基础加防水板设计初探
张程;宋慧颖
【摘 要】结合工程实例对基础加防水板的设计过程进行说明,针对常见问题提出解决方法.
【期刊名称】《建筑设计管理》 【年(卷),期】2011(028)010 【总页数】4页(P68-71) 【关键词】基础;防水板;设计 【作 者】张程;宋慧颖
【作者单位】中国建筑东北设计研究院有限公司,沈阳 110006;中国建筑东北设计研究院有限公司,沈阳 110006 【正文语种】中 文 【中图分类】TU352.4 0 引言
图1 基础加防水板基础形式
随着地下建筑的广泛应用，基础加防水板的基础形式得到了越来越多的重视及应用。其较箱型基础有更大的使用空间；较筏形基础受力更简单明确，易于施工，造价低廉。多应用于带地下室的框架结构及高层建筑的裙房部分。 1 受力分析
(1)基础加防水板基础受力应分两部分，即柱下基础及与其相连的防水底板。基础受到上部建筑物通过柱传来的荷重N并传给地基，同时考虑水浮力作用在防水板上时对其的影响。
(2)防水板主要承受自身重量Gs，板上覆土、建筑做法、面层等荷载Gp，以及水浮力Gw。可不考虑防水板所受地基反力 (可采取一定构造措施实现，见下文)。由于地下水位不断变化，对基础受力产生影响，应分为两种情况进行受力分析： ①当水浮力不大时，即Gw≤Gs+Gp时，基础承受全部基底反力。 ②当水浮力较大时，即Gw＞Gs+Gp时，防水板受水浮力影响分担部分基础反力，同时，增大了基础底部弯矩，而基底反力随水浮力增大而减小 (以上荷载均为荷载效应基本组合后的设计值)。
此处应当指出：首先，不应将基础及防水板分为两个不相干的部分分别计算，应根据荷载情况考虑两者之间的相互影响；其次，不宜将此基础形式视为变厚度筏板分析设计，造成受力分析复杂，不经济，造价高。 2 计算方法 2.1 防水板计算
(1)可将防水板简化为以基础为四角支撑的双向板，支撑长度与基础尺寸有关。
(2)防水板设计荷载包括重力荷载，即板自重，板上附加恒荷载；活荷载；以及板下水浮力。
图2 基础加防水板基础受力特点
(3)荷载组合系数中，水浮力分项系数可按地下水位高低变化的幅度大小来确定： ①当地下水位变化的幅度较大时，水浮力分项系数可取为1.4； ②当地下水位变化的幅度不大时，水浮力分项系数可取为1.35。
(4)防水板的计算分析可采用复杂楼板分析软件计算，也可按无梁楼盖模型模拟其
受力计算。
按无梁楼盖双向板经验系数法计算时，需计算竖向荷载作用下板双向弯矩，再按经验系数分配到板带。此处读者可参阅无梁楼盖相关设计资料、文献，本文不再详述(参考文献[1])。
图3 防水板传给基础的等效荷载 2.2 基础计算
基础加防水板基础中，基础的计算较普通柱下基础多考虑了地下水浮力作用下防水板的影响。此时应分为两种情况分别计算后，取较大内力作为设计依据：
当Gw≤Gs+Gp时，此时可不考虑水浮力影响，计算同普通基础； 当Gw＞Gs+Gp时，需考虑水浮力控制作用下防水板对基础受力影响。将防水板支撑反力向防水板与基础交界线处简化为等效线荷载及弯矩。 3 构造要求
(1)为实现防水板不受地基反力假定，需采取在防水板下铺设软垫层的构造措施。软垫层一般采用20 mm厚聚苯板，其不但具有一定的承载能力、变形能力，而且价格低廉，施工方便等特点。
(2)防水板厚度不应过大，按地下建筑防水要求，防水板厚度不应小于250 mm。混凝土强度不应低于C25；双层双向配筋，钢筋间距不应大于200 mm，最小配筋率0.15%。
(3)基础构造应满足GB5007—2002《建筑地基基础设计规范》的相关要求。 4 工程实例 4.1 工程概况
某商场，地下1层，地上3层，框架结构，柱截面700 mm×700 mm，轴网8.1 m×8.1 m。基础采用基础加防水板，混凝土强度C30，钢筋HRB400级，柱
