁底总宽度。按这种方法计算出的总反力与总荷载是平衡的。对墙下筏板基础可以采用梁截面定义法、也可采用[墙下布梁]菜单自动布置。墙下布梁方法布置的梁高与板厚相同，一律沿轴线居中布置。梁截面定义方法布置与带肋板式基础相同，只是将墙作为板肋处理，此时肋宽取墙厚度，梁高可按非墙下梁高度取，或取用户认为适当的值。对于化成板带的平板基础，板带无须定义，程序可自动升板结构规范确定板带总宽度、柱下板带宽度和跨中板带宽度。一般而言，弹性地基梁基础，墙下都要布梁，如果没有布梁，也应该点一下“墙下布梁”菜单，这样程序将自动生成一个与墙同宽、梁高等于板厚的砼梁。如果不布置梁，也应该布置板带。[!--empirenews.page--]
　　b.柱下平板与板带
　　柱下平板基础按弹性地基梁元法计算所必须运行，若采用板元计算平板时，最好也布置板带，这样可以使用板钢筋交互设计和绘制板筋施工图。板带布置时无须定义，可采用多种方式沿柱网轴线布置。采用该方法计算应注意遵守规范有关的要求（一般柱网应正交，柱网间距相差不宜太大）。板带布置的位置是一个较重要的问题，位置不同可导致配筋的差异。布置原则是将板带视为暗梁，沿柱网轴线布置，但在抽柱位置不应布置板带，以免将柱上板带布置到跨中。
　　4结束语
　　高层建筑基础选型是整个结构设计中的一个重要组成部分，直接关系到工程造价、施工难度和工期，因此应认真研究场地岩土性质和上部结构特点，通过综合技术经济比较确定。高层建筑的基础选型应因地制宜，除基础应满足现行规范允许的沉降量和沉降差的限值外，整体结构应符合规范对强度、刚度和延性的要求。选用筏板基础不是绝对的，而安全可靠、经济合理才是基础选型的标准。
　　
　　参考文献
　　1 建筑地基基础设计规范GB50007-2002
　　2 建筑桩基技术规范JGJ94-2008
　　3 混凝土结构设计规范GB50010-2002
　　4 北京地区建筑地基基础勘察设计规范DBJ11-501-2009

《筏板基础设计》

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