对比分析独立基础与筏板基础的异同

柯贤为

湖北广盛建设集团有限责任公司 湖北宜昌 443005

摘要：近年来，经济发展日新月异，建筑业取得了前所未有的进步，各大高楼拔地而起，建设数量也在日益增多。在建筑工程中，独立基础与筏板基础属于重要的两种基础型式，对其的科学选择是保障工程顺利建设的重要前提，不仅与建筑物的性能有直接关系，还会为高层建筑地下获取更大的使用空间，充分满足地基承载力的要求。故而，亟需对这两种基础形式的异同实施对比分析，从而为建筑业选择更加科学的基础形式奠定基础。在具体的结构设计过程中，从外观层面上，局部加厚筏板、筏板加下柱墩以及独基加防水板较为相同，但从受力模式方面而言却存在较大的差异性。下面本文将以结构设计软件为基础，针对不同基础受力的特点展开明确的对比分析，仅供相关人士参考。

关键词：独立基础；筏板基础；异同；对比分析

前言：与其他基础形式比较而言，在建筑结构基础设计期间，天然地基上的浅基础有较大优势，如经济性较好、技术难度较低以及施工方式简便等。如果在工程施工期间，地基条件较佳，且主体结构荷载小，那么就会首选天然地基上的浅基础。独基加防水板、局部加厚筏板以及筏板加下柱墩在浅基础的典型代表，虽然它们在外观上比较相似，但受力层面却完全不一样，在具体的基础设计期间，结构设计人员极易混淆，需要加此加以重视。

1独立基础与筏板基础概述

1.1独立基础

独立基础也可以称之为单独基础，是一种高耸构筑物或者单柱自成一体的基础。通常会按照受力状态或者材料性能来选择它的形式，平面形式主要有多边形、圆形。风荷载是除去竖直活载和自身重量外，高层建筑物的一种主要荷载，要想保障在各个方向，基础都能够保持一样的抗倾覆稳定系数，最为科学的基础形式就是圆形基础。因为高层建筑物的重心较高，所以当基础出现少量倾斜时，就会导致荷载偏心距离加大，随之增加倾斜度。故而在控制时，可以使用容许倾斜解决此类基础变形现象。

1.2筏板基础

筏板基础一般由梁、底板等部分组成。当建筑物地基承载力不足且荷载较大时，会选择砼底板筏板形成筏基，承受建筑物荷载，这种筏板基础能够有效抵御地基不均匀沉降，整体性能较好。筏板基础施工期间，在完成混凝土浇筑作业后，需要严格控制其养护时间，养护周期要大于两个星期，底板混凝土为抗渗混凝土。筏板基础常常运用在剪力墙结构、框剪结构以及高层框架结构中，属于扩展基础的一种。当对于地基的承载力需求基础无法满足时，易或者基础对于不均匀沉降调节性能完全具备，可采取梁板式筏板基础与平板式筏板基础等筏板基础形式。

2不同基础形式对比分析

对于独基加防水板，通常所有地基反力会由独基来全部承担，而防水板的地基承载能力则不需要过多考虑。筏板基础在柱根部的集中力一般比较大，柱根部的抗冲切验算通常难以满足设计要求，需要在柱底设置柱墩或局部加厚筏板。

