筏板基础设计与计算方法研究

赵冬林+田燕霞

摘要：筏板基础设计与应用，重点在于从基础板理论分析与作用效果分析上，来优化计算思路，提升筏板基础设计有效性，降低基础沉降变化，增强地基承载力和稳定性。

关键词：筏板基础；设计方法；计算优化；方法研究

中图分类号：TU222文献标识码：A文章编号：1671-864X（2016）10-0 182 -01

筏板基础设计关系到建筑工程基础的稳定性优劣，特别是在提升基础整体性、增强基础刚度和抗震性上具有突出优势。由于筏板基础受力机理复杂，在对不同建筑结构基础承载力的影响分析上，还具有多样性。因此，为了提升建筑基础稳定性，减少不均匀沉降可能带来的安全隐患问题，很有必要通过筏板基础计算分析方法的对比，来优化筏板基础设计方能，提升筏板基础的应用水平。当然，在筏板基础设计方法上，一种是简化处理法，一种是理论分析法，还有共同作用分析法。本文将针对三种计算方法展开探讨，并对其优劣势进行归纳，为相关技术人员提供参考和借鉴。

一、筏板基础简化设计法

从筏板基础结构来看，由于地基、基础、上部结构三者在受力上的多变性，在简化算法中将之作为整体来进行静力计算，并完成对工程设计的运用。由于基础底板条件具有差异性，不同筏板基础设计方法，对其基底反力作业分析也不同。以框架结构为例，对于上部结构中的柱嵌结构，按照结构力学要求可以得出其上部内力，而对于底层轴力、柱脚处弯矩反向作用力，主要是有基础板来承受，并与上部结构荷载形成共同承受地基反力。可见，在对框架结构筏板基础进行简化计算时，需要从基础自重、地基土重及静力结构平衡上，假设基础是刚性的，其受力结构是垂直分布的，然后依照结构力学方法来求解基础板内力，最后再将基础比作柔性的，以荷载方式来求解平均反力带来的地基变形。因此，从简化方法来看，其假设与整个结构应力状态存在不符合，主要适宜总荷载与总反力平衡条件，而未对基础与上部结构之间，以及基础与地基之间的作用力进行考虑，从而难以避免上部结构带来的给地基基础的荷载，带来与实际应力分布的偏差。当然，该方法在计算基础板内力及地基反力上也存在偏差。

二、基础板理论设计法

根据基础板理论，对于基础板与地基可以作为整体，使其与上部结构分离，而上部结构所形成的荷载作用力，仅为满足地基基础与地基表面的静力平衡，因此，通过对几何学、物理学的简化，可以实现对基础内力与地基变形的简化计算。首先，基础板理论分析法可以归纳为四个部分。第一是结合不同地基工程实际，来搭建地基模型，并从地基压力与沉降变化上优化数学表达式；第二是根据一般挠曲微分方程，结合基础板受力分析，并从挠度、反力作用中来求解函数；第三是计算基础的沉降变化，依托变形协同、静力平衡条件，从地基基础板受力作用与地基板地基压力等值的分析中，将第一项得出的地基压力代入第二项得出的地基反力微分方程中；第四是利用数学分析方法，对上述地基挠度、反力项微分方程进行求解，主要运用数学有限差分法、解析法、有限单元法、及加权残数法等，来达到基础板挠度及基础板内力。很显然，从本计算方法来看，其理论方法也忽视了对上部结构的影响，特别是在变形量分析上，可能带来基础内力的增大，导致偏差；另一方面由于基础板自身的弯曲变形，也可能带来对基础上部结构的影响，因此，该方法适宜小型建筑框架结构，且对基础刚度要求很高。

三、共同作用分析法

从筏板基础设计与计算实际来看，由于存在上部结构、基础、地基的三方作用，因此可以将三者作为整体来进行计算。共同作用计算法是通过对三方作用的理论分析，并从模型试验、原位测试等方法分析中来提升共同作用分析法的计算精度。该方法主要应用于高层建筑、大型桥梁及粮仓、储罐等建筑物、构筑物工程基础模型设计中。在进行理论分析时，由于采用数值分析方法，需要对基础土体及上部结构进行分析。一般表示为两个步骤，一是对地基结构、地基动力反应的分析，二是对各单体反应及相互作用条件的分析，并获得动力反应模型，来得出不同环节的基础的振动阻抗，振动位移和外力关系；三是采用有限元分析法，通过对土体地震反应的分析，来探讨地基基础非匀质性及非线性动力特点，并综合考虑多种因素来提升基础筏板的设计准确性。四是采用混合法，将数值方法与解析方法进行综合。如利用边界元法与有限元法来进行综合，也可以利用有限元与半无限元法进行综合，从而提升筏板基础的计算实效性。当然，利用模型试验法，以及原位测试法，也可以从上部结构、地基、基础的三方作用来获得整体结构应力状态。在基础分析上，由于上部结构的贡献，对整体弯曲变形来说，其作用会增加变形的次应力，提升结构的稳定性。

四、结语

由于筏板基础设计方法较多，在对上部结构刚度足够条件下，其对筏板基础的荷载力，也成为筏板基础的主要应力。因此，在进行筏板基础应力分析上，应该考虑上部结构的影响，来充分发挥基础材料的应力，增强基础设计的合理性。同时，针对筏板基础的整体弯曲应力变化，可能使得上部结构出现不同的应力分布，而增加了内力变化。因此在筏板基础设计上，对上部结构的分析主要倾向于不安全性分析，需要对上部结构进行考虑来提升其共同作用力。最后，由于不同建筑工程筏板基础的差异性，在对三方共同作用分析上，以整体受力分析更为合理，也减少了计算成本，便于实现基础结构的经济、安全、稳定目标。

参考文献：

[1]孙峰，孔纪名，王杰，刘相.考虑共同作用下的筏板基础厚度的设计方法研究[J].四川建筑科学研究.2012（05）.

[2]韩绪，王家林.无限元与有限元耦合在地基计算中的应用[J].土工基础.2014（01）.