柱帽式筏板基础地下室结构设计问题研究

李成军

摘要：柱帽式筏板基础的应用方便了地下室的开发利用，扩展了建筑物的使用空间，但地下室的开发同样面临着复杂的结构设计问题。本文主要讨论了地下室结构的设计内容和筏板基础的优势，并结合身边的具体案例进行了分析。作于2019年4月，担任下属项目公司中交（青岛）城镇化建设投资有限公司成本部副经理。

关键词：柱帽式筏板;基础地下室;结构设计;优势

随着中国城市化的不断推进，城市的可用土地面积将会越来越少。 为缓解土地压力，扩展建筑物的使用空间，越来越多的带地下室的建筑物出现，包括带地下室的多层商场、高层写字楼、超高层城市地标。

调研发现，现阶段沿海一带由于地下水位一般不低，高层建筑物的地下室进行基础设计时，与其他基本形式相比，柱帽式筏基础更常用。所谓柱帽式筏板基础，按照常规的定义，指的是在受力柱与筏板连接处通过结构处理增设“柱墩”，它用于增加基础的整体刚度，并增大筏板冲切承载力，以此解决因上部结构传递的荷载过大造成的筏板冲切承载力不足问题的一种基础形式[1]。

柱帽式筏板基础的应用方便了地下室的开发利用，扩展了建筑物的使用空间，但地下室的开发同样面临着复杂的结构设计问题。地下室与上部结构面临的所处环境有着根本的区别，一旦设计不合理，将影响整个建筑物功能的发挥。因此，合理解决地下室设计中面临的问题，做出有利于整个建筑物功能充分发挥的基础设计具有重要意义。

本文主要探讨了地下室结构的设计内容以及筏板基础的优势，并结合身边的具体案例进行了分析。

一、建筑地下室结构的设计内容

（一）建筑地下室结构的设计难点

1 、施工图纸设计的难点

施工图纸是确保工程顺利施工至完全竣工的重要依据，因此，应对施工图纸进行严格管理，可以围绕以下两点展开：1.加强与设计院的沟通，在设计阶段就要减少出现误差的可能性，设计完成后，引入图纸审查单位，加大审核力度，彻底避免设计错误;2. 加强施工现场管理人员技术培训，确保管理人员在施工前充分了解图纸，并能在施工时对施工人员进行指导。

2、 原材料的供应和质量管理

施工中没有好的原材料，即使设计再完美，也不能充分发挥作用。在所有的工程施工中，材料的管理问题都不是一个小问题。为此，可围绕以下三点展开：1.对材料供应商进行严格筛选，采用招标或者比选的竞争方式，从而选用信用好、实力强的供应商;2.原材料进工地前要进行验收，建立材料与工程设备进场联合验收制度，检验结果符合规范要求方可入场，杜绝假冒伪劣产品。此外，所用混凝土的等级要符合设计规定并在使用前进行复试方可使用，做到从根源避免工程事故的发生。

（二）建筑地下室结构设计的主要内容

1、 抗渗及抗浮设计

地下室所处环境与上部结构完全不同，要考虑的因素很多，例如采光、通风以及地下水侵蚀等。对地下室而言，特别是混凝土结构，地下水中存在较多的氯离子和硫酸根离子，这些离子极易对其造成侵蚀，这可能导致结构损坏并缩短建筑物的使用寿命。此外，地下水会产生一些浮力，对建筑物的稳定性构成威胁。因此，防渗和防浮设计是地下室结构设计的重要组成部分。

防渗和防浮设计可考虑以下几点：1.在满足施工情况、设计规范的前提下，基坑底部要尽量高;2.可考虑加入抗拔桩，此方法可显著提高建筑物基础的抗浮性能，且应用广泛、容易施工;3. 严格检查混凝土结构的抗渗性，确保符合设计要求;4.做好地下室部分的防水设计，防水材料采用符合规范的产品。

2、 外墙结构设计

地下室外墙结构设计是地下室结构设计的核心因素之一，其设计要点主要包含荷载设计、截面设计以及配筋设计。荷载设计考虑内容如表1所示：

除表1所列荷载之外，在墙体设计时还应考虑地震对其造成的影响，地震时，墙体会产生内应力，进而影响墙体结构，但是由地震造成的内应力不易控制。因此，在进行墙体设计时，应以水平荷载控制为主，如果水平荷载与墙体垂直，会产生弯矩，有利于墙体配筋[2]。

