高层建筑筏板基础选型分析
发表时间：2016-10-17T17:17:00.110Z 来源：《基层建设》2016年12期作者：莫剑国[导读] 摘要：基础选型在整个建筑结构设计中占重要地位，合理的基础选型不仅可以节约造价，还能缩短工期。
本文根据实际工程案例，对不同的筏基形式进行分析，选取最为经济合理的基础。
深圳市建筑设计研究总院有限公司摘要：基础选型在整个建筑结构设计中占重要地位，合理的基础选型不仅可以节约造价，还能缩短工期。
本文根据实际工程案例，对不同的筏基形式进行分析，选取最为经济合理的基础。
关键词：高层建筑；基础选型；筏板一、工程概况
某建筑面积约为6300m2，抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度 0.05g，场地类别为Ⅱ类；特征周期 Tg 为 0.35s，结构体系为框架结构，抗震等级为三级。
地下室顶板覆土为800～1400mm，±0.000相当于绝对标高+200.400，室内外高差0.50m。
塔楼为两栋小高层住宅，层高为3m。
二、工程地质
根据地勘报告，结构设计地下水位较低（黄海高程为+ 197.000），场内分布有1～2m 杂填土，杂填土底下有6～8m 粉质粘土，其地基土承载力特征值为fak =200KPa（粉质粘土底下无软弱层）。
为了节约造价，采用筏板基础的基础形式，不建议采用桩基础。
根据地勘报告，设计拟采用四种不同形式的筏板基础方案：（1）方案一：采用无梁筏板方案：小高层住宅采用 1300mm厚无梁筏板，单层商业及纯地下室采用 750mm 厚无梁筏板；（2）方案二：采用梁板式筏板和无梁筏板方案：小高层住宅采用梁板式筏板，筏板厚度为 600mm；单层商业及纯地下室采用750mm 厚无梁筏板；（3）方案三：采用梁板式筏板和无梁筏板（加柱墩）方案：小高层住宅采用梁板式筏板，筏板厚度为 600mm；单层商业及纯地下室采用 350mm 厚无梁筏板（加柱墩）；（4）方案四：采用梁板式筏板和独基加防水板方案：小高层住宅采用梁板式筏板，筏板厚度为 600mm；单层商业及纯地下室采用柱下独基加防水板。
三、基础设计方案比较本项目两栋小高层住宅与地下车库在地下室底板合为一体，基础底板受力情况复杂。
由于地下水位较低，施工时可采取降水措施（地下室顶板及覆土完成后方可停止降水），且在使用期间其上部恒载总重大于水浮力，故可不考虑地下水浮力的影响。
单层商业及纯地下室部分，上部结构荷载（含顶板及覆土）产生的附加应力与土自重产生的应力相差不大，因而理论上沉降S=0。
由于小高层住宅部分产生的附加应力较大，所以理论上小高层与单层商业和纯地下室有沉降差存在，故计算时需考虑其沉降差的影响。
（1）采用无梁筏板方案底板设计采用无梁筏板方案。
由于筏板钢筋配筋量大部分是构造配筋，在柱底下的钢筋用量明显较大，筏板厚度由冲切计算控制，为满足冲切计算要求，筏板板厚较厚。
板厚分两种：单层商业和纯地下室筏板厚度为 750mm，小高层住宅下筏板厚度为1300mm。
底板大范围配筋量为：750mm厚的筏板配筋为 1500mm2，1300mm厚的筏板配筋为 2600mm2。
经过计算，小高层住宅下的筏板钢筋用钢量大约为 85t/m2，混凝土用量每平米约为1.3m3；单层及纯地下室下的筏板钢筋用钢量大约为 50t/m2，混凝土量每平米约为0.75m3。
（2）采用梁板式筏板和无梁筏板方案因采用第一种方案，小高层住宅底下筏板板厚较厚（1300mm），筏板钢筋配筋量大部分是构造配筋，在柱底下的钢筋用量明显较大，筏板板厚由冲切计算控制。
