平板式失穩(wěn)式灘板基礎的綜合經濟分析

1梁板式對象基礎的綜合經濟效應平板式板的基礎具有傳遞力路徑簡單、計算模型、計算假設與實際力學的距離、施工簡單、施工周期長、經濟合理等優(yōu)點。與傳統(tǒng)的梁板板基礎相比，平板式板板的綜合經濟效應非常明顯。雖然平板式筏板基礎在純地下室工程中的應用已經很廣泛,但是,在工程設計中存在著柱墩尺寸、筏板厚度偏大,選取的基床系數(shù)與地基條件和筏板的實際受力情況不相符,筏板配筋偏大,特別是柱墩的配筋偏大等設計不合理、不經濟的現(xiàn)象?；谝陨锨闆r,本文通過計算實例,對影響平板式筏板基礎內力、配筋的主要因素、變化規(guī)律和經濟性進行了詳細的分析。2基礎結構及內力計算實例為一層無人防地下室,8.4m×8.4m柱網(wǎng),地下室層高為3.8m,柱截面為0.6m×0.6m,地下室頂板為梁板式結構,除設置框架梁之外未設置次梁,頂板厚度為400mm。頂板上部景觀覆土厚度為1.2m,并考慮活荷載4.0kN/m2?；A形式為帶下柱墩的平板式筏板基礎,見圖1,基礎混凝土強度等級為C35,鋼筋為HRB400。為了便于分析比較,本文設定的條件是,平板式筏板基礎的內力主要由基底反力起控制作用,水浮力作用效應不起控制作用。并選取9×9跨筏板基礎進行了計算,對正中區(qū)域柱網(wǎng)的計算結果進行比較分析。3計算方法為了使計算假定及分析與筏板實際受力情況更接近,本文中的計算實例采用JCCAD筏板有限元軟件,并采用彈性地基梁法進行計算。4影響因素的選取由于影響平板式筏板基礎內力、配筋計算結果的因素比較多,且相互關聯(lián)。柱網(wǎng)尺寸、荷載大小、水文和工程地質條件、柱墩尺寸、筏板厚度、基床系數(shù)、有限元網(wǎng)格尺寸都是重要的影響因素。本文主要對相同柱網(wǎng)尺寸和相同層高以及相同頂板荷載作用條件下,其它因素的變化對筏板內力、配筋的影響分別進行了計算分析。4.1柱墩寬度的確定下柱墩的平面尺寸應不小于柱根沖切錐的范圍,下柱墩的平面尺寸還應滿足柱墩邊緣的沖切要求,在滿足沖切要求的前提下,為了考察柱墩寬度變化對筏板內力、配筋的影響,設定柱墩的總高度為0.8m,筏板厚度為0.4m,基床系數(shù)K=40000,分別計算了柱墩寬度為3.6m×3.6m、3.4m×3.4m、3.2m×3.2m、3.0m×3.0m、2.8m×2.8m、2.6m×2.6m情況下的筏板內力和配筋以及單方造價等,計算結果統(tǒng)計見表1。從表1中的計算結果可以看出,在筏板厚度確定的情況下,當柱墩寬度由3.6m×3.6m漸變至2.6m×2.6m時,柱墩底部彎矩、配筋計算值和筏板彎矩、配筋計算值都相應增大。但由于柱墩寬度逐步變小,柱墩底部鋼筋的長度也相應逐步變短,另外,筏板部分的配筋計算值雖然也逐步增大,但是都沒有大于筏板0.20%的最小配筋率,因此,筏板鋼筋含量還略有降低,筏板混凝土含量和單方造價的降低更明顯一些。4.2柱墩充填高度下柱墩的高度主要由柱的沖切要求確定,在滿足沖切要求的前提下,為了考察下柱墩高度變化對筏板內力、配筋的影響,設定柱墩的寬度為3.0m×3.0m,筏板厚度為0.4m,基床系數(shù)K=40000,分別計算了柱墩高度為1.0m、0.9m、0.8m情況下的筏板內力和配筋以及單方造價等,計算結果統(tǒng)計見表2。從表2中的計算結果可以看出,在筏板厚度確定的情況下,當下柱墩的高度由1.0m漸變至0.8m時,柱墩底部彎矩會相應減小,但由于截面計算高度減小,其配筋計算值相應增加的比較多,而筏板部分的彎矩、配筋計算值都相應的有所增大。由于下柱墩一般都采用“元寶形”,下柱墩高度逐步變小,下柱墩“元寶形”的斜坡部分的寬度也相應減小,相應減少了柱墩底部鋼筋的長度,另外,筏板部分的配筋計算值雖然也逐步增大,但是都沒有大于筏板0.20%的最小配筋率,因此,筏板鋼筋含量只是略有增加。由于筏板的混凝土含量降低的比較多,筏板單方造價的降低也比較明顯。4.3柱墩下板板厚度筏板的厚度主要由柱墩邊緣的沖切要求確定,同時還應滿足承載力、變形和抗?jié)B的要求。