平板式失穩(wěn)式灘板基礎(chǔ)的綜合經(jīng)濟(jì)分析

平板式失穩(wěn)式灘板基礎(chǔ)的綜合經(jīng)濟(jì)分析

1梁板式對象基礎(chǔ)的綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)平板式板的基礎(chǔ)具有傳遞力路徑簡單、計(jì)算模型、計(jì)算假設(shè)與實(shí)際力學(xué)的距離、施工簡單、施工周期長、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的梁板板基礎(chǔ)相比，平板式板板的綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)非常明顯。雖然平板式筏板基礎(chǔ)在純地下室工程中的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛,但是,在工程設(shè)計(jì)中存在著柱墩尺寸、筏板厚度偏大,選取的基床系數(shù)與地基條件和筏板的實(shí)際受力情況不相符,筏板配筋偏大,特別是柱墩的配筋偏大等設(shè)計(jì)不合理、不經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)象?；谝陨锨闆r,本文通過計(jì)算實(shí)例,對影響平板式筏板基礎(chǔ)內(nèi)力、配筋的主要因素、變化規(guī)律和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及內(nèi)力計(jì)算實(shí)例為一層無人防地下室,8.4m×8.4m柱網(wǎng),地下室層高為3.8m,柱截面為0.6m×0.6m,地下室頂板為梁板式結(jié)構(gòu),除設(shè)置框架梁之外未設(shè)置次梁,頂板厚度為400mm。頂板上部景觀覆土厚度為1.2m,并考慮活荷載4.0kN/m2?；A(chǔ)形式為帶下柱墩的平板式筏板基礎(chǔ),見圖1,基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級為C35,鋼筋為HRB400。為了便于分析比較,本文設(shè)定的條件是,平板式筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力主要由基底反力起控制作用,水浮力作用效應(yīng)不起控制作用。并選取9×9跨筏板基礎(chǔ)進(jìn)行了計(jì)算,對正中區(qū)域柱網(wǎng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。3計(jì)算方法為了使計(jì)算假定及分析與筏板實(shí)際受力情況更接近,本文中的計(jì)算實(shí)例采用JCCAD筏板有限元軟件,并采用彈性地基梁法進(jìn)行計(jì)算。4影響因素的選取由于影響平板式筏板基礎(chǔ)內(nèi)力、配筋計(jì)算結(jié)果的因素比較多,且相互關(guān)聯(lián)。柱網(wǎng)尺寸、荷載大小、水文和工程地質(zhì)條件、柱墩尺寸、筏板厚度、基床系數(shù)、有限元網(wǎng)格尺寸都是重要的影響因素。本文主要對相同柱網(wǎng)尺寸和相同層高以及相同頂板荷載作用條件下,其它因素的變化對筏板內(nèi)力、配筋的影響分別進(jìn)行了計(jì)算分析。4.1柱墩寬度的確定下柱墩的平面尺寸應(yīng)不小于柱根沖切錐的范圍,下柱墩的平面尺寸還應(yīng)滿足柱墩邊緣的沖切要求,在滿足沖切要求的前提下,為了考察柱墩寬度變化對筏板內(nèi)力、配筋的影響,設(shè)定柱墩的總高度為0.8m,筏板厚度為0.4m,基床系數(shù)K=40000,分別計(jì)算了柱墩寬度為3.6m×3.6m、3.4m×3.4m、3.2m×3.2m、3.0m×3.0m、2.8m×2.8m、2.6m×2.6m情況下的筏板內(nèi)力和配筋以及單方造價等,計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表1。從表1中的計(jì)算結(jié)果可以看出,在筏板厚度確定的情況下,當(dāng)柱墩寬度由3.6m×3.6m漸變至2.6m×2.6m時,柱墩底部彎矩、配筋計(jì)算值和筏板彎矩、配筋計(jì)算值都相應(yīng)增大。但由于柱墩寬度逐步變小,柱墩底部鋼筋的長度也相應(yīng)逐步變短,另外,筏板部分的配筋計(jì)算值雖然也逐步增大,但是都沒有大于筏板0.20%的最小配筋率,因此,筏板鋼筋含量還略有降低,筏板混凝土含量和單方造價的降低更明顯一些。4.2柱墩充填高度下柱墩的高度主要由柱的沖切要求確定,在滿足沖切要求的前提下,為了考察下柱墩高度變化對筏板內(nèi)力、配筋的影響,設(shè)定柱墩的寬度為3.0m×3.0m,筏板厚度為0.4m,基床系數(shù)K=40000,分別計(jì)算了柱墩高度為1.0m、0.9m、0.8m情況下的筏板內(nèi)力和配筋以及單方造價等,計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表2。從表2中的計(jì)算結(jié)果可以看出,在筏板厚度確定的情況下,當(dāng)下柱墩的高度由1.0m漸變至0.8m時,柱墩底部彎矩會相應(yīng)減小,但由于截面計(jì)算高度減小,其配筋計(jì)算值相應(yīng)增加的比較多,而筏板部分的彎矩、配筋計(jì)算值都相應(yīng)的有所增大。由于下柱墩一般都采用“元寶形”,下柱墩高度逐步變小,下柱墩“元寶形”的斜坡部分的寬度也相應(yīng)減小,相應(yīng)減少了柱墩底部鋼筋的長度,另外,筏板部分的配筋計(jì)算值雖然也逐步增大,但是都沒有大于筏板0.20%的最小配筋率,因此,筏板鋼筋含量只是略有增加。由于筏板的混凝土含量降低的比較多,筏板單方造價的降低也比較明顯。4.3柱墩下板板厚度筏板的厚度主要由柱墩邊緣的沖切要求確定,同時還應(yīng)滿足承載力、變形和抗?jié)B的要求。為了考察筏板厚度變化對筏板內(nèi)力、配筋的影響,設(shè)定柱墩的寬度為3.0m×3.0m,柱墩的總高度為0.8m,基床系數(shù)K=40000,分別計(jì)算了筏板厚度為0.5m、0.45m、0.4m、0.35m、0.3m、0.25m情況下的筏板內(nèi)力和配筋以及單方造價等,計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表3。