第４４卷第ｌ５期 ２０１７年８月 建筑设计 Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ 建筑技术开发 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 柱帽式筏板基础地下室结构 设计分析 刘五峰 （中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 ５１０２３０） ［摘要】随着城市化进程的不断加快，城市人口数量日渐增多，直接加剧了城市用地紧张的形势，因而有效利用地下空间 成为了土地利用的一个重要方向。现如今，钢筋混凝土筏形基础在建筑工程当中广泛采用，其中柱帽式筏板以其独特的优势在 工程当中备受青睐，在地下空间结构的设计应用中较为普遍。因此，对地下室结构设计的要点进行了阐述，围绕筏板基础的优势， 就柱帽式筏板基础在地下室当中的应用在具体案例中予以应用体现。 ［关键词］柱帽；筏板基础；结构设计 ［中图分类号］Ｔｕ４７０ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００１—５２３Ｘ（２０１７）１５－－００２６４）２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｂａｓｅｍｅｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｌｕｍｎ Ｈｅａｄ Ｒａｆｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｌｉｕ Ｗｕ－ｆｅｎｇ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｗｉｔｈ ｈｅｔ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｂａｕｎ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｌａｎｄ ｕｓｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｕｓｅ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｐａｃｅ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ．Ｎｏｗａｄａｙｓ， ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒａｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎ ｃａｐ ｔｙｐｅ ｒａｆｔ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｎｉｕｑｕｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆａｖｏｒｅｄ，ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｐａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｍｍｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｆｒｓｔ ｏｎ ｈｅ ｂａｓｅｍｅｎｔｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｎ ｏｆ ｇｈｅ ｋｅｙ ｔｐｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｒａｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎ ｃａｐ ｍｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｅ ｔｂａｓｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｃａｓｅ ｔｏ ｂｅ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｉｎ ｈｅ ａｐｐｌｔｉｃａｔｉｏｎ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｃｏｌｕｍｎ ｃａｐ；ｒａｆｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｎ ｇ随着城镇人口数量的增多，人们对土地资源的利用需求 也在提升，合理开发利用地下空间便成为缓解土地利用紧张 的一种有效方式，因此地下工程的开发建设变得越来越频繁， 在整个工程项目当中所占的比重也会不断增大。