2.1不同基础结构

本文以同一个结构模型为例，对三种基础形式进行布置，分别为局部加厚筏板、筏板加下柱墩以及独基加防水板，尺寸完全相同，如图1所示。

图1各基础剖面尺寸

2.2利用软件对比分析

统计标准组合下的平均基底应力和最大基底应力、抗冲切承载力与冲切力的比值、基本组合下弯矩包络值，统计结果详情见表1。

表1对比分析不同基础形式各设计指标

		独基与防水板	筏板与下柱墩（K=20MPa/m）	筏板与下柱墩（K=200MPa/m）	筏板与下柱墩（K=1000MPa/m）
标准组合前提下的平均基底应力		319（kPa）	54（kPa）	5（kPa）	54（kPa）
标准组合前提下的最大基底应力		334（kPa）	98（kPa）	241（kPa）	457（kPa）
抗冲切承载力/冲切力		1.05（kPa）	0.78（kPa）	0.90（kPa）	1.13（kPa）
基本组合下的弯矩包络值	独基或加厚区	235（kPa）	499（kPa）	336（kPa）	223（kPa）
	防水板/加厚区	-28/30	-73/58	-23/17	-18/0
		筏板局部加厚 （K=20MPa/m）		筏板局部加厚（K=200MPa/m）	筏板局部加厚（K=1000MPa/m）
标准组合前提下的平均基底应力		54（kPa）		54（kPa）	54（kPa）
标准组合前提下的最大基底应力		98（kPa）		241（kPa）	457（kPa）
抗冲切承载力/冲切力		0.78（kPa）		0.90（kPa）	1.13（kPa）
基本组合下的弯矩包络值	独基或加厚区	499（kPa）		336（kPa）	223（kPa）
	防水板/加厚区	-73/58		-23/17	-18/0

注：K为基床系数

标准组合下的基底应力、抗冲切承载力、基本组合下的弯矩包络值分别是影响基础尺寸、基础厚度、配筋的重要指标。从表1中可以看出，对于筏板局部加厚受力情况，筏板加下柱墩与其基本一样，在单柱根部比较适宜布置下柱墎，而在多柱与墙下位置可适宜布置筏板局部加厚。在独立基础范围内分布的独基加防水板基底应力，对于地基存在的反力情况，防水板并不会承担，而是直接由整个筏板基础承担，与独立基础相比，其尺寸明显要大，所以基于标准组合背景下，独立基础的平均基底将比筏基础大的多。

对于独立基础，当基底应力不满足Pk≤fa或Pkmax≤1.2fa时，故应采取科学方法加大基础尺寸，进而对地基承载力要求予以全面满足。

由于筏板基础尺寸很大，Pk≤fa一般都可以满足，但Pkmax与基床系数有关。基于同样荷载作业前提下，基床系数越大，岩层和土层的变形就会越小，这时在柱底部的基底应力就会愈来愈集中，故Pkmax越大。若筏板基础最大基底应力不满足Pkmax≤1.2fa，加大筏板尺寸效果并不明显，这时，通过加大柱底局部范围内的筏板厚度，逐渐扩散集中于柱底的基底应力，进而降低Pkmax，如图2所示。

图2各基础基底应力分布示意图

2.3对比结果

独立基础冲切验算截面取冲切破坏锥体最不利一侧斜面，对于偏心受压地基，地基土的净反力在边缘处最大；将整个冲孔破坏锥作为柱下筏板基础的冲孔验算截面，同时考虑轴力和不平衡弯矩的影响。柱下独立基础与筏板基础的冲切验算公式存在明显差异。筏板基础的冲切力取柱底轴向力减去冲切破坏锥内的基础净反作用力。由于上部结构传递的荷载相同，基床系数越大，冲切破坏锥内基础的净反作用力越大，冲切破坏锥外基础的净反作用力越小，冲切力也越小。

由于防水板不承担地基反力，在不考虑水浮力时，防水板仅承担自重及附加荷载，故其受力情况与普通楼板类似，最大负弯矩出现在支座，最大正弯矩出现在跨中。

加厚区域内的最大基底弯矩是加厚区域外基础反作用力产生的弯矩减去其自重和柱附近基础截面上的附加荷载。随着地基系数的增大，筏板的基础反力从柱的外围向柱底集中，加厚区外的基础反力减小，加厚区内的基础弯矩减小。

对于加厚区以外的筏板，当基床系数较小时，筏板跨中的地基反力大于筏板自重及附加荷载，筏板跨中顶部受拉，底部受压，最大负弯矩出现在跨中；随着基床系数增大，当筏板跨中地基反力小于筏板自重及附加荷载时，最大负弯矩由跨中向支座移动；当基床系数足够大时，地基反力集中在加厚区以内，加厚区以外的筏板地基反力很小，在筏板自重及附加荷载作用下，最大负弯矩出现在支座，而在跨中，筏板自重及附加荷载与地基反力动态平衡，跨中弯矩为零。

结论：

综上所述，筏板加下柱墩与局部加厚的筏板没有明显差异。独基加防水板与筏板基础的受力特点完全不同，为确保其受力方式符合假定，防水板下应设置软垫层。基床系数对筏板基础的设计影响很大，设计筏板基础时，应慎重确定基床系数。

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