地下室墙体直接与土体接触，会产生侧向土压力，一旦侧向土压力形成，墙体将受永久荷载，特别是被动土压力，对墙体极其不利。为充分减小墙体所受土压力的影响，设计时应选择静止土压力，同时通过试验测定。此外，应对稳定水压力及急剧变化水压力进行判断，分项系数取值如表2所示。

墙体在配筋时，依据双向板进行配筋。

3、结构平面设计

在进行地下室设计时，要考虑尽量不设置变形缝，因为地下室直接与土体接触，设置变形缝后，要对变形缝处做好严密的防水措施，这个过程可能很复杂，一旦处理不当，就会发生漏水。

4、抗震设计

地下室直接与基础相连，其抗震设计至关重要，如果地下室抗震等级不够，地震时可能先破坏，一旦地下室遭到破坏，其上部结构也随之破坏，任其抗震等级再高，也无济于事。为充分保证抗震设计，可从以下几点考虑：1.施工图审核时，严格要求，保证抗震等级达标;2.做好埋深处理，加强上部结构墙柱与地下室墙柱之间的协调性;3.保证地下室抗震等级与上部结构相同，防止地下室与上部结构紧密结合而产生不利影响[3]。

二、筏板基础的优势

筏板基础主要用于地下水位较高的具有地下室的多层或高层建筑物，其主要优点如下：

（一）筏板基础沉降量小，可以提高地基的承载力，特别是满堂基础，提高地基承载力的效果更加显著;

（二）建筑物在施工和服役過程中，地基沉降时有发生，筏板基础的整体刚度较大，可以很好的抵御地基沉降，保证建筑物功能的充分发挥;

（三）相对于桩基础而言，筏板基础投资较小，施工时间较短，且在施工过程中对周围建筑物的影响较小;

（四）相对于桩基础而言，筏板基础在地震作用时有较好的抗滑稳定性，并且由于地下室的外墙作用，因此地下室的侧向刚

度一般都大于上部结构与其相连层，具有更好的抗震性能[4];

（五）筏板基础可增加对地下空间的利用，对寸土寸金的大城市而言极其重要，充分利用地下空间非常重要，特别是在需要大量空间使用的地方，例如： 地下停車场、地铁车站。

三、案例分析

为充分了解柱帽式筏板基础的特点，现结合具体案例进行详细介绍。

山东省青岛市即墨区景文化路一项目，拟建建筑物包括8栋高层住宅，附属有商业设施，均设有地下车库，地下层数1～2层不等。根据地质勘查情况，高层住宅采用筏板基础。

该项目地层主要为：人工填土、冲洪积层。地基承载力特征值修正前后分别为fakq=170kPa、fakh=460kPa。筏板基础主要有三种形式，分别是：梁板式、平板式及柱帽式，经对比分析发现，在本项目中柱帽式筏板基础最合适，并在施工图设计中采用。

在确定采用柱帽式筏板基础此后，面临的问题是采用向下突出柱帽式筏板基础还是采用向上突出柱帽式筏板基础，每种形式都有自己的优点和缺点。经研究决定选择向下突出柱帽式筏板基础。

该项目柱网规则，柱下方的荷载设计值变化较小，经研究决定：基础所用筏板的厚度为145cm，柱帽厚度为70cm，并采用ABAQUS有限元软件分析计算，结论如下：

（一）土体反作用力广泛分布于筏形基础与地基的接触面处，以受力柱下方最大，两受力柱正中心点处最小;

（二）地基土反作用力的集中程度随地基土弹性模量的增大而增大。

从上述分析可以看出，在设计柱帽式筏板的基础时，重点应放在柱下区域。 这些地方应增加配筋，至于两柱帽间的筏板可做适当考虑，这些地方可适当减小配筋及板厚，从而达到减少土方量开挖，节省材料使用，降低施工成本的目的。

四、结语：

柱帽式筏板基础广泛应用于带地下室的多层建筑物，其一方面可以充分抵御地基沉降，保证建筑物的整体稳定性;另一方面具有较好的抗震性能，保证建筑物及其内部人员的安全。此外，地下室的应用可充分扩展空间，提高建筑物的使用率。

参考文献：

[1]王超，王丽霞，刘长武，李勃，张印.柱帽平板式筏形基础与独立基础加防水板联合基础差异分析[J].吉林建筑大学学报，2016，33（04）：25-30.

[2]付臻瑜.建筑工程地下室结构设计要点探讨[J].绿色环保建材，2019（01）：86.

[3]刘五峰.柱帽式筏板基础地下室结构设计分析[J].建筑设计，2017，44（15）：26-27.

[4]李志刚，贾青霞.柱帽式筏板基础[J].黑龙江科技信息，2009，4（15）：208.