柱下独立基础的受力状态定性分析

王恒超++石长伟

摘 要：独立基础加构造底这类基础形式具有形式简单、受力明确、工程造价低等诸多优点，因而在工程设计中得到广泛应用。柱下独立基础与构造底板（防水底板）相连接称为整体，在荷载作用下相互协调，形成较为复杂的受力体系。

关键词：构造底板；防水底板；独立基础；柱上板带；有限元；附加剪力；附加弯矩

建筑工程结构设计过程中，对于地质条件较好的地下室框架结构体系，基础的选型通常为柱下独立基础加构造底板。此类基础形式具有形式简单、受力明确、工程造价低等诸多优点，因而在工程设计中得到广泛应用。独立基础用以承担上部结构传至框架柱底的轴力、弯矩及剪力；构造底板为卧置与地基上可以起到防水防潮的作用自承重结构构件。当地下室深度范围内存在有水位高于构造底板底面的地下水时，在地下水压力作用下，构造底板需作为一种受力构件进行多种荷载组合作用下的受力分析，在此，可将其称为防水底板，使其与普通的构造底板加以区别。

一、基本假定

由于柱下独立基础与构造底板（防水底板）相连接称为整体，在荷载作用下相互协调，形成较为复杂的受力体系的受力体系，不便于工程结构设计分析，因此做如下基本假定：

1.独立基础只承担上部结构传至框架柱底的轴力、弯矩及剪力，当存在水位高于构造底板底面的地下水时，独立基础作为防水底板的支座，承受有防水底板传来的弯矩及剪力；

2.构造底板简化为自承重结构构件，不参与独立基础对上部结构构件传来的轴力、弯矩及剪力的承担作用。

二、受力分析

根据以上基本假定，对地下室框架结构体系的柱下独立基础做以下两种情况下的受力分析：

1.地下水位低于构造底板底面：独立基础受上部结构传至框架柱底的轴力、弯矩及剪力，地基反力。

由于将构造底板简化为自承重结构构件，独立基础受力情况接近无构造底板底板相连的情况，其受力分析及内力计算可按照现行规范《地基基础设计规范》进行。但應注意的是，在实际设计时，需要在独立基础与构造底板相交接的位置进行适当的构造处理，尽可能削弱构造底板与独立基础协调变形时构造底板对独立基础产生的反力作用，使独立基础实际受力情况接近前述的基本假定。如在独立基础边缘以外设置干炉渣垫层或聚苯板等软垫层。

2.地下水位高于构造底板底面（此处将构造底板称作防水底板）：根据假定，防水底板自承重且抵抗水浮力，不考虑防水底板的地基承载能力。独立基础承担全部结构荷重并考虑水浮力的影响，其受力状态如下：上部结构传至框架柱底的轴力、弯矩及剪

力，地基反力，水浮力、防水底板受地下水浮力作用进而在独立基础周围产生的附加剪力和弯矩。

相对于地下水位低于构造底板底面的情况，此时独立基础承受了附加的剪力和弯矩作用，如何合理计算出附加的剪力和弯矩值，对于最终得出独立基础的内力计算分析结果显得尤为关键。

对于普通地下室来说，将独立基础加防水底板的基础形式简化为倒楼盖模型，确定柱下板带和跨中板带，采用有限元方法对独立基础加防水底板进行整体受力分析，无疑是比较准确的分析方法，但此种方法真实的考虑了防水地板的刚度，防水底板与独立基础共同承受了上部结构传来的荷载作用，使得独立基础基底面积减小，独立基础和防水底板配筋增大，这种内力特性接近于有下柱墩的筏板基础，失去了独立基础加防水底板特有的受力特征和工程经济性，违背了防水底板设计理念的初衷。因此，为了能够更合理的确定独立基础的截面尺寸和配筋，可将防水底板在地下水浮力作用下对独立基础的作用，以对独立基础的附加剪力、附加弯矩的形式加以简化，每个独立基础按柱网尺寸计算得到相应负荷面积。

将独立基础边缘外的防水底板按悬臂构件考虑，进而求解出作用于独立基础各边的附加剪力及附加弯矩，再按照常规的基础计算方法求解独立基础的内力。

由于独立基础间防水底板的连续性，使得求得的附加剪力及附加弯矩大于实际值，需要对上诉附加作用进行合理的修正，而这便是合理计算出附加的剪力和弯矩值的关键所在。因此有待于通过不同的有限元计算模型计算分析、加以比较，得出安全且合理的修正系数，作为今后此类基础形式的设计依据。

三、结语

本文简单阐述了独立基础加构造底板这种基础形广泛的应用性和合理的经济性；对此类基础在不同的地下水情况下做出了较为合理的计算模型简化，提出了便于分析的基本假定；对与防水底板相连的柱下独立基础在不同的地下水情况做出了定性的受力分析；提出了新的结构计算简化模型，并提出了有待解决的问题，为与防水底板相连的柱下独立基础的合理设计提供了探索性的的设计思路。

参考文献：

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