筏板基础厚度及工程成本探讨
张帆
摘要 工程当中满足安全性并提高经济效益始终存在矛盾，如何合理均衡的平衡二者的关系显得尤其重要。本文试图从确定基础筏板厚度开端，旨在讨论节省该结构部位成本的方法。
关键词 筏板基础 经济比较 受力控制状态
一、现状分析
实际项目当中，结构设计作为辅助性专业，主要需要解决开发者面临的难题，在诸多难题之中，如何节省成本、控制前期投入在综合成本高企的今天越来越被重视，而基础是前期工作，直接影响基础开挖和主体建筑。而设计人天然希望用更多的材料保证更安全的结果，使得对底板厚度毫无控制，许多项目达到3米以上，这不仅增加了开挖难度、成本，还使得抗浮水位更高，增加本体工作量并产生更多水化热影响结构安全度。所以控制好板厚其实可以达到多重目的。
二、确定底板厚度
从结构安全的角度，底板主要抗剪、抗弯、抗冲切，但以往工程经验多采用按上部塔楼结构楼层数确定，这当然有其直接的道理，但也并非是正比关系，那么究竟什么状态可以达到平衡状态呢?
1.底板抗冲切强度
底板抗冲切分为板上墙柱对筏板的冲切和板下桩对筏板的冲切，而前者的解决相对容易且利用桩布置的优化降低冲切破坏风险，所以更重要的是后者是否满足冲切要求。
设边长为b的桩，混凝土抗冲切强度为ft，板厚hs，有效高度hs0(图1)，板的抗冲切能力为0.6*ft*Um* hs0，Um为冲切作用范围中轴线(图2)，则Um=4(b+ hs0)。另外单桩平均冲切力为`p*n/m，其中`p为单层楼面静活荷载折算重量，n为总层数，m为墙柱下桩的总数量。根据实际工程实测的综合研究总结，为使底板不冲切破坏，采用1.5倍桩的平均荷载作为桩的冲切荷载确定板厚比较合理，则必须满足条件式2.4*ft* hs0*(b+ hs0)≥1.5*`p*n/m。
简化公式令hs0≈hs，则最终公式为
hs2+b*hs≥0.625*`p*n/(ft*m) (1)
2.底板抗弯强度
底板抗弯强度必须满足各工况荷载作用下内部产生的弯矩M≤fs*As* hs0，该公式中M=1/10*q*L2，L为筏板受弯方向的净跨，`q为底板上受到折算总平均反力。`q=`p*n/(mc2)，c为桩中心距(图3)。则底板的抗弯强度为：
fs*As*hs≥1/10*`p*n*L2/(m*c2)
hs≥`p*n*L2/(10* fs*As*m*c2) (2)
3.底板抗剪强度
基础底板跟楼板相同，通常不需要验算抗剪强度，必要时再做特殊处理。
综合(1)、(2)可以看出，hs与n(层数)、m(桩数)、b(桩边长)、ft(混凝土强度等级)及跨度L等参数均有关系，因此也可以看出厚度与层数并非简单的线性关系。
三、厚度控制指标
对于一般的底板厚度及配筋设计，冲切和弯矩最终是由哪个因素起控制作用?要回答这个问题就必须从hs -`p*n/m关系来做更深入的计算研究(以下分析以平板式筏基为考虑对象)。
1. 抗冲切
由公式(1)变形得到
(3)
2.抗弯
对公式(2)按规范规定，桩距c与桩径b之比为3.5;且筏板按经济配筋率0.8%考虑，得到As=8hs。
代入公式(2)，并简化结果得到
得到结果 (4)
由上述推导公式计算确定实际板厚，并结合具体实际工程设计比较如下：
项目名称层数基础形式按推导公式计算按高层设计规程hs(mm)实际工程hs(mm)
hs(mm)控制因素
某高层住宅120梁筏550抗弯12001150
某高层住宅225梁筏1110抗弯15102250
某高层写字楼20平筏1120抗弯12002500
北方某饭店20平筏1390抗弯12101900
某高层住宅330梁筏1180冲切18002500
四、经济性分析
1.增加土方开挖量
从上表实际工程比较结果看来，实际的板厚大部分超过所需的一倍，平均向下开挖多1米左右，而当今项目发展趋势占地面积越来越大，动辄几万甚至十几万平米，土方开挖、运输都是不能忽视的成本。
2.增加混凝土的浇筑工作量
挖走的土方必须由筏板的混凝土来填充，也就增加了几万立方的混凝土浇筑量，而板厚的增加也导致施工难度增加以及水化热的增加，按一车混凝土10立方米计算，需要增加接近一万车次，直接成本接近千万，这种成本规模在项目前期确实不可小觑。
3.增加筏板构造钢筋
由于板厚增加，即使以筏板配筋率为0.15%来考虑，也将导致钢筋量增加一倍，这也将造成很大的浪费。
五、结论
经过对理论计算、设计规程、实际工程的筏板厚度比较，设计规程已经大于理论的计算值，而实际工程中由于对地下不确定性的过高估计使得其远远大于真实的需求，并且因此带来了其他的成本增加，却并没有产生任何安全性上的提升，显得不够优化、合理。
