地基基础的优化(筏板与无筏板的思路)
面对建筑物地基基础设计,通常的设计思路是看地层的承载力是否满足建筑物的荷载要求,根据建筑物的荷载,地勘报告提供的地基土的承载力,确定基础筏板的厚度与配筋。
通常的考虑次序是先看地基土的天然承载力,然后考虑复合地基的承载力,最后才是桩基础形式。按照这个次序考虑下来,在基础底板的弯矩确定基础的厚度与配筋,这种次序实在是个误区。
建筑物的垂直压力,通常集中在柱或者梁,这种集中分布的垂直压力,局部的压强通常大于地基土的承载力,通过基础底板抗弯、抗剪,将这种集中分布的压力扩散开,使得基础下边整体压力低于地基土(复合地基)承载力,在这种考虑方法下,基础底板往往很厚,配筋也很多,需要大量的钢筋以及混凝土。
换个思路考虑一下力的分布与传递,可以使得地基与主体结构的力学体系得到优化,最大限度的节省材料与造价。建筑物的受力基本上集中在地基梁与柱上面,不将这些垂直压力分散给地基基础,而是直接以钢筋混凝土灌注桩的形式,用桩来承担所有的建筑物荷载。地下打桩的费用与天然地基或复合地基相比,肯定是要增加很多。但是能够省去基础底板,基础底板不承担整体的建筑物重量,这时的基础底板只需考虑地下水的抗力或地下室内物体的荷载,基础底板的厚度可以大幅减少,由此节省的费用与打桩增加的费用相比,采用最优化最经济的方法。
考虑到建筑物的整体沉降,如果建筑物全部荷载由桩基础承担,建筑物的底板也会随着产生沉降,如果采用这种设计方案,基础底板厚度较小,如果底板直接与地基土接触,在桩下沉的过程中,有可能对基础底板造成破坏,面对这种情况,只需按照预估沉降量,在基础底板下设置压缩层,在建筑物整体沉降时,底板将压缩层压回,保证底板不承担建筑物沉降时地基土的反力即可。
建筑物如果从成本上讲,优先选用桩基础,将建筑物的垂直荷载由桩承担,放弃基础筏板,这样可以节省更大的费用。