为了减少筏板板厚及钢筋用钢量和增加小高层住宅基础的整体性，故将小高层住宅底下无梁筏板基础改用梁板式筏板基础的型式，这样柱底冲切计算局部由地基梁来承担，以减少筏板厚度和钢筋用量；单层商业和纯地下室部分还是采用方案一的无梁筏板型式。
板厚分两种，单层商业及纯地下室筏板厚度为 750mm，小高层住宅下筏板厚度为 600mm；地基梁截面尺寸均采用统一截面 800mm×1200mm，地基梁布置如（图1）所示：
图1地基梁布置图
图 2 柱墩布置示意图
底板大范围配筋量为：750mm厚的筏板配筋为 1500mm2，600mm厚的筏板配筋为 1200mm2。
经过计算，小高层住宅下的筏板钢筋用钢量大约为 40t/m2，混凝土用量每平米约为0.6m3；单层商业及纯地下室下的筏板钢筋用钢量大约为50t/m2，混凝土量每平米约为
0.75m3；
对小高层住宅基础采用梁板式筏板和无梁筏板进行对比可发现，混凝土用量平均每平米减少 0.7m3，用钢量平均减少45t/m2，大大节省了基础造价费用。
（3）采用梁板式筏板和无梁筏板（加柱墩）方案
方案二中单层商业及纯地下室下筏板厚度为 750mm，小高层住宅下筏板厚度为 600mm，从结构方案上来看筏板厚度分配显得不是很合理，且单层商业及纯地下室用钢量较大，故有必要对此部分的筏板方案进行优化。
方案三是在方案二的基础上对单层商业和纯地下室下筏板基础进行优化。
因筏板配筋大部分是构造配筋，在柱底下的钢筋用量明显较大，筏板厚度同样由冲切要求来控制。
故为了减小筏板厚度和钢筋用量，提出了采用无梁筏板加柔性柱墩的型式。
《建筑地基基础设计规范》第 8.4.7 条第二款规定：当柱荷载较大，等厚度筏板的受冲切承载力不能满足要求时，可在筏板上面增设柱墩或在筏板下局部增加板厚或采用抗冲切钢筋等措施满足受冲切承载力要求。
在JCCAD里面中，定义了三种柱墩形式，其尺寸分别为2400mm×2400mm× 300mm，2700mm×2700mm×300mm，
3000mm×3000mm×400mm，且单层商业和纯地下室筏板厚度改为 350mm，计算结果显示筏板厚度符合抗冲切要求，柱墩结构方案布置图如（图 2）所示：
单层及纯地下室底板大范围配筋量为：350mm厚的筏板配筋为 700mm2。
钢筋用钢量大约为 30t/m2，混凝土量每平米约为 0.35m3；
对单层店面和纯地下室下筏板基础型式采用方案三与方案二进行对比可发现，筏板厚度减小400mm，钢筋用钢量减少为20t/m2，混凝土量每平米减少0.4m 3，大大节省基础造价费用。
（4）采用梁板式筏板和独基加防水板方案
本方案是在方案二的基础上对单层商业及纯地下室下筏基型式进行修改，为与方案三的基础型式进行比较，本方案采用独立基础加防水板方案。
独立基础尺寸从 1600mm×1600mm到3600mm×3600mm之间变化，基础高度大部分是 600mm，局部基础高度为650mm。
独立基础平面布置图如（图3）所示：
图3 独基布置示意图
防水板单独采用水浮力模型计算，板厚按构造要求取300mm，计算出来防水板板配筋为600mm2，且独立基础之间还需用底板梁进行拉结。
经统计，采用独立基础加防水板方案，其钢筋用钢量大约为35t/m2，混凝土量每平米约为0.35m3，即与方案三相比，钢筋用量与混凝土用量相差不大，但是方案三施工比较方便，工期快。
四、沉降差
在 JCCAD 中对四种方案进行沉降试算，计算结果显示每种方案的沉降几乎相差不大：单层商业和纯地下室沉降量约为3mm，小高层住宅沉降量最高为10mm，两者之间的沉降差约为7mm，故可不设置沉降后浇带。
方案一沉降等高线如（图4）所示：。