筏形基础

定义

作为专业术语，筏形基础指柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋混凝土基础^[1]。按现行技术规范，它分为平板式和梁板式两种类型，选型要综合考虑地基土质、上部结构体系、柱距、荷载大小、使用要求和施工条件^[4]。平板式筏基由一整块等厚度的钢筋混凝土平板构成，板厚常用0.5米至2.5米，柱直接支承在板上，施工方便、建造较快；柱荷载不大、柱距较小且柱距接近时常用这种形式，荷载较大时可在柱下局部加大板厚^[5]。

梁板式筏基则以底板配合基础梁工作，肋梁可设在底板之上或之下，形成上平或下平两种布置，用于柱荷载大、柱距较大的情况^[6]。从构造上看，它与倒置的钢筋混凝土楼盖相似，柱和墙传来的荷载先经板、梁扩散，再传给地基^[3]。筏板可以直接置于天然地基上，当地基承载力偏小时也可放在桩顶，构成桩筏基础^[5]。

原理

筏形基础的基本思路是把建筑物的集中荷载尽量均匀地摊到扩大的基底面积上，从而降低单位面积的基底压力^[2]。设计时通常先按地基土的承载力和变形要求确定平面尺寸，再由基底反力求出基础弯矩和剪力，据此确定板厚与配筋，同时验算抗冲切、抗剪切和地基稳定性^[5]。为避免基础产生整体倾斜，规范要求单幢建筑在均匀地基上尽量使基底平面形心与结构竖向永久荷载重心重合；难以重合时，在作用准永久组合下的偏心距 e 宜满足 $e \le 0.1W/A$，式中 W 为与偏心距方向一致的基础底面边缘抵抗矩，A 为基础底面积^[4]。

flowchart TD

A[上部结构荷载] --> B[柱、剪力墙]

B --> C[筏板与基础梁]

C --> D[基底反力]

D --> E[地基土]

内力分析主要有几类做法。柱网规则、柱距相等且截面相同时，可把筏板离散为板带，按地基上梁的方法求解；也可把筏板或肋梁当作地基上的板或梁板组合体系，采用刚性板法、双向板法或倒楼盖法；弹性地基上梁板求解繁琐，工程中多改用级数法、链杆法、有限差分法和有限单元法等近似手段^[3]。规范还给出简化条件：地基土比较均匀、压缩层范围内没有软弱土层或可液化土层、上部结构刚度较好、柱网和荷载较均匀、相邻柱荷载及柱距变化不超过20%，且梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6时，可只考虑局部弯曲，基底反力按直线分布计算；不满足时则应按弹性地基梁板方法或考虑上部结构、基础与地基共同作用的方法分析^[4]。

发展历程

在武汉地区，钢筋混凝土平板基础于20世纪20年代开始被采用，当时仅限于4层以上的楼房，因整体承载能力较强、施工方便而推广较快^[7]。1952年建成的中南行政大楼为加大整板基础的刚度，在整板四周加设钢筋混凝土反梁，使基础外形呈船筏状，筏形基础由此得名^[7]。此后这种基础在地基软弱的汉口城区多被采用，武昌沿江地段和汉阳沿汉水一带也有使用，并长期普遍应用于10层以下房屋^[7]。

我国对这类基础的技术规定最早见于《高层建筑箱形基础设计与施工规程》JGJ 6-80，现行规范中梁板式筏基底板受冲切、受剪承载力的验算方法即源于该规程^[4]。此后《建筑地基基础设计规范》GB 50007 以专门一节规定高层建筑筏形基础的设计与构造要求，《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ 6-2011 则对术语、设计计算和施工监测作出系统规定^[1][8]。

应用

筏形基础主要用于上部荷载大、地基承载力低或土层分布不均匀的建筑。工程中常见于高层框架、框剪和剪力墙结构，也用于地基承载力较低、地质条件较差或持力层较浅且土层较均匀的场地^[6]。平板式筏基由于施工简单，在高层建筑中应用最为广泛^[9]。规范还指出，框架-核心筒结构和筒中筒结构宜采用平板式筏形基础^[4]。

带地下室的建筑常把筏板兼作地下室底板。高层建筑的地下室多用作停车库，建筑上不允许设置过多内墙，箱形基础的使用因此受限，而筏板基础既能发挥地基承载力、调整不均匀沉降，又能满足大空间的使用要求，因而成为较理想的基础形式^[9]。在地下水位以下，筏板还要满足地下室和贮液结构物的防水构造要求^[3]。当天然地基承载力不足时，可在筏板下加设基桩形成桩筏基础^[5]。

局限

筏形基础的材料用量和施工难度高于独立基础、条形基础。平板式筏基板厚往往偏大，混凝土用量多，而厚板属于大体积混凝土，浇筑后水泥水化热不易散发，板内部与表面形成较大温差，容易产生早期温度裂缝^[10]。梁板式筏基虽然节省混凝土，但肋梁加大了结构高度和开挖深度，延长工期，梁板厚度不同还会导致散热不均和收缩不同步，在梁板交界处形成应力集中^[11]。

板厚通常由受冲切和受剪承载力控制，而不是只按抗弯确定。平板式筏基的板厚必须满足柱下和内筒下的受冲切要求，梁板式筏基底板除正截面受弯外，还要验算冲切和剪切；承载力不足时，需在筏板上增设柱墩、局部加厚板厚或配置抗冲切钢筋^[4]。地下水位较高时，施工期间的抗浮问题也比较突出，曾出现结构施工到地面后因停止降水而使整个地下室上浮的工程问题，因此需要专门进行抗浮设计并持续监测地下水位^[8]。

筏形基础并不能解决所有不良地质问题。当地基中存在岩石与软土同时出现等显著软弱不均情况，可能出现反向挠曲和倾斜时，单纯依靠筏板难以奏效，必须先对地基进行处理^[3]。另外，高层建筑荷载重、质心高，基础一旦开始倾斜，建筑物总重会对基底形心产生新的倾覆力矩，进而带来新的倾斜增量，倾斜可能随时间持续发展直至地基变形稳定^[4]。

参见

• 箱形基础 —— 由底板、顶板和内外墙组成的空间整体基础，刚度通常大于筏形基础，两者常在同一本规范中并列规定。

• 桩基础 —— 筏板下设桩即构成桩筏基础，用于天然地基承载力不足的情况。

• 条形基础 —— 柱下或墙下的条形扩展基础，其承载力和变形不满足要求时常改用筏形基础。

• 独立基础 —— 单个柱下分散设置的基础，与筏形基础同属浅基础。

• 地基承载力 —— 确定筏形基础平面尺寸和选型的主要依据之一。

• 大体积混凝土 —— 厚筏板浇筑涉及的水化热与温度裂缝控制问题。