韓永雷，陳 奕

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100034）

淺析獨立柱基加防水板在工程實際中的應用

韓永雷，陳 奕

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100034）

獨立柱基加防水板是近年來新發(fā)展的一種擴展基礎形式，但還未列入相應基礎設計規(guī)范，筆者綜合相關文獻，總結了獨立柱基加防水板受力特點和受力分析，分析比較了目前常用的設計方法、構造措施；采用工程實例分不同工況進行了設計計算。

獨立柱基；防水板；工程設計

0 引言

獨立柱基加防水板是近年來伴隨基礎設計與施工發(fā)展而形成的一種新型的基礎形式，多用于大面積的地下車庫及有地下室的多層框架和高層的裙房，特別是在較好地基土上。這種基礎傳力簡單、明確且經(jīng)濟性較好；當?shù)叵滤惠^低時，該基礎形式的經(jīng)濟性則更為突出；因此其工程應用日益普遍。

傳統(tǒng)的帶有地下室的建筑，基礎形式一般有梁板筏基、板式筏基、設柱帽筏基、十字交叉梁板基礎、樁筏基礎等，這些基礎多用于土質(zhì)不良、承載力較低的土層以及高層建筑中。多層框架或高層裙房，上部荷載較小，在地基承載力較好的情況下多采用獨立柱基加防水板的基礎形式，節(jié)約造價，同時傳力簡單明確，方便施工。

1 受力特點及計算分析

目前，獨立柱基加防水板的基礎形式并沒有明確的規(guī)范給出設計方法，因此許多學者給出了不同的受力特點，筆者總結這些受力形式主要可分為兩大類。

1.1 獨立柱基與防水板共同受力

如圖1所示，獨立柱基加防水板的基礎形式類似于筏板基礎，獨立柱基礎部分相當于為滿足基礎抗沖切的需要而設置的變厚板。如果用無梁樓蓋及倒樓蓋的概念來理解該基礎形式則更為恰當。但是考慮到地基的傳力與防水板自身的剛度有很大關系，因此該受力形式在承擔地基反力部分具有不確定性。

圖1 獨立柱基與防水板共同受力

在計算分析時應按照變厚的筏板采用彈性地基梁板分析程序進行計算，考慮到防水板的厚度一般較薄，因此尚需根據(jù)獨立基礎和防水板之間的變形協(xié)調(diào)，來分配兩者的地基反力。由于這種模型屬于筏板基礎，受力復雜，并且混凝土和鋼筋用量較多，偏離了采用獨立基礎加防水板基礎形式的初衷，因此在工程設計中應用較少。

1.2 獨立柱基單獨承受地基反力

由于不考慮防水板承受地基反力，傳力途徑比較明確。獨立柱基礎和防水板可單獨進行分析，上部結構的荷載只傳給獨立基礎，防水板只承受水壓力，不承受地基反力，為實現(xiàn)這一假定，需在防水板底鋪設軟墊層，如圖2所示。

圖2 不考慮防水板承受地基反力

采用該種基礎形式受力明確，獨立柱基和防水板可分開計算，并且混凝土和鋼筋用量較省，工程設計中應用較多，筆者采用了此種設計方法。

1）獨立基礎承受上部建筑傳來的全部荷載，當水浮力大于防水板自重（含板上覆土和建筑做法）時，需考慮防水板傳給獨立基礎的凈水浮力。這部分應力分擔了獨立基礎的凈反力，但會以線荷載的形式傳給獨立柱基的四周，影響基礎的彎矩，不能忽視。

2）防水板主要承受本身自重，板上覆土、面層，以及地下水浮力，如果水位變化幅度較大，防水板又可分為兩種受力情況：

（1）當?shù)叵滤惠^低時，防水板不承受水浮力或承受較小的水浮力，即水浮力小于等于防水板自重及上覆土面層做法時，獨立基礎承受地基反力，防水板及上覆土面層做法等荷載直接傳于地基上，此時認為防水板對基礎沒有影響。

（2）當?shù)叵滤惠^高時，防水板受到較大的水浮力影響，水浮力大于防水板自重及上覆土面層做法時，防水板會將凈水浮力轉(zhuǎn)化為獨立柱基周邊的線荷載，在獨立柱基底部產(chǎn)生一個附加的彎矩，影響獨立柱基底板的配筋。

2 設計方法

2.1 防水板設計

由于防水板主要承受水浮力的作用，因此防水板的計算模型可采用無梁樓蓋模型。

防水板的計算劃分為柱下板帶和跨中板帶，如圖3所示。采取經(jīng)驗系數(shù)法，首先確定在豎向荷載作用下X、Y方向的總彎矩，然后乘以相應截面的經(jīng)驗系數(shù)，即可求得相應截面的彎矩值。

對X方向板帶的總彎矩設計值為：

對Y方向板帶的總彎矩設計值為：

式中：q——相應于荷載效應基本組合時，豎向荷載設計值；

lx、ly——等代框架梁的計算跨度，即柱子中心線之間的距離；

a——獨立基礎在計算彎矩方向的有限寬度。

2.2 獨立柱基設計

基礎的設計可采用包絡設計的思想，取以下兩種情況的較大值進行基礎的配筋計算。

圖3 防水板板帶劃分

表1 柱下板帶和跨中板帶彎矩分配系數(shù)[1]