為了考察筏板厚度變化對筏板內力、配筋的影響,設定柱墩的寬度為3.0m×3.0m,柱墩的總高度為0.8m,基床系數(shù)K=40000,分別計算了筏板厚度為0.5m、0.45m、0.4m、0.35m、0.3m、0.25m情況下的筏板內力和配筋以及單方造價等,計算結果統(tǒng)計見表3。從表3中的計算結果可以看出,在下柱墩寬度和高度確定的情況下,當筏板厚度由0.5m漸變至0.25m時,柱墩底部彎矩、配筋計算值大小變化不大,差值很小,而筏板部分的彎矩都相應的減小,對于筏板部分的配筋計算值,除了柱墩板帶支座配筋計算值逐步增大之外,其余部位的筏板配筋計算值都是逐步減小。隨著筏板厚度的減小,筏板鋼筋含量、混凝土含量和筏板單方造價都有大幅度的降低。0.25m厚度的筏板比0.5m厚度的筏板造價減少了30%之多。4.4基床系數(shù)對基墩受力、配筋以及h地基土的基床系數(shù)K主要根據(jù)土的種類確定,地基土越密實、越堅硬,基床系數(shù)K越高,反之,地基土越松軟,基床系數(shù)K越低?；蚕禂?shù)K是基礎設計中非常重要的一個參數(shù),因為它的大小直接影響到基底反力的大小和分布,對筏板內力的影響也比較大。由于純地下室的柱網(wǎng)尺寸一般都比較大,如本算例中的8.4m×8.4m,而且平板式筏板基礎的厚跨比都比較小,相應的基礎剛度也就比較小。如果基床系數(shù)K越高,柱墩下部的基底反力越大,而筏板跨中區(qū)域的基底反力則越小,柱墩底部的彎矩和筏板的正負彎矩都相應的減小。為了考察基床系數(shù)變化對筏板內力、配筋的影響,設定柱墩的寬度為3.0m×3.0m,柱墩的總高度為0.8m,筏板厚度為0.3m,分別計算了基床系數(shù)K=20000、K=40000、K=60000、K=80000、K=100000、K=120000情況下的筏板內力和配筋以及單方造價等,計算結果統(tǒng)計見表4。從表4中的計算結果可以看出,在下柱墩寬度和高度以及筏板厚度確定的情況下,當基床系數(shù)由K=20000漸變至K=120000時,柱墩底部彎矩、配筋計算值和筏板彎矩、配筋計算值都相應減小。隨著基床系數(shù)的提高,筏板鋼筋含量和筏板單方造價都有大幅度的降低?；蚕禂?shù)K=120000時對應的筏板造價只相當于基床系數(shù)K=20000時筏板造價的90%。4.5獨立基礎加防水板的經濟性對于天然地基承載力較高,同時作用在底板上的水浮力標準值較小的情況(比如筏板自重就能平衡水浮力標準值),可以采用獨立基礎加防水板的做法,也可以采用帶下柱墩的平板式筏板基礎,通過確定合適的柱墩平面尺寸和高度以及合理的底板厚度,并選取比較高的基床系數(shù),可以使平板式筏板基礎的經濟性與獨立基礎加防水板的做法相當,甚至更節(jié)省。為了考察帶下柱墩的平板式筏板基礎與獨立基礎加防水板做法的經濟性差異,設定柱墩的寬度為2.8m×2.8m,柱墩的總高度為0.75m,筏板厚度為0.3m,分別計算了基床系數(shù)K=80000、K=100000、K=120000情況下的筏板內力和配筋以及單方造價等;計算獨立基礎時設定的條件是,地基承載力特征值為fak=240kPa,防水板的厚度為0.3m,其余條件同筏板基礎,計算結果統(tǒng)計見表5、表6。從表5、表6中的計算結果可以看出,雖然筏板基礎比獨立基礎加防水板的鋼筋含量略高一點,但筏板基礎比獨立基礎加防水板的混凝土含量要低16%,單方造價相應的低了5.5%～7%。如果計入獨立基礎加防水板做法中防水板下部緩沖層(聚苯乙烯板)的造價(至少10元/m2),筏板基礎可以比獨立基礎加防水板的單方造價節(jié)省8%～10%。5基床系數(shù)和基板厚度對基礎造價的影響通過對影響純地下室平板式筏板基礎經濟性相關因素的分析,并通過對平板式筏板基礎與獨立基礎加防水板做法經濟性的分析,可以得到以下幾點結論:1)在抗沖切滿足要求的前提下,減少柱墩的寬度和高度,可以降低筏板基礎的單方造價。2)在抗沖切、受彎承載力、變形和抗?jié)B及構造滿足要求的情況下,盡量減少筏板的厚度可以大幅度降低筏板基礎的單方造價。3)隨著基床系數(shù)的提高,筏板單方造價的降低也是比較明顯的。當?shù)鼗撩軐崱杂?地基承載力較高的情況下,應選取與地基條件對應