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摘要：地下室的底板设计是一个综合性很强的问题，涉及内容繁多且复杂，因此无论是从技术还是从经济的角度讲都需要深入地研究地下室底板设计的技术问题。本文结合工程实例，对地下室底板的设计进行了分析。
关键词：建筑工程；底板设计；计算
随着我国经济建设的迅速发展，对高层建筑功能和结构本身的要求越来越高,大多需要设置单层或多层地下室。地下工程在整个建设项目中所占的比重也越来越大。然而地下室的造价在整个建筑总造价中所占的比重是非常之大的，如何才能使地下室設计的经济合理显得尤为重要。
1 工程概况
某商业住宅小区塔楼由18栋住宅组成，各栋建筑层数地上16～18层，为框支剪力墙结构，建筑总高度约54米；设1层地下室，1层裙楼（局部2层），总建筑面积约15万平方米。
地下室X向最大长度约170m，Y向最大长度约为180m，面积约3万平方米，属较大规模的地下室（如图1），X、Y向长度均大于规范要求的伸缩缝最大设置间距，但由于建筑使用功能的要求不能设缝，因此必须采取有效措施减少收缩对地下室防水带来的不利影响。拟采取下列措施，避免或减少砼的前期收缩和温度效应引起的混凝土构件可见裂缝的产生:
(1)采用补偿收缩混凝土，要求14天龄期的水中限制膨胀率为：板不小于万分之2.0，侧墙不小于万分之2.5。
(2)每50m以内设置一道连续式或后浇式膨胀加强带，要求其水中14天的限制膨胀率不小于万分之3.0。
(3)适当提高地下室板及侧墙的构造配筋率。
(4)从严格控制材料质量、规范施工和养护操作的角度来考虑，一方面优化砼的配合比设计，加入合适的添加剂，控制水灰比、砂率、水泥用量及塌落度等指标；另一方面要求加强砼的振捣及养护，应有可靠措施保证砼在全湿润条件下硬化，优先考虑蓄水养护。
2 底板计算过程
2.1确定荷载
地下水的设防水位应取建筑物设计使用年限内（包括施工期）可能产生的最高水位，因本工程岩土工程勘察报告中没有提供地下水的最高水位，故地下水设防水位取建筑物的室外地坪标高。
近似的算法,由平时水压的荷载控制:
q=[1.35×10×3.92（水头）-0.4（底板厚）×25]×1.15（裂缝调整系数）=49.4
2.2确定底板厚度
确定底板厚度时一般需考虑如下因素：①底板的冲切承载力；②兼作筏板功能时尚要考虑其调节不均匀沉降的能力及筏板的整体刚度。
(1)底板的冲切承载力。底板的冲切承载力一般指底板在水压或水压与人防组合荷载作用下，其抵抗冲切破坏的能力，通常由承台或独立基础的冲切控制。冲切锥体的形状通常为从底板底与承台（基础）的交接处沿向墙柱方向的45度线交于底板面。
验算公式为：Fl≤0.7ftumh0×η（详砼结构设计规范公式7.7.1-1），荷载Fl=（相应位置柱按面积法所占面积-承台（基础）的面积）×q底板
本工程板厚暂取400mm，取8m×8m计算跨度进行验算：
fl=（8.0×8.0-4.0×4.0）×49.4=2371.2KN
0.7ftμmh0×η=0.7×1.43×10×14.64×0.340×1.6=7972.1KN>Fl，满足要求。
当冲切不满足时，可先考虑适当加大承台（基础）的尺寸，以获得较优的经济指标。
(2)底板同时用作筏板时需同时满足筏板的构造要求。此工程底板未用作筏板，故无需考虑。
2.3内力及配筋计算
本工程采用等代框架的简化方法计算，而非经验系数法，其优点为不受各跨跨度的限制，可考虑到大小跨对内力的影响，并对任何位置可只抽出单跨来进行验算。具体步骤如下：
(1)用连续梁模型计算等代框架每米宽度的弯矩平均值。各部位弯曲的计算通式为M=αql02。
(2)按柱上板带将内力相应调大。根据无梁楼盖中弯矩在柱上板带与跨中板带的分配规律，结合考虑穹顶效应的影响，可得出柱上板带各部位处单位宽度的简化计算式如下：
①中间跨支座处M'=0.08ql02×1.5×0.8，其中1.5为柱上板带内力增大系数，0.8为考虑穹顶效应的折减系数；
②中间跨跨中处M=0.05ql02×1.1×0.8，其中1.1为柱上板带内力增大系数；