從表3中的計(jì)算結(jié)果可以看出,在下柱墩寬度和高度確定的情況下,當(dāng)筏板厚度由0.5m漸變至0.25m時,柱墩底部彎矩、配筋計(jì)算值大小變化不大,差值很小,而筏板部分的彎矩都相應(yīng)的減小,對于筏板部分的配筋計(jì)算值,除了柱墩板帶支座配筋計(jì)算值逐步增大之外,其余部位的筏板配筋計(jì)算值都是逐步減小。隨著筏板厚度的減小,筏板鋼筋含量、混凝土含量和筏板單方造價都有大幅度的降低。0.25m厚度的筏板比0.5m厚度的筏板造價減少了30%之多。4.4基床系數(shù)對基墩受力、配筋以及h地基土的基床系數(shù)K主要根據(jù)土的種類確定,地基土越密實(shí)、越堅(jiān)硬,基床系數(shù)K越高,反之,地基土越松軟,基床系數(shù)K越低?；蚕禂?shù)K是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中非常重要的一個參數(shù),因?yàn)樗拇笮≈苯佑绊懙交追戳Φ拇笮『头植?對筏板內(nèi)力的影響也比較大。由于純地下室的柱網(wǎng)尺寸一般都比較大,如本算例中的8.4m×8.4m,而且平板式筏板基礎(chǔ)的厚跨比都比較小,相應(yīng)的基礎(chǔ)剛度也就比較小。如果基床系數(shù)K越高,柱墩下部的基底反力越大,而筏板跨中區(qū)域的基底反力則越小,柱墩底部的彎矩和筏板的正負(fù)彎矩都相應(yīng)的減小。為了考察基床系數(shù)變化對筏板內(nèi)力、配筋的影響,設(shè)定柱墩的寬度為3.0m×3.0m,柱墩的總高度為0.8m,筏板厚度為0.3m,分別計(jì)算了基床系數(shù)K=20000、K=40000、K=60000、K=80000、K=100000、K=120000情況下的筏板內(nèi)力和配筋以及單方造價等,計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4。從表4中的計(jì)算結(jié)果可以看出,在下柱墩寬度和高度以及筏板厚度確定的情況下,當(dāng)基床系數(shù)由K=20000漸變至K=120000時,柱墩底部彎矩、配筋計(jì)算值和筏板彎矩、配筋計(jì)算值都相應(yīng)減小。隨著基床系數(shù)的提高,筏板鋼筋含量和筏板單方造價都有大幅度的降低。基床系數(shù)K=120000時對應(yīng)的筏板造價只相當(dāng)于基床系數(shù)K=20000時筏板造價的90%。4.5獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的經(jīng)濟(jì)性對于天然地基承載力較高,同時作用在底板上的水浮力標(biāo)準(zhǔn)值較小的情況(比如筏板自重就能平衡水浮力標(biāo)準(zhǔn)值),可以采用獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的做法,也可以采用帶下柱墩的平板式筏板基礎(chǔ),通過確定合適的柱墩平面尺寸和高度以及合理的底板厚度,并選取比較高的基床系數(shù),可以使平板式筏板基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性與獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的做法相當(dāng),甚至更節(jié)省。為了考察帶下柱墩的平板式筏板基礎(chǔ)與獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板做法的經(jīng)濟(jì)性差異,設(shè)定柱墩的寬度為2.8m×2.8m,柱墩的總高度為0.75m,筏板厚度為0.3m,分別計(jì)算了基床系數(shù)K=80000、K=100000、K=120000情況下的筏板內(nèi)力和配筋以及單方造價等;計(jì)算獨(dú)立基礎(chǔ)時設(shè)定的條件是,地基承載力特征值為fak=240kPa,防水板的厚度為0.3m,其余條件同筏板基礎(chǔ),計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表5、表6。從表5、表6中的計(jì)算結(jié)果可以看出,雖然筏板基礎(chǔ)比獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的鋼筋含量略高一點(diǎn),但筏板基礎(chǔ)比獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的混凝土含量要低16%,單方造價相應(yīng)的低了5.5%～7%。如果計(jì)入獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板做法中防水板下部緩沖層(聚苯乙烯板)的造價(至少10元/m2),筏板基礎(chǔ)可以比獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的單方造價節(jié)省8%～10%。5基床系數(shù)和基板厚度對基礎(chǔ)造價的影響通過對影響純地下室平板式筏板基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性相關(guān)因素的分析,并通過對平板式筏板基礎(chǔ)與獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板做法經(jīng)濟(jì)性的分析,可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:1)在抗沖切滿足要求的前提下,減少柱墩的寬度和高度,可以降低筏板基礎(chǔ)的單方造價。2)在抗沖切、受彎承載力、變形和抗?jié)B及構(gòu)造滿足要求的情況下,盡量減少筏板的厚度可以大幅度降低筏板基礎(chǔ)的單方造價。3)隨著基床系數(shù)的提高,筏板單方造價的降低也是比較明顯的。當(dāng)?shù)鼗撩軐?shí)、堅(jiān)硬,地基承載力較高的情況下,應(yīng)選取與地基條件對應(yīng)