由于地下工 程材料消耗大，建设周期长，施工难度大等特点，结构设计 的好与坏将对整个工程项目的设计和施工周期以及建造费用 都会有着非常大的影响。 另外，地下室结构设计涉及到很多技术性难题，十分复杂， 因此如何根据建筑功能的需求，做好有利于基础设计工作便 是设计人员不断努力研究的方向。 在众多基础设计方案当中，天然地基基础是经济性较高 的一种，且筏形基础又是建筑当中应用较为广泛的天然地基 基础形式，因而做好筏形基础研究具有重要的现实意义和经 济价值。 １建筑地下室结构的设计内容 １．１现代建筑地下室的顶板结构设计要点 分析水平荷载和竖向荷载，其中水平荷载又可分为地面荷载 以及人防荷载，而竖向荷载则包括自重和地上及地下室传重。 实际设计主要是通过计算来开展弯矩调幅，且底部属于固定 支座，这就需结合荷载分项系数。当地下室为多层时需按多 跨连续梁进行计算，并要保证外墙侧壁底部弯矩与相邻底板 弯矩大小一致，且底板抗弯能力不应低于侧壁，并保证厚度 和配筋量的相互匹配。 在进行静止土压力计算过程中，则主要是利用专业试验 来确定其压力，当难以满足试验条件时就要加强砂土压力的 控制。 在设计外墙配筋过程中，若不能根据扶壁柱尺寸计算外 墙配筋时，就应以双向板的方式来进行计算，利用单向板对 其他部分进行计算。 １．３地下室的抗震性能 在整个建筑地下室设计当中，顶板结构设计是结构设计 中最为重要的一项内容，设计人员必须给予高度重视。在建 筑结构设计中，地下室顶板为一个水平约束支座，确保其约 束作用最为直接的因素就是其刚度，因而在地下室顶板设计 时，顶板厚度应在１６ｃｍ以上，并且要满足人防要求，若是将 顶板作为上部结构的嵌固端，还需根据抗震设计规范相关要 求来对强度、楼板厚度、配筋率及侧向刚度等加以确定，以 保证其符合设计要求。 １．２地下室外墙结构的设计要点 在地下室外墙结构设计过程中，设计的要点在于荷载、静 止土压力系数以及外墙配筋等。在进行荷载设计时，主要是 １．４地下室的抗渗抗浮的结构设计 由于建筑工程在正式投入使用中，除地震的影响外，还 要警惕大雨及积水下渗的问题出现，同时由于地下室的特殊 收稿日期：２０１７－０５—１５ 作者简介：刘五峰（１９８４一），男，河南项城人，工程师，主要研究 性也使其在排水性能方面显得很差，这就意味着地下室结构 设计中要高度重视其抗渗抗浮设计，其中可在建筑设计条件 方向为结构工程。 ・２６・ 就建筑工程而言，地下室结构设计在整个工程当中占据 重要的地位，同时因地下室的特殊性，其抗震性能的强弱将 对整个建筑工程的抗震性能有着直接的影响。因此在进行地 下室抗震结构设计过程中，地基基础就显得尤为关键，确保 地下室结构埋于地下的深度高地上露出的部分，以保证其抗 震性能。 同时，在地下室结构设计中，材料及墙壁结构对地下室 抗震性能也有着至关重要的影响，因此在地下室结构设计的 过程中必须要根据实际建筑图纸来进行，要加强墙壁稳固性 以确保地下室抗震性能达到设计标准要求，同时要确保地下 室抗震性能与地上等级相同，防止因地上地下紧密结合而产 生不利影响。 建筑技术开发 建筑设计 Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 第４４卷第ｌ５期 ２０１７年８月 首先，要尽量重合上部结构的荷载合力重心及筏基形心， 以便有效确定底板形状及尺寸，若需要根据悬挑板来设计底 板，则要将上述诸因素综合加以考虑，以避免基础弯矩在一 定程度上因基础端部基底反力而受到影响。借助抗冲切和抗 剪强度来科学确定底板厚度，若柱网的间距较大，则要在柱 允许的情况下提升建筑基坑底部高度来提高地下室抗渗抗浮 能力，也可通过对无梁楼盖及宽扁梁的应用来提升其能力， 这种设计方式能够降低地下室部分高度，提升建筑工程地下 室抗渗抗浮能力。 当然也可以考虑通过增加地下室重量来提升抗渗抗浮能 力，显然这种方式的可行性较高，同时对技术要求也比较低， 易实现。另外还可加入抗拔桩来提升抗渗抗浮能力，这种做 法也是应用十分多见的一种方式，效果也十分显著。这种方 式是将抗拔桩嵌入到坚固的地下岩层内部，并对其进行一定 的加固，利用灌浆处理来确保抗拔桩具有较强的稳固性能。 上述方法都能够提升地下室的抗渗抗浮性能，且也具有很强 通过上述结论能够看出，柱帽式筏板基础的设计中，只 需要在柱下受力较大的区域增加配筋即可，而柱帽间的筏板 则可适当减小配筋量及板厚，从而很好地实现了土方量的减 少及节省了混凝士和钢筋等材料用量，大幅降低了施工成本， 具有十分显著的经济效益。 ３．２其他注意事项 的可操作性。 ２筏板基础的优势 在当前城市化进程日益加快的时代背景下，城市发展面 临着土地资源日渐紧张的局面，面临着不断提升的土地利用 需求，合理利用地下空间己成为当前城市发展的必经之路， 通过科学的基础设计，充分实现基础设计和建筑功能的有机 结合，从而达到提高土地资源利用率的目的。 