多层地下室平板式桩筏基础承台的设计方法浅析

上海市建工设计研究院有限公司 上海 200050

对于软土地区、淤泥质土层较厚、地下水位较高、地下室底板较多采用平板式桩筏基础简化基础形式，加快施工进度。此时，计算假定考虑上部及地下室底板荷载仅由桩及水浮力承担，不考虑地基土的反力[1]。底板承受自重和较大的水浮力，起到防水板的作用。此种工况下的桩基承台和普通的柱下独立桩基承台是不同的，多了水浮力和底板自重的参与[2-5]。现从相关计算的荷载取值与组合、软件电算与手工计算之间校核比较等方面探讨一下此种工况下桩基承台的设计。

1 承台计算的荷载组合

平板式桩筏承台的受力状态如图1所示。

图1 平板式桩筏平台的受力状态

根据《荷载规范》、《地基规范》及《桩基规范》相关内容，由电算分析得出承台底面以上荷载（包括柱底荷载、底板面荷载、承台及底板自重）由基本组合1.35恒+0.98活控制，计算承台配筋时浮力参与计算组合，分项系数当浮力有利时可取1.0，不利时可取1.2。此时，浮力也分为低水位浮力值和高水位浮力值。故荷载组合为1.35恒+0.98活－1.0（1.2）浮（低或高）。

1.1 承台正截面受弯计算[6]

承台受到桩的向上反力和底板向上水浮力作用，此时柱底荷载＋承台及底板荷载（包括自重）等于桩顶反力＋水浮力。如认为浮力不利，取分项系数为1.2，浮力分别取高、低水位值，则桩反力小；如认为浮力有利，取分项系数1.0，浮力分别取高、低水位值，则桩反力大。经对各工况组合对比分析，承台受弯计算结果相差不多，故浮力分项系数及高低水位对承台正截面受弯计算影响不大，但应取各工况组合的最大弯矩值进行计算。

1.2 承台受剪计算

承台受剪计算同受弯计算，水浮力小桩反力大，水浮力大则桩反力小，总的反力值基本一致。经对各工况组合对比分析，浮力分项系数及高低水位对承台受剪计算影响不大，但应取各工况组合的最大剪力进行计算。

1.3 承台柱冲切验算

对于柱下无桩承台类型，如四桩承台，冲切力为柱底荷载减去冲切锥体范围内水浮力，此时水浮力为有利荷载，应取分项系数为1.0，低水位浮力，冲切锥体范围内总上反力最小，得到最大冲切力，故最不利荷载组合为1.35恒+0.98活－1.0浮（低）。对于柱下有桩承台类型，如五桩承台，冲切力为柱荷载减去冲切锥体范围内桩反力和水浮力，水浮力最大时，桩反力最小，冲切锥体范围内总上反力最小，可得到最大冲切力。故认为此时水浮力为不利荷载，应取分项系数为1.2，高水位浮力，最不利荷载组合为1.35恒+0.98活－1.2浮（高）。

1.4 承台角桩冲切验算及局部受压验算[7,8]

此时水浮力是向上的有利荷载，应取分项系数为1.0，低水位浮力，最不利荷载组合为1.35恒+0.98活－1.0浮（低），此时可得到最大桩反力设计值。

计算筏板配筋时，对于多层地下室，一般为高水位浮力起控制作用，此时筏板自重及面荷载为有利荷载，分项系数应取1.0。筏板面活荷载为有利荷载，分项系数应取0。水浮力为不利荷载，分项系数应取1.0。故最不利荷载组合为1.0恒－1.2浮（高）。

在进行桩筏基础的承台及筏板设计时，应根据验算项目进行具体分析，选取最不利的控制荷载组合。或进行轮番组合验算，选取最不利结果。但现部分基础设计软件进行构件验算时，或遗漏部分应有的荷载组合，或未对构件具体单项采用所对应的最不利荷载组合，直接采用其计算结果，对工程会造成一定的安全隐患。设计人员在设计时应加强对软件计算结果的校审复核工作。

2 计算实例

现举一例桩筏式基础四桩承台，用基础有限元软件对其受弯承载力进行电算分析计算，并采用手工简化计算对其进行校核。工程框架结构部分，地上12 层，地下3 层，柱距8 m×8 m，局部平面及结构剖面见图2。

图2 框架结构部分平面、剖面示意

图3 JCCAD网格单元为1 m的弯矩分析结果（单位：kN·m/m)

图4 盈建科网格单元为1 m的弯矩分析结果（单位：kN·m/m)

柱底力最大设计值为14 801.5 kN；底板板面恒荷为2 kN/m2；筏板板面活荷为4 kN/m2；地下水高水位按－1.0 m；低水位按－2.0 m；底板厚1 000 mm，底板底标高为－14.5 m；承台厚1 400 mm，承台底标高为－14.9 m；承台受荷相关范围面积为S1=8×8=64 m2；承台受荷相关范围内底板面积S2=8×8－3×3=55 m2；承台受荷相关范围内承台面积S3=3×3=9 m2。

图3、图4分别为PKPM系列JCCAD和盈建科系列基础模块弯矩分析结果。

以下为手工简化计算弯矩。据《桩基规范》，假设不考虑此筏形承台的结构整体弯矩影响；承台及筏板仅受水浮力影响；基床系数为0，不考虑土反力影响。承台受荷相关范围高水位浮力设计值为（分项系数取1，为有利荷载）8 502.5 kN承台受荷相关范围内筏板荷载设计值为2 280 kN或2 162 kN，故不计承台本身质量，在荷载效应基本组合下的基桩竖向反力设计值为2 144.75 kN，此时延承台边由底板荷载折算传来线荷载设计值为－421.35 kN/m，则：

每米弯矩值=4 370.12/3=1 456.71 kN·m/m。

3 结语

由以上对比分析可知，JCCAD结果中柱底峰值弯矩未考虑柱截面宽度折减，弯矩值偏大，且网格单元取值越小，值越大，如以此为依据承台配筋，造成了一定的浪费。盈建科计算结果柱底峰值弯矩考虑了柱截面宽度折减，通过与手工简化验算复核，结果较为可靠，可作为承台配筋依据。