③边跨支座处M'=0.11ql02×1.5，其中1.5为柱上板带内力增大系数，并注意边跨不能考虑穹顶效应；
④边跨跨中处M=0.08ql02×1.1，其中1.1为柱上板带内力增大系数。
而跨中板带可根据图2所示分配系数近似计算。
(3)计算跨度l0的确定当基础为独立基础时，分以下两种情况：
当tc3∕t3≥5时，对所有部位l0=l-2∕3（c1+c2）；
当tc3∕t3＜5时，在计算跨中弯矩时，l0取两柱边的净距，其余部位仍取l0=l-2∕3（c1+c2）。
其中:
tc为承台厚度;
t为底板厚度;
l为柱距;
c1为左基础的一半;
c2为右基础的一半。
本工程取计算跨度l0=l-2∕3（c1+c2）。此时还应注意验算柱边截面处弯矩，考虑到实际底板与基础相连，相当于变截面梁，计算柱边弯矩时，需将按等截面梁的计算结果乘以放大系数1.25，因该截面同时又属于基础，故最终弯矩应为按变截面梁在水压作用下的结果与扣除水浮力后作为承台的所受弯矩的叠加，此时截面高度取基础高度。大小跨的计算在此就不赘述。
(4)配筋计算及裂缝验算：按上述算得的弯矩对柱上板带和跨中板带各截面进行配筋设计，并按强度计算得到的配筋进行裂缝验算，其中迎水面裂缝限值为0.2mm（保护层厚度为50mm），背水面裂缝限值为0.3mm（保护层厚度可取20mm）。一般情况下，迎水面的钢筋均由裂缝控制，根据弯矩大小的不同，可比相应的强度计算配筋增大约20%～55％。
3 结束语
综上所述，在建筑地下室的底板设计中，由于涉及到工期和投入的建设费用,设计中与地下室相关的不少问题也逐渐变得突出起来，因此需要考虑它们之间的沉降差问题。首先需要计算出主裙楼的沉降，看是否存在沉降差。经计算本工程存在较大的沉降差，可以采用“抗”、“放”结合的方法来处理，即一方面加大主裙楼连接构件的配筋、一方面留置沉降后浇带等方法。
参考文献
[1] 肖德周 张元坤，梁板式地下室底板设计和计算分析[J].广东土木与建筑,2007.12
[2] 余红, 坚真花园商住楼地下室底板设计分析[J].广东建材,2007.09
[3] 朱慈勉 李伟 毕圣国, 防空地下室底板设计中的问题分析[J].建筑技术,2005.05
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：建筑工程；底板设计；计算
随着我国经济建设的迅速发展，对高层建筑功能和结构本身的要求越来越高,大多需要设置单层或多层地下室。地下工程在整个建设项目中所占的比重也越来越大。然而地下室的造价在整个建筑总造价中所占的比重是非常之大的，如何才能使地下室設计的经济合理显得尤为重要。
1 工程概况
某商业住宅小区塔楼由18栋住宅组成，各栋建筑层数地上16～18层，为框支剪力墙结构，建筑总高度约54米；设1层地下室，1层裙楼（局部2层），总建筑面积约15万平方米。
地下室X向最大长度约170m，Y向最大长度约为180m，面积约3万平方米，属较大规模的地下室（如图1），X、Y向长度均大于规范要求的伸缩缝最大设置间距，但由于建筑使用功能的要求不能设缝，因此必须采取有效措施减少收缩对地下室防水带来的不利影响。拟采取下列措施，避免或减少砼的前期收缩和温度效应引起的混凝土构件可见裂缝的产生:
(1)采用补偿收缩混凝土，要求14天龄期的水中限制膨胀率为：板不小于万分之2.0，侧墙不小于万分之2.5。
(2)每50m以内设置一道连续式或后浇式膨胀加强带，要求其水中14天的限制膨胀率不小于万分之3.0。
(3)适当提高地下室板及侧墙的构造配筋率。
(4)从严格控制材料质量、规范施工和养护操作的角度来考虑，一方面优化砼的配合比设计，加入合适的添加剂，控制水灰比、砂率、水泥用量及塌落度等指标；另一方面要求加强砼的振捣及养护，应有可靠措施保证砼在全湿润条件下硬化，优先考虑蓄水养护。
2 底板计算过程
2.1确定荷载
地下水的设防水位应取建筑物设计使用年限内（包括施工期）可能产生的最高水位，因本工程岩土工程勘察报告中没有提供地下水的最高水位，故地下水设防水位取建筑物的室外地坪标高。
近似的算法,由平时水压的荷载控制:
q=[1.35×10×3.92（水头）-0.4（底板厚）×25]×1.15（裂缝调整系数）=49.4