筏板基础在建筑基础设计应用当中具有明显的优势，这 主要表现在以下几方面。 （１）利用筏板基础能够充分发挥地基承载力作用，在沉 降量小的情况下能够对地基的不均匀沉降问题进行有效调节， 而筏板基础由于拥有较大的基础底面积，因而能够充分发挥 地基承载力作用。 （２）有效利用地下空间，实现其经济价值，尤其是在当 前地面土地资源紧缺的情况下，合理开发利用地下空间用于 停车场、车站以及商场等是实现地下空间的一种有效方式， 能够促进土地资源更好发挥其经济价值。 （３）抗震性能好，筏板基础由于其埋深较深，即便是在 出现地震的情况下也能在一定程度上确保地基结构的稳定性， 并且加入了地下室外墙，对上部结构也能够保证其侧向刚度， 从而确保了地下结构的整体性。 ３案例分析 ３．１柱帽式筏板基础案例分析 某地商业中心共７层，地上５层，地下２层，框架结构， 柱网为８．４ｍ×８．４ｍ，综合工程实际情况以及建设方要求决定 采用筏板基础，基础持力层为地勘中的第５层粉质粘土层，地 基承载力特征值为丘＝１６０ｋＰａ，经修正以后，地基承载力特征 值为丘＝４４０ｋＰａ，经过对梁板式、平板式及柱帽式筏板的综合 计算分析比较之后，最终决定采用柱帽式基础，并与２０１３年 竣工投入使用。 在柱帽式基础具体应用中，可向上或向下突出柱帽式筏 板基础，这两种方法都有着自身的特点。若向上凸起，则结 构受力较为合理，施工中不需排水沟折板，方便施工，但若 从提升地面平整度角度出发，则需要回填土方，增加土方量， 若是向下突出则可省去一部分土方量，节约建筑净高，从工 程实际需要的角度来考虑，本工程决定选择向下突出的柱帽 式筏板基础。 从上述工程资料能够看出，本工程柱网较为规则，柱下 荷载设计值多在１００００ｋＮ左右，经过试算，筏板的厚度决定 取６０ｃｍ，柱帽厚度为１３０ｃｍ，计算时采用ＪＣＣＡＤ中的筏板 有限元分析软件进行计算，计算模型采用弹性地基梁板模型， 通过计算，能够得出以下几点结论。 （１）以柱中心下筏形基础和地基接触点的土反力最大， 两柱轴线中心点处土反力最小，柱中心处应力曲线向下凸出， 而两柱轴线中间应力曲线向上凸起，是一种曲线规律变化的 形式出现。 （２）地基土弹性模量越高，则地基土反力越向柱下局部 加厚的筏板部分集中。 间设置加强板带以提升抗冲切强度，减少板厚同时也可应用 后张法预应力钢筋法，从而降低施工过程中混凝土的使用量 及造价成本 其次，在设置锚杆方面，若地下水位较高，则借助抗拔 锚杆的设置来降低底板所受到地下水位的浮托力，在具体施 工过程中，基坑内若存在积水则会产生浮托力，而地下室体 积及基坑内积水高度也会直接影响到浮托力，施工中则要 做好排水措施以降低基坑及地下室内水位，有效地下 水的浮托力，防止基础底板下产生较大浮托力。若地下水 浮力不能被地下室结构以及上部结构所克服，便会出现地 下室上浮问题，若实际上浮力没有超出筏板基础底板的结构 重量，那么便可以确保基础结构的稳定性。因此，在完成地 下室及上部结构施工后，地下室的上浮力就能够得到很好的 克服。 ４结束语 柱帽式筏板基础在天然地基基础当中有着广泛的应用， 也非常实际地应用于天然地基当中。在现代建筑当中，若设 有地下室的高层建筑或在城市市区建筑物较为密集地区，人 们对地下空间开发利用的愿望都较为迫切，因为这样既减小 了土地资源利用紧张的关系，也能够实现较为可观的经济 效益。 此外，若将停车场或一部分商业场所转移至地下，就能 够充分显现出柱帽式筏形基础的巨大优势，还可便于工程施 工，同时，也有利于机械化施工作业的开展，并加快了工程的 进度。 参考文献 【ｌ】邱玉深．地下室防水板特点及下设软垫层做法［Ｊ】．建筑工人， ２０１４，３５（９）：１２—１３． 【２】赵苏北．纯地下室平板式筏板基础设计优化分析［Ｊ】．建筑技术开发， ２０１３（１０）：２１－２５． ［３】孙志，刘罗炜．高层地下室结构设计浅析【Ｊ】．建材世界，２０１５（４）： ６６＿＿６９． ［４］李义娟．地下室结构设计要点［Ｊ】．中华建设，２０１３（６）：１２８－１２９． 【５】马勇军．地下室及基础结构设计要点探讨【Ｊ】．科技与企业，２０１１（８）： １２８－１２９． 【６】中国武汉决策信息研究开发中心，决策与信息杂志社，北京大学 国家发展研究院．科技研究——＿２０ｌ５科技产业发展与建设成就研 讨会论文集（下）【Ｃ】．中国武汉决策信息研究开发中心，决策与信 息杂志社，北京大学国家发展研究院，２０１５． 【７】曹漭．地下室顶板开洞对上部结构嵌固端的影响 ．建筑技术， ２０１６，４７（７）：５９Ｏ一５９２． ［８】张士兴，尹硕，张玉品，等．地下室外墙单面模板支撑技术【Ｊ】．建 筑技术，２０１６，４７（８）：７５２－７５４． ［９】王纯，姜曙光，黄玉薇，等。太阳能集热墙与地下室复合系统夏季 通风效果试验研究【Ｊ】．建筑技术，２０１６，４７（７）：６１５－６１８． ［１０】杨志峰，徐伟，刘峥，等．地下室混凝土墙体裂缝原因与对策［Ｊ】． 建筑技术，２０１６，４７（６）：５６２—５６４． ・２７・
