浅析独立柱基加防水板在工程实际中的应用

韩永雷，陈 奕

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100034）

浅析独立柱基加防水板在工程实际中的应用

韩永雷，陈 奕

（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100034）

独立柱基加防水板是近年来新发展的一种扩展基础形式，但还未列入相应基础设计规范，笔者综合相关文献，总结了独立柱基加防水板受力特点和受力分析，分析比较了目前常用的设计方法、构造措施；采用工程实例分不同工况进行了设计计算。

独立柱基；防水板；工程设计

0 引言

独立柱基加防水板是近年来伴随基础设计与施工发展而形成的一种新型的基础形式，多用于大面积的地下车库及有地下室的多层框架和高层的裙房，特别是在较好地基土上。这种基础传力简单、明确且经济性较好；当地下水位较低时，该基础形式的经济性则更为突出；因此其工程应用日益普遍。

传统的带有地下室的建筑，基础形式一般有梁板筏基、板式筏基、设柱帽筏基、十字交叉梁板基础、桩筏基础等，这些基础多用于土质不良、承载力较低的土层以及高层建筑中。多层框架或高层裙房，上部荷载较小，在地基承载力较好的情况下多采用独立柱基加防水板的基础形式，节约造价，同时传力简单明确，方便施工。

1 受力特点及计算分析

目前，独立柱基加防水板的基础形式并没有明确的规范给出设计方法，因此许多学者给出了不同的受力特点，笔者总结这些受力形式主要可分为两大类。

1.1 独立柱基与防水板共同受力

如图1所示，独立柱基加防水板的基础形式类似于筏板基础，独立柱基础部分相当于为满足基础抗冲切的需要而设置的变厚板。如果用无梁楼盖及倒楼盖的概念来理解该基础形式则更为恰当。但是考虑到地基的传力与防水板自身的刚度有很大关系，因此该受力形式在承担地基反力部分具有不确定性。

图1 独立柱基与防水板共同受力

在计算分析时应按照变厚的筏板采用弹性地基梁板分析程序进行计算，考虑到防水板的厚度一般较薄，因此尚需根据独立基础和防水板之间的变形协调，来分配两者的地基反力。由于这种模型属于筏板基础，受力复杂，并且混凝土和钢筋用量较多，偏离了采用独立基础加防水板基础形式的初衷，因此在工程设计中应用较少。

1.2 独立柱基单独承受地基反力

由于不考虑防水板承受地基反力，传力途径比较明确。独立柱基础和防水板可单独进行分析，上部结构的荷载只传给独立基础，防水板只承受水压力，不承受地基反力，为实现这一假定，需在防水板底铺设软垫层，如图2所示。

图2 不考虑防水板承受地基反力

采用该种基础形式受力明确，独立柱基和防水板可分开计算，并且混凝土和钢筋用量较省，工程设计中应用较多，笔者采用了此种设计方法。

1）独立基础承受上部建筑传来的全部荷载，当水浮力大于防水板自重（含板上覆土和建筑做法）时，需考虑防水板传给独立基础的净水浮力。这部分应力分担了独立基础的净反力，但会以线荷载的形式传给独立柱基的四周，影响基础的弯矩，不能忽视。

2）防水板主要承受本身自重，板上覆土、面层，以及地下水浮力，如果水位变化幅度较大，防水板又可分为两种受力情况：

（1）当地下水位较低时，防水板不承受水浮力或承受较小的水浮力，即水浮力小于等于防水板自重及上覆土面层做法时，独立基础承受地基反力，防水板及上覆土面层做法等荷载直接传于地基上，此时认为防水板对基础没有影响。

（2）当地下水位较高时，防水板受到较大的水浮力影响，水浮力大于防水板自重及上覆土面层做法时，防水板会将净水浮力转化为独立柱基周边的线荷载，在独立柱基底部产生一个附加的弯矩，影响独立柱基底板的配筋。

2 设计方法

2.1 防水板设计

由于防水板主要承受水浮力的作用，因此防水板的计算模型可采用无梁楼盖模型。

防水板的计算划分为柱下板带和跨中板带，如图3所示。采取经验系数法，首先确定在竖向荷载作用下X、Y方向的总弯矩，然后乘以相应截面的经验系数，即可求得相应截面的弯矩值。

对X方向板带的总弯矩设计值为：

对Y方向板带的总弯矩设计值为：

式中：q——相应于荷载效应基本组合时，竖向荷载设计值；

lx、ly——等代框架梁的计算跨度，即柱子中心线之间的距离；

a——独立基础在计算弯矩方向的有限宽度。

2.2 独立柱基设计

基础的设计可采用包络设计的思想，取以下两种情况的较大值进行基础的配筋计算。

图3 防水板板带划分

表1 柱下板带和跨中板带弯矩分配系数[1]