1）當水浮力≤防水板自重時，防水板對基礎沒有影響，按照《建筑地基基礎規(guī)范》[2]普通獨立基礎進行設計配筋。

2）當水浮力>防水板自重時，防水板的凈水浮力qwj會傳給基礎，轉(zhuǎn)化為基礎周邊的線荷載qej和線彎矩mej。

式中：ax、ay——獨立柱基X、Y向的邊長，m；

圖4 防水板傳給獨基的等效荷載

表2 防水板的平均固端彎矩系數(shù)[1]

獨立柱基基底反力的計算，需要扣除防水板水浮力的影響，然后進行普通獨立柱基下內(nèi)力計算，最后基礎底板的配筋采用防水板對基礎的附加內(nèi)力與基礎底板自身內(nèi)力疊加的彎矩設計值來計算。

3 工程實例

3.1 工程概況

某市軌道交通工程車輛基地運用庫附屬用房，長131.4 m，寬24.8 m，建筑高度8.4 m，建筑面積4 889.81 m2，中間設置3處變形縫；地上2層，局部3層，無地下室，結構形式采用框架結構，基礎形式為獨立柱基。根據(jù)使用要求建立變電所夾層，為局部地下室，結構安全等級為二級，抗震設防類別為乙類，設防烈度7度，地震加速度0.1 g，地面粗糙度類別B類，地震分組第二組，建筑場地類別Ⅱ類。柱截面500 mm×500 mm，柱網(wǎng)6 m（lx）× 6.9 m（ly），基礎面積為4 m×4 m，地基承載力170 kPa，混凝土強度等級為C30，鋼筋為HRB400級，柱底軸向力設計值為N=2 577.5 kN，地下室水位高出防水板底1.5 m。

經(jīng)計算，獨立柱基可滿足設計要求，同時，因存在局部地下室，如采用筏板基礎，局部筏板則受力不明確，而且可能會產(chǎn)生不均勻沉降；整體筏板又造成浪費，因此局部地下室基礎形式采用了獨立柱基加防水板的基礎形式。

3.2 防水板設計

1）防水板荷載的計算。

防水板及其面層做法重量標準值為：

防水板的水浮力標準值為：

在地下水浮力控制的內(nèi)力組合時，防水板的荷載設計值為：

2）防水板的配筋計算。

根據(jù)公式（1）（2），防水板在X、Y方向總彎矩設計值為Mx=137.14 kN·m，My=192.34 kN·m?，F(xiàn)以My為例根據(jù)表1可得出各個截面的彎矩設計值，求得配筋值。

表3 柱下板帶和跨中板帶彎矩值和配筋

防水板除滿足計算配筋外，還應該滿足最小配筋率，綜合考慮防水板取雙層雙向三級鋼12@150，同時為實現(xiàn)防水板不承受地基反力，在防水板下鋪設100厚的聚苯板。

3.3 基礎設計

1）防水板傳給獨立基礎的等效荷載計算。

根據(jù)公式（3）求得基礎周邊的線荷載為qej≈22.72 kN/m，根據(jù)公式（4）及表2可近似求得me≈11.26 kN·m/m。

2）獨立柱基基礎底板彎矩計算。

上部結構傳給基礎的平均凈反力為pj=N/A= 2 577.5/（4×4）=161.1 kN/m2。

（1）當水浮力小于等于防水板自重時。

根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》公式（8.2.11-1）可計算基礎柱邊緣截面的彎矩。

（2）當水浮力大于防水板自重時。

基底凈反力應扣除水浮力部分的影響，即：

由防水板引起的基礎底板彎矩為：

由基底凈反力引起的底板彎矩為：

基礎柱邊緣截面總彎矩為：

M1=M11+M12=204.08+582.71=786.79 kN·m（12）

3）基礎底板配筋計算。

根據(jù)以上兩種情況計算出來的彎矩值，選用水浮力大于防水板自重的情況進行配筋計算，根據(jù)地基規(guī)范公式（8.2.12）As=M/（0.9fyh0）進行計算得As=3 736 mm2，按照最小配筋率來計算得As，min= 0.15%×4 000×700=4 200 mm2，因此基礎底板配筋按照最小配筋率來控制，實配三級鋼14@150。

4 結語

獨立柱基加防水板的基礎形式適用于帶地下室的多層框架或高層裙房結構，本文主要介紹了設計方法，同時以工程實例介紹了設計計算過程：當水位較高時，不應忽略防水板對基礎底板的影響，實例顯示考慮防水板的影響與否計算得出基礎柱邊緣截面的彎矩值分別為和，可見這種基礎形式不可忽略防水板的影響；同時，為了實現(xiàn)防水板只承受水浮力不承受地基反力，在防水板下鋪設一定厚度的聚苯板。

[1]朱炳寅.獨基加防水板基礎的設計[J].建筑結構，2007（07）.

[2]GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011．

TU982.2

A

1673-1093（2015）03-0075-04

韓永雷，現(xiàn)就職于北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.03.018

2014-12-26；

2015-01-03