筏板基礎厚度及工程成本探討
張帆
摘要 工程當中滿足安全性并提高經濟效益始終存在矛盾，如何合理均衡的平衡二者的關系顯得尤其重要。本文試圖從確定基礎筏板厚度開端，旨在討論節(jié)省該結構部位成本的方法。
關鍵詞 筏板基礎 經濟比較 受力控制狀態(tài)
一、現狀分析
實際項目當中，結構設計作為輔助性專業(yè)，主要需要解決開發(fā)者面臨的難題，在諸多難題之中，如何節(jié)省成本、控制前期投入在綜合成本高企的今天越來越被重視，而基礎是前期工作，直接影響基礎開挖和主體建筑。而設計人天然希望用更多的材料保證更安全的結果，使得對底板厚度毫無控制，許多項目達到3米以上，這不僅增加了開挖難度、成本，還使得抗浮水位更高，增加本體工作量并產生更多水化熱影響結構安全度。所以控制好板厚其實可以達到多重目的。
二、確定底板厚度
從結構安全的角度，底板主要抗剪、抗彎、抗沖切，但以往工程經驗多采用按上部塔樓結構樓層數確定，這當然有其直接的道理，但也并非是正比關系，那么究竟什么狀態(tài)可以達到平衡狀態(tài)呢?
1.底板抗沖切強度
底板抗沖切分為板上墻柱對筏板的沖切和板下樁對筏板的沖切，而前者的解決相對容易且利用樁布置的優(yōu)化降低沖切破壞風險，所以更重要的是后者是否滿足沖切要求。
設邊長為b的樁，混凝土抗沖切強度為ft，板厚hs，有效高度hs0(圖1)，板的抗沖切能力為0.6*ft*Um* hs0，Um為沖切作用范圍中軸線(圖2)，則Um=4(b+ hs0)。另外單樁平均沖切力為`p*n/m，其中`p為單層樓面靜活荷載折算重量，n為總層數，m為墻柱下樁的總數量。根據實際工程實測的綜合研究總結，為使底板不沖切破壞，采用1.5倍樁的平均荷載作為樁的沖切荷載確定板厚比較合理，則必須滿足條件式2.4*ft* hs0*(b+ hs0)≥1.5*`p*n/m。
簡化公式令hs0≈hs，則最終公式為
hs2+b*hs≥0.625*`p*n/(ft*m) (1)
2.底板抗彎強度
底板抗彎強度必須滿足各工況荷載作用下內部產生的彎矩M≤fs*As* hs0，該公式中M=1/10*q*L2，L為筏板受彎方向的凈跨，`q為底板上受到折算總平均反力。`q=`p*n/(mc2)，c為樁中心距(圖3)。則底板的抗彎強度為：
fs*As*hs≥1/10*`p*n*L2/(m*c2)
3.底板抗剪強度
基礎底板跟樓板相同，通常不需要驗算抗剪強度，必要時再做特殊處理。
綜合(1)、(2)可以看出，hs與n(層數)、m(樁數)、b(樁邊長)、ft(混凝土強度等級)及跨度L等參數均有關系，因此也可以看出厚度與層數并非簡單的線性關系。
三、厚度控制指標
對于一般的底板厚度及配筋設計，沖切和彎矩最終是由哪個因素起控制作用?要回答這個問題就必須從hs -`p*n/m關系來做更深入的計算研究(以下分析以平板式筏基為考慮對象)。
1. 抗沖切
由公式(1)變形得到
2.抗彎
對公式(2)按規(guī)范規(guī)定，樁距c與樁徑b之比為3.5;且筏板按經濟配筋率0.8%考慮，得到As=8hs。
代入公式(2)，并簡化結果得到
得到結果 (4)
由上述推導公式計算確定實際板厚，并結合具體實際工程設計比較如下：
項目名稱層數基礎形式按推導公式計算按高層設計規(guī)程hs(mm)實際工程hs(mm)
hs(mm)控制因素
某高層住宅120梁筏550抗彎12001150
某高層住宅225梁筏1110抗彎15102250
某高層寫字樓20平筏1120抗彎12002500
北方某飯店20平筏1390抗彎12101900
某高層住宅330梁筏1180沖切18002500
四、經濟性分析
1.增加土方開挖量
從上表實際工程比較結果看來，實際的板厚大部分超過所需的一倍，平均向下開挖多1米左右，而當今項目發(fā)展趨勢占地面積越來越大，動輒幾萬甚至十幾萬平米，土方開挖、運輸都是不能忽視的成本。
2.增加混凝土的澆筑工作量
挖走的土方必須由筏板的混凝土來填充，也就增加了幾萬立方的混凝土澆筑量，而板厚的增加也導致施工難度增加以及水化熱的增加，按一車混凝土10立方米計算，需要增加接近一萬車次，直接成本接近千萬，這種成本規(guī)模在項目前期確實不可小覷。
3.增加筏板構造鋼筋
由于板厚增加，即使以筏板配筋率為0.15%來考慮，也將導致鋼筋量增加一倍，這也將造成很大的浪費。
五、結論
經過對理論計算、設計規(guī)程、實際工程的筏板厚度比較，設計規(guī)程已經大于理論的計算值，而實際工程中由于對地下不確定性的過高估計使得其遠遠大于真實的需求，并且因此帶來了其他的成本增加，卻并沒有產生任何安全性上的提升，顯得不夠優(yōu)化、合理。
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