筏板加柱墩基础在pkpm中的应用浅析

0前言

带地下室的多、高层建筑，是当今建筑工程中最为普遍的一种建筑形式，而基础设计在整个工程设计中，占有十分重要的地位。因此，寻找最佳的基础方案，在满足强度、变形的条件下，尽可能施工方便，经济指标合理，这是目前市场经济环境下工程师们追求的目标。在天然地基条件较好的情况下，带地下室的多、高层框架或框剪结构广泛采用独立扩展柱基加防水板的基础方案。独立扩展柱基，传力路径短，计算简捷；防水板主要起地下室抗浮、防水作用，是传统而又实用的方法。当上部荷载较大，采用独立扩展柱基无法满足强度及变形要求时，筏板基础就成为较好的选择；然而对于诸多高程结构，从经济性考虑，提出了带柱墩的筏板基础设计方法，这种基础形式是介于独立扩展柱基和带平托板筏板基础之间，既能充分发挥独立扩展基础和筏板基础的优点，又可以不设置褥垫层，便于施工，地下室底板也不需要像筏板基础那样厚度那么大，从而具有较好的经济指标。

1 柱墩的类型

柱墩根据刚性角分为柔性柱墩还是刚性柱墩，对于下柱墩，刚性下柱墩不能提高抗冲切能力，必须变刚性下柱墩为柔性下柱墩。刚性角的概念来源于非扩展基础。刚性柱墩即满足刚性角要求的柱墩，也即柱墩的宽高比小于等于1，若宽高比大于1就成柔性柱墩了，可以通过调节柱墩的宽高比实现刚性下柱墩变柔性下柱墩，从而提高基础板的抗冲切能力。另外，上下柱墩的宽高比界定是不一样的。上柱墩的宽度即柱墩宽度，上柱墩的高度实际上指的是柱墩本身的高度，不包括筏板厚度，对于下柱墩来说，宽度同上柱墩，但是高度指的是柱墩厚加筏板厚。所以往往会出现同样一个柱墩，当布置为下柱墩时，是刚性柱墩，但是布置为上柱墩时为柔性柱墩。

对于上柱墩，有效刚性角范围大，筏板底部钢筋受力直接，利用率高；基础底面建筑防水质量有保证，当顶部设置坡面时可适量节约混凝土，施工难度小，若设备管线可在房间中部穿行时，则相应土方量小，降水费用低；而对于下柱墩，有效刚性角范围小，筏板底部钢筋需多次锚固搭接，钢筋利用率低，受力不直接，基础底面建筑防水搭接量大，施工难度大、质量难以保证，当与底平形顶面标高相同时，混凝土用量及相应土方量可略有减少。

2 柱墩在pkpm中的布置及应用

工程师在布置柱墩的过程中，往往会由于筏板厚度的不同和抗冲切的要求，分为刚性柱墩和柔性柱墩；剛性柱墩对筏板内力计算影响，如果用户在基础交互建模布置了刚性柱墩，那么在筏板内力计算时不考虑它对筏板的影响，即桩筏筏板有限元程序在筏板内力计算时忽略刚性柱墩，但在筏板配筋计算时，程序将会剔除刚性柱墩范围内的内力值即仅选择柱墩范围外的内力值进行配筋，该计算方法简称刚法。柔性柱墩对筏板内力的影响：如果用户输入的柱墩为柔性柱墩，那么在桩筏筏板有限元计算中，程序将自动将其当作一块筏板进行有限元分析程序将自动将其当作一块变厚度筏板进行有限元分析，该计算方法简称柔法。

无论是刚性柱墩还是柔性柱墩，程序均在执行【柱冲切板】菜单时完成柱对柱墩，柱墩对板的冲切验算，并输出图形与文本文件。程序计算柱墩冲切时，按照《地基规范》规定进行冲切校核。程序对每组荷载效应基本组合进行计算、比较，得到最不利荷载效应组合值，然后根据柱、柱墩、筏板等尺寸进行校核。程序自动判断柱位置，区分中柱、边柱及角柱，当计算对有抗震设防要求的平板式筏基时，程序自动验算含地震作用组合的临界截面的最大剪应力，同时在验算时自动乘以抗震调整系数。

另外现有计算程序在进行带“柱墩”筏板的设计计算时，只考虑柱墩对柱根部位的抗冲切作用。因此，结构设计中应正确区别柱墩与变厚度筏板，一般情况下可按柱（或墙）下加厚板的宽度与其高度的比值进行计算来判别，当b1与h1数值相近或变厚度范围较小时，可判定为柱墩；当b1与h1数值大较多或变厚度范围较大时，可判定为变厚度筏板（图一）

3 结语

对于上部荷载较大，跨度较大的结构，筏板加柱墩无疑是比较经济的一种基础形式，但是由于柱墩形式的多样性，对于具体柱墩形式的选择，还应根据实际土方开挖和具体建筑功能选择上柱墩或者下柱墩，对于地下室筏板基础，除特别情况外，应做筏板下柱墩，以避免做筏板上柱墩时既多挖土，上柱墩之间又要回填土，当然，如果考虑地下室防水施工比较方便，加之地下室管沟基坑等实际情况，综合经济效益及实际情况可以选择上柱墩；对于非地下室筏板基础，宜做筏板上柱墩。板下柱墩不必非要做刚性柱墩，这样可减少柱墩厚度，减少降水量。板上柱墩高度受限时也可做柔性柱墩。总之对于柱墩形式的选择，必须根据实际工程实际情况具体分析，选择既安全又经济的方案。

参 考 文 献

[1] 建筑地基基础设计规范（GB50007—2011）. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] JCCAD用户手册及技术条件. 北京：中国建筑科学研究院，2011. [3] 朱炳寅 建筑结构设计问答及分析. 北京：中国建筑工业出版社，2013