2.2确定底板厚度
确定底板厚度时一般需考虑如下因素：①底板的冲切承载力；②兼作筏板功能时尚要考虑其调节不均匀沉降的能力及筏板的整体刚度。
(1)底板的冲切承载力。底板的冲切承载力一般指底板在水压或水压与人防组合荷载作用下，其抵抗冲切破坏的能力，通常由承台或独立基础的冲切控制。冲切锥体的形状通常为从底板底与承台（基础）的交接处沿向墙柱方向的45度线交于底板面。
验算公式为：Fl≤0.7ftumh0×η（详砼结构设计规范公式7.7.1-1），荷载Fl=（相应位置柱按面积法所占面积-承台（基础）的面积）×q底板
本工程板厚暂取400mm，取8m×8m计算跨度进行验算：
fl=（8.0×8.0-4.0×4.0）×49.4=2371.2KN
0.7ftμmh0×η=0.7×1.43×10×14.64×0.340×1.6=7972.1KN>Fl，满足要求。
当冲切不满足时，可先考虑适当加大承台（基础）的尺寸，以获得较优的经济指标。
(2)底板同时用作筏板时需同时满足筏板的构造要求。此工程底板未用作筏板，故无需考虑。
2.3内力及配筋计算
本工程采用等代框架的简化方法计算，而非经验系数法，其优点为不受各跨跨度的限制，可考虑到大小跨对内力的影响，并对任何位置可只抽出单跨来进行验算。具体步骤如下：
(1)用连续梁模型计算等代框架每米宽度的弯矩平均值。各部位弯曲的计算通式为M=αql02。
(2)按柱上板带将内力相应调大。根据无梁楼盖中弯矩在柱上板带与跨中板带的分配规律，结合考虑穹顶效应的影响，可得出柱上板带各部位处单位宽度的简化计算式如下：
①中间跨支座处M'=0.08ql02×1.5×0.8，其中1.5为柱上板带内力增大系数，0.8为考虑穹顶效应的折减系数；
②中间跨跨中处M=0.05ql02×1.1×0.8，其中1.1为柱上板带内力增大系数；
③边跨支座处M'=0.11ql02×1.5，其中1.5为柱上板带内力增大系数，并注意边跨不能考虑穹顶效应；
④边跨跨中处M=0.08ql02×1.1，其中1.1为柱上板带内力增大系数。
而跨中板带可根据图2所示分配系数近似计算。
(3)计算跨度l0的确定当基础为独立基础时，分以下两种情况：
当tc3∕t3≥5时，对所有部位l0=l-2∕3（c1+c2）；
当tc3∕t3＜5时，在计算跨中弯矩时，l0取两柱边的净距，其余部位仍取l0=l-2∕3（c1+c2）。
其中:
tc为承台厚度;
t为底板厚度;
l为柱距;
c1为左基础的一半;
c2为右基础的一半。
本工程取计算跨度l0=l-2∕3（c1+c2）。此时还应注意验算柱边截面处弯矩，考虑到实际底板与基础相连，相当于变截面梁，计算柱边弯矩时，需将按等截面梁的计算结果乘以放大系数1.25，因该截面同时又属于基础，故最终弯矩应为按变截面梁在水压作用下的结果与扣除水浮力后作为承台的所受弯矩的叠加，此时截面高度取基础高度。大小跨的计算在此就不赘述。
(4)配筋计算及裂缝验算：按上述算得的弯矩对柱上板带和跨中板带各截面进行配筋设计，并按强度计算得到的配筋进行裂缝验算，其中迎水面裂缝限值为0.2mm（保护层厚度为50mm），背水面裂缝限值为0.3mm（保护层厚度可取20mm）。一般情况下，迎水面的钢筋均由裂缝控制，根据弯矩大小的不同，可比相应的强度计算配筋增大约20%～55％。
3 结束语
综上所述，在建筑地下室的底板设计中，由于涉及到工期和投入的建设费用,设计中与地下室相关的不少问题也逐渐变得突出起来，因此需要考虑它们之间的沉降差问题。首先需要计算出主裙楼的沉降，看是否存在沉降差。经计算本工程存在较大的沉降差，可以采用“抗”、“放”结合的方法来处理，即一方面加大主裙楼连接构件的配筋、一方面留置沉降后浇带等方法。
参考文献
[1] 肖德周 张元坤，梁板式地下室底板设计和计算分析[J].广东土木与建筑,2007.12
[2] 余红, 坚真花园商住楼地下室底板设计分析[J].广东建材,2007.09
[3] 朱慈勉 李伟 毕圣国, 防空地下室底板设计中的问题分析[J].建筑技术,2005.05
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。