底轴压力设计值为N=5 150 kN，土的平均重度γ=20 kN/m2，地下水位高出地下室1.8 m。防水板下设聚苯板软垫层，厚度50 mm。 图4 基础加防水板基础布置图 4.2 计算步骤 4.2.1 防水板荷载计算
防水板自重及其上土重标准值为： qs1=γG=25×0.3+20×0.9=25.5 kN/m2 防水板的水浮力标准值：
qsw=ρgh=1.0×10×(1.2+1.8)=30 kN/m2
地下水浮力大于防水板自重及其上土重，因此需将防水板支撑反力向防水板与基础交界线处简化为等效线荷载及弯矩。
在地下水浮力控制的内力组合时，防水板的荷载设计值为： qwj=1.4×30-1.0×25.5=16.5 kN/m2 4.2.2 防水板按无梁楼盖设计
Mx=My=[qly(lx-2bce/3)2]/8=[16.5×8.1(8.1-2×4/3)2]/8=493.3 kN·m 按无梁楼盖分配系数确定各截面弯矩及配筋(见表 1)。
按防水板最小配筋率计算单位板宽构造钢筋面积为As=0.15%×1 000×300=450 mm2。柱下板带底面配HRB400级钢筋12@150(As=754 mm2＞737.3 mm2)其余均按构造配筋，HRB400级钢筋直径10@150(As=524 mm2)
表1 防水板各截面弯矩及配筋柱下板带 跨中板带弯矩/(kN·m)配筋/(mm2/m)弯矩/(kN·m)配筋/(mm2/m)边支座截面负弯矩 162.8 460.4 19.7 —端跨 跨中正弯矩 128.3 355.6 108.5 297.5第一内支座截面负弯矩 246.7 737.3 83.9 227.0支座截面负弯矩 246.7 737.3 83.9 227.0跨中正弯矩 88.8 240.9 74.0 199.2截面位置内跨
4.2.3 防水板传给基础的等效荷载计算
根据文献[1]中公式计算得到防水板传给基础的等效荷载： 线荷载：
qe=[qwj(lxly-axay)]/[2(ax+ay)]=[16.5×(8.1×8.1-4×4)]/[2(4+4)]=51.16 kN/m 线弯矩：
me≈kqwjlxly=0.025×16.5×8.1×8.1=27.06 kN·m/m 4.2.4 基础基底反力计算 基础平均基底净反力值： pj=N/A=5 150/(4×4)=322 kN/m2 扣除防水板分担后的基底平均净反力： pj=322-51.16×4×4/(4×4)=270.84 kN/m2 4.2.5 基础弯矩计算
(1)当考虑防水板抗水浮力引起基础附加荷载时，基础弯矩分为两部分： 一是由防水板抵抗水浮力引起的弯矩：
M11=[51.16×(4-0.7)/2+27.06]×4=445.9 kN·m； 二是有独基底平均净反力引起的弯矩：
M12=(1/6)a12[(2l+a)pj]=(1/6)(2-0.35)2[(2×4+0.35)×270.84]=1 026.2 kN·m 总基底弯矩：
M1=M11+M12=445.9+1 026.2=1 472.1 kN·m
(2)当不考虑防水板所受水浮力时，基础弯矩仅由基底反力引起：
M1=(1/6)a12[(2l+a)pj]=(1/6)(2-0.35)2[(2×4+0.35)×322]=1 117.7 kN·m＜1 472.1 kN·m
4.2.6 基础基底配筋设计
As≈M1/0.9h0fy=(1 472.1×106)/(0.9×850×360)=5 345 mm2
实配HRB400级钢筋16@150，即4 m宽基础放置27根直径16 mm钢筋(实配配筋面积5 427 mm2＞5 345 mm2)。 5 结语
以上简单介绍了关于基础加防水底板的设计方法，应当注意，当考虑防水板受水浮力时，防水板将传给基础附加荷载，而引起基础弯矩增大，使得其配筋增大。因此，当有水浮力作用在基底时，不应将防水板对基础的影响忽略而使得设计偏不安全。
【相关文献】
[1]朱炳寅.独基加防水板基础的设计.《建筑结构》技术通讯，2007.7.
