筏板基礎(chǔ)厚度及工程成本探討

　　張帆

　　摘要 工程當(dāng)中滿足安全性并提高經(jīng)濟(jì)效益始終存在矛盾，如何合理均衡的平衡二者的關(guān)系顯得尤其重要。本文試圖從確定基礎(chǔ)筏板厚度開端，旨在討論節(jié)省該結(jié)構(gòu)部位成本的方法。

　　關(guān)鍵詞 筏板基礎(chǔ) 經(jīng)濟(jì)比較 受力控制狀態(tài)

　　一、現(xiàn)狀分析

　　實(shí)際項(xiàng)目當(dāng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為輔助性專業(yè)，主要需要解決開發(fā)者面臨的難題，在諸多難題之中，如何節(jié)省成本、控制前期投入在綜合成本高企的今天越來越被重視，而基礎(chǔ)是前期工作，直接影響基礎(chǔ)開挖和主體建筑。而設(shè)計(jì)人天然希望用更多的材料保證更安全的結(jié)果，使得對(duì)底板厚度毫無控制，許多項(xiàng)目達(dá)到3米以上，這不僅增加了開挖難度、成本，還使得抗浮水位更高，增加本體工作量并產(chǎn)生更多水化熱影響結(jié)構(gòu)安全度。所以控制好板厚其實(shí)可以達(dá)到多重目的。

　　二、確定底板厚度

　　從結(jié)構(gòu)安全的角度，底板主要抗剪、抗彎、抗沖切，但以往工程經(jīng)驗(yàn)多采用按上部塔樓結(jié)構(gòu)樓層數(shù)確定，這當(dāng)然有其直接的道理，但也并非是正比關(guān)系，那么究竟什么狀態(tài)可以達(dá)到平衡狀態(tài)呢?

　　1.底板抗沖切強(qiáng)度

　　底板抗沖切分為板上墻柱對(duì)筏板的沖切和板下樁對(duì)筏板的沖切，而前者的解決相對(duì)容易且利用樁布置的優(yōu)化降低沖切破壞風(fēng)險(xiǎn)，所以更重要的是后者是否滿足沖切要求。

    設(shè)邊長(zhǎng)為b的樁，混凝土抗沖切強(qiáng)度為ft，板厚hs，有效高度hs0(圖1)，板的抗沖切能力為0.6*ft*Um* hs0，Um為沖切作用范圍中軸線(圖2)，則Um=4(b+ hs0)。另外單樁平均沖切力為`p*n/m，其中`p為單層樓面靜活荷載折算重量，n為總層數(shù)，m為墻柱下樁的總數(shù)量。根據(jù)實(shí)際工程實(shí)測(cè)的綜合研究總結(jié)，為使底板不沖切破壞，采用1.5倍樁的平均荷載作為樁的沖切荷載確定板厚比較合理，則必須滿足條件式2.4*ft* hs0*(b+ hs0)≥1.5*`p*n/m。

　　簡(jiǎn)化公式令hs0≈hs，則最終公式為

　　hs2+b*hs≥0.625*`p*n/(ft*m) (1)

　　2.底板抗彎強(qiáng)度

　　底板抗彎強(qiáng)度必須滿足各工況荷載作用下內(nèi)部產(chǎn)生的彎矩M≤fs*As* hs0，該公式中M=1/10*q*L2，L為筏板受彎方向的凈跨，`q為底板上受到折算總平均反力。`q=`p*n/(mc2)，c為樁中心距(圖3)。則底板的抗彎強(qiáng)度為：

　　fs*As*hs≥1/10*`p*n*L2/(m*c2)

　　3.底板抗剪強(qiáng)度

　　基礎(chǔ)底板跟樓板相同，通常不需要驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度，必要時(shí)再做特殊處理。

　　綜合(1)、(2)可以看出，hs與n(層數(shù))、m(樁數(shù))、b(樁邊長(zhǎng))、ft(混凝土強(qiáng)度等級(jí))及跨度L等參數(shù)均有關(guān)系，因此也可以看出厚度與層數(shù)并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

　　三、厚度控制指標(biāo)

　　對(duì)于一般的底板厚度及配筋設(shè)計(jì)，沖切和彎矩最終是由哪個(gè)因素起控制作用?要回答這個(gè)問題就必須從hs -`p*n/m關(guān)系來做更深入的計(jì)算研究(以下分析以平板式筏基為考慮對(duì)象)。

　　1. 抗沖切

　　由公式(1)變形得到

　　2.抗彎

　　對(duì)公式(2)按規(guī)范規(guī)定，樁距c與樁徑b之比為3.5;且筏板按經(jīng)濟(jì)配筋率0.8%考慮，得到As=8hs。

　　代入公式(2)，并簡(jiǎn)化結(jié)果得到

　　得到結(jié)果 (4)

　　由上述推導(dǎo)公式計(jì)算確定實(shí)際板厚，并結(jié)合具體實(shí)際工程設(shè)計(jì)比較如下：

　　項(xiàng)目名稱層數(shù)基礎(chǔ)形式按推導(dǎo)公式計(jì)算按高層設(shè)計(jì)規(guī)程hs(mm)實(shí)際工程hs(mm)

　　hs(mm)控制因素

　　某高層住宅120梁筏550抗彎12001150

　　某高層住宅225梁筏1110抗彎15102250

　　某高層寫字樓20平筏1120抗彎12002500

　　北方某飯店20平筏1390抗彎12101900

　　某高層住宅330梁筏1180沖切18002500

　　四、經(jīng)濟(jì)性分析

　　1.增加土方開挖量

　　從上表實(shí)際工程比較結(jié)果看來，實(shí)際的板厚大部分超過所需的一倍，平均向下開挖多1米左右，而當(dāng)今項(xiàng)目發(fā)展趨勢(shì)占地面積越來越大，動(dòng)輒幾萬甚至十幾萬平米，土方開挖、運(yùn)輸都是不能忽視的成本。

　　2.增加混凝土的澆筑工作量

　　挖走的土方必須由筏板的混凝土來填充，也就增加了幾萬立方的混凝土澆筑量，而板厚的增加也導(dǎo)致施工難度增加以及水化熱的增加，按一車混凝土10立方米計(jì)算，需要增加接近一萬車次，直接成本接近千萬，這種成本規(guī)模在項(xiàng)目前期確實(shí)不可小覷。

　　3.增加筏板構(gòu)造鋼筋

　　由于板厚增加，即使以筏板配筋率為0.15%來考慮，也將導(dǎo)致鋼筋量增加一倍，這也將造成很大的浪費(fèi)。

　　五、結(jié)論

　　經(jīng)過對(duì)理論計(jì)算、設(shè)計(jì)規(guī)程、實(shí)際工程的筏板厚度比較，設(shè)計(jì)規(guī)程已經(jīng)大于理論的計(jì)算值，而實(shí)際工程中由于對(duì)地下不確定性的過高估計(jì)使得其遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于真實(shí)的需求，并且因此帶來了其他的成本增加，卻并沒有產(chǎn)生任何安全性上的提升，顯得不夠優(yōu)化、合理。

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