柱帽式筏板基礎地下室結構設計問題研究

李成軍

摘要：柱帽式筏板基礎的應用方便了地下室的開發利用，擴展了建筑物的使用空間，但地下室的開發同樣面臨著復雜的結構設計問題。本文主要討論了地下室結構的設計內容和筏板基礎的優勢，并結合身邊的具體案例進行了分析。作于2019年4月，擔任下屬項目公司中交（青島）城鎮化建設投資有限公司成本部副經理。

關鍵詞：柱帽式筏板;基礎地下室;結構設計;優勢

隨著中國城市化的不斷推進，城市的可用土地面積將會越來越少。 為緩解土地壓力，擴展建筑物的使用空間，越來越多的帶地下室的建筑物出現，包括帶地下室的多層商場、高層寫字樓、超高層城市地標。

調研發現，現階段沿海一帶由于地下水位一般不低，高層建筑物的地下室進行基礎設計時，與其他基本形式相比，柱帽式筏基礎更常用。所謂柱帽式筏板基礎，按照常規的定義，指的是在受力柱與筏板連接處通過結構處理增設“柱墩”，它用于增加基礎的整體剛度，并增大筏板沖切承載力，以此解決因上部結構傳遞的荷載過大造成的筏板沖切承載力不足問題的一種基礎形式[1]。

柱帽式筏板基礎的應用方便了地下室的開發利用，擴展了建筑物的使用空間，但地下室的開發同樣面臨著復雜的結構設計問題。地下室與上部結構面臨的所處環境有著根本的區別，一旦設計不合理，將影響整個建筑物功能的發揮。因此，合理解決地下室設計中面臨的問題，做出有利于整個建筑物功能充分發揮的基礎設計具有重要意義。

本文主要探討了地下室結構的設計內容以及筏板基礎的優勢，并結合身邊的具體案例進行了分析。

一、建筑地下室結構的設計內容

（一）建筑地下室結構的設計難點

1 、施工圖紙設計的難點

施工圖紙是確保工程順利施工至完全竣工的重要依據，因此，應對施工圖紙進行嚴格管理，可以圍繞以下兩點展開：1.加強與設計院的溝通，在設計階段就要減少出現誤差的可能性，設計完成后，引入圖紙審查單位，加大審核力度，徹底避免設計錯誤;2. 加強施工現場管理人員技術培訓，確保管理人員在施工前充分了解圖紙，并能在施工時對施工人員進行指導。

2、 原材料的供應和質量管理

施工中沒有好的原材料，即使設計再完美，也不能充分發揮作用。在所有的工程施工中，材料的管理問題都不是一個小問題。為此，可圍繞以下三點展開：1.對材料供應商進行嚴格篩選，采用招標或者比選的競爭方式，從而選用信用好、實力強的供應商;2.原材料進工地前要進行驗收，建立材料與工程設備進場聯合驗收制度，檢驗結果符合規范要求方可入場，杜絕假冒偽劣產品。此外，所用混凝土的等級要符合設計規定并在使用前進行復試方可使用，做到從根源避免工程事故的發生。

（二）建筑地下室結構設計的主要內容

1、 抗滲及抗浮設計

地下室所處環境與上部結構完全不同，要考慮的因素很多，例如采光、通風以及地下水侵蝕等。對地下室而言，特別是混凝土結構，地下水中存在較多的氯離子和硫酸根離子，這些離子極易對其造成侵蝕，這可能導致結構損壞并縮短建筑物的使用壽命。此外，地下水會產生一些浮力，對建筑物的穩定性構成威脅。因此，防滲和防浮設計是地下室結構設計的重要組成部分。

防滲和防浮設計可考慮以下幾點：1.在滿足施工情況、設計規范的前提下，基坑底部要盡量高;2.可考慮加入抗拔樁，此方法可顯著提高建筑物基礎的抗浮性能，且應用廣泛、容易施工;3. 嚴格檢查混凝土結構的抗滲性，確保符合設計要求;4.做好地下室部分的防水設計，防水材料采用符合規范的產品。

2、 外墻結構設計

地下室外墻結構設計是地下室結構設計的核心因素之一，其設計要點主要包含荷載設計、截面設計以及配筋設計。荷載設計考慮內容如表1所示：

除表1所列荷載之外，在墻體設計時還應考慮地震對其造成的影響，地震時，墻體會產生內應力，進而影響墻體結構，但是由地震造成的內應力不易控制。因此，在進行墻體設計時，應以水平荷載控制為主，如果水平荷載與墻體垂直，會產生彎矩，有利于墻體配筋[2]。