1）当水浮力≤防水板自重时，防水板对基础没有影响，按照《建筑地基基础规范》[2]普通独立基础进行设计配筋。

2）当水浮力>防水板自重时，防水板的净水浮力qwj会传给基础，转化为基础周边的线荷载qej和线弯矩mej。

式中：ax、ay——独立柱基X、Y向的边长，m；

图4 防水板传给独基的等效荷载

表2 防水板的平均固端弯矩系数[1]

独立柱基基底反力的计算，需要扣除防水板水浮力的影响，然后进行普通独立柱基下内力计算，最后基础底板的配筋采用防水板对基础的附加内力与基础底板自身内力叠加的弯矩设计值来计算。

3 工程实例

3.1 工程概况

某市轨道交通工程车辆基地运用库附属用房，长131.4 m，宽24.8 m，建筑高度8.4 m，建筑面积4 889.81 m2，中间设置3处变形缝；地上2层，局部3层，无地下室，结构形式采用框架结构，基础形式为独立柱基。根据使用要求建立变电所夹层，为局部地下室，结构安全等级为二级，抗震设防类别为乙类，设防烈度7度，地震加速度0.1 g，地面粗糙度类别B类，地震分组第二组，建筑场地类别Ⅱ类。柱截面500 mm×500 mm，柱网6 m（lx）× 6.9 m（ly），基础面积为4 m×4 m，地基承载力170 kPa，混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB400级，柱底轴向力设计值为N=2 577.5 kN，地下室水位高出防水板底1.5 m。

经计算，独立柱基可满足设计要求，同时，因存在局部地下室，如采用筏板基础，局部筏板则受力不明确，而且可能会产生不均匀沉降；整体筏板又造成浪费，因此局部地下室基础形式采用了独立柱基加防水板的基础形式。

3.2 防水板设计

1）防水板荷载的计算。

防水板及其面层做法重量标准值为：

防水板的水浮力标准值为：

在地下水浮力控制的内力组合时，防水板的荷载设计值为：

2）防水板的配筋计算。

根据公式（1）（2），防水板在X、Y方向总弯矩设计值为Mx=137.14 kN·m，My=192.34 kN·m。现以My为例根据表1可得出各个截面的弯矩设计值，求得配筋值。

表3 柱下板带和跨中板带弯矩值和配筋

防水板除满足计算配筋外，还应该满足最小配筋率，综合考虑防水板取双层双向三级钢12@150，同时为实现防水板不承受地基反力，在防水板下铺设100厚的聚苯板。

3.3 基础设计

1）防水板传给独立基础的等效荷载计算。

根据公式（3）求得基础周边的线荷载为qej≈22.72 kN/m，根据公式（4）及表2可近似求得me≈11.26 kN·m/m。

2）独立柱基基础底板弯矩计算。

上部结构传给基础的平均净反力为pj=N/A= 2 577.5/（4×4）=161.1 kN/m2。

（1）当水浮力小于等于防水板自重时。

根据《建筑地基基础设计规范》公式（8.2.11-1）可计算基础柱边缘截面的弯矩。

（2）当水浮力大于防水板自重时。

基底净反力应扣除水浮力部分的影响，即：

由防水板引起的基础底板弯矩为：

由基底净反力引起的底板弯矩为：

基础柱边缘截面总弯矩为：

M1=M11+M12=204.08+582.71=786.79 kN·m（12）

3）基础底板配筋计算。

根据以上两种情况计算出来的弯矩值，选用水浮力大于防水板自重的情况进行配筋计算，根据地基规范公式（8.2.12）As=M/（0.9fyh0）进行计算得As=3 736 mm2，按照最小配筋率来计算得As，min= 0.15%×4 000×700=4 200 mm2，因此基础底板配筋按照最小配筋率来控制，实配三级钢14@150。

4 结语

独立柱基加防水板的基础形式适用于带地下室的多层框架或高层裙房结构，本文主要介绍了设计方法，同时以工程实例介绍了设计计算过程：当水位较高时，不应忽略防水板对基础底板的影响，实例显示考虑防水板的影响与否计算得出基础柱边缘截面的弯矩值分别为和，可见这种基础形式不可忽略防水板的影响；同时，为了实现防水板只承受水浮力不承受地基反力，在防水板下铺设一定厚度的聚苯板。

[1]朱炳寅.独基加防水板基础的设计[J].建筑结构，2007（07）.

[2]GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011．

TU982.2

A

1673-1093（2015）03-0075-04

韩永雷，现就职于北京城建设计发展集团股份有限公司。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.03.018

2014-12-26；

2015-01-03