地下室墻體直接與土體接觸，會產生側向土壓力，一旦側向土壓力形成，墻體將受永久荷載，特別是被動土壓力，對墻體極其不利。為充分減小墻體所受土壓力的影響，設計時應選擇靜止土壓力，同時通過試驗測定。此外，應對穩定水壓力及急劇變化水壓力進行判斷，分項系數取值如表2所示。

墻體在配筋時，依據雙向板進行配筋。

3、結構平面設計

在進行地下室設計時，要考慮盡量不設置變形縫，因為地下室直接與土體接觸，設置變形縫后，要對變形縫處做好嚴密的防水措施，這個過程可能很復雜，一旦處理不當，就會發生漏水。

4、抗震設計

地下室直接與基礎相連，其抗震設計至關重要，如果地下室抗震等級不夠，地震時可能先破壞，一旦地下室遭到破壞，其上部結構也隨之破壞，任其抗震等級再高，也無濟于事。為充分保證抗震設計，可從以下幾點考慮：1.施工圖審核時，嚴格要求，保證抗震等級達標;2.做好埋深處理，加強上部結構墻柱與地下室墻柱之間的協調性;3.保證地下室抗震等級與上部結構相同，防止地下室與上部結構緊密結合而產生不利影響[3]。

二、筏板基礎的優勢

筏板基礎主要用于地下水位較高的具有地下室的多層或高層建筑物，其主要優點如下：

（一）筏板基礎沉降量小，可以提高地基的承載力，特別是滿堂基礎，提高地基承載力的效果更加顯著;

（二）建筑物在施工和服役過程中，地基沉降時有發生，筏板基礎的整體剛度較大，可以很好的抵御地基沉降，保證建筑物功能的充分發揮;

（三）相對于樁基礎而言，筏板基礎投資較小，施工時間較短，且在施工過程中對周圍建筑物的影響較小;

（四）相對于樁基礎而言，筏板基礎在地震作用時有較好的抗滑穩定性，并且由于地下室的外墻作用，因此地下室的側向剛

度一般都大于上部結構與其相連層，具有更好的抗震性能[4];

（五）筏板基礎可增加對地下空間的利用，對寸土寸金的大城市而言極其重要，充分利用地下空間非常重要，特別是在需要大量空間使用的地方，例如： 地下停車場、地鐵車站。

三、案例分析

為充分了解柱帽式筏板基礎的特點，現結合具體案例進行詳細介紹。

山東省青島市即墨區景文化路一項目，擬建建筑物包括8棟高層住宅，附屬有商業設施，均設有地下車庫，地下層數1～2層不等。根據地質勘查情況，高層住宅采用筏板基礎。

該項目地層主要為：人工填土、沖洪積層。地基承載力特征值修正前后分別為fakq=170kPa、fakh=460kPa。筏板基礎主要有三種形式，分別是：梁板式、平板式及柱帽式，經對比分析發現，在本項目中柱帽式筏板基礎最合適，并在施工圖設計中采用。

在確定采用柱帽式筏板基礎此后，面臨的問題是采用向下突出柱帽式筏板基礎還是采用向上突出柱帽式筏板基礎，每種形式都有自己的優點和缺點。經研究決定選擇向下突出柱帽式筏板基礎。

該項目柱網規則，柱下方的荷載設計值變化較小，經研究決定：基礎所用筏板的厚度為145cm，柱帽厚度為70cm，并采用ABAQUS有限元軟件分析計算，結論如下：

（一）土體反作用力廣泛分布于筏形基礎與地基的接觸面處，以受力柱下方最大，兩受力柱正中心點處最小;

（二）地基土反作用力的集中程度隨地基土彈性模量的增大而增大。

從上述分析可以看出，在設計柱帽式筏板的基礎時，重點應放在柱下區域。 這些地方應增加配筋，至于兩柱帽間的筏板可做適當考慮，這些地方可適當減小配筋及板厚，從而達到減少土方量開挖，節省材料使用，降低施工成本的目的。

四、結語：

柱帽式筏板基礎廣泛應用于帶地下室的多層建筑物，其一方面可以充分抵御地基沉降，保證建筑物的整體穩定性;另一方面具有較好的抗震性能，保證建筑物及其內部人員的安全。此外，地下室的應用可充分擴展空間，提高建筑物的使用率。

參考文獻：

[1]王超，王麗霞，劉長武，李勃，張印.柱帽平板式筏形基礎與獨立基礎加防水板聯合基礎差異分析[J].吉林建筑大學學報，2016，33（04）：25-30.

[2]付臻瑜.建筑工程地下室結構設計要點探討[J].綠色環保建材，2019（01）：86.

[3]劉五峰.柱帽式筏板基礎地下室結構設計分析[J].建筑設計，2017，44（15）：26-27.

[4]李志剛，賈青霞.柱帽式筏板基礎[J].黑龍江科技信息，2009，4（15）：208.