淺談高層建筑混凝土平板式與梁板筏板基礎設計

梁亮亮 王偉明

摘要:隨著社會的不斷發(fā)展與進步,重視高層建筑混凝土平板式與梁板筏板基礎設計具有重要的意義.本文主要探討高層建筑混凝土平板式與梁板筏板基礎設計中的有關內(nèi)容.

關鍵詞:高層 建筑 混凝土 筏板 基礎設計

Abstract: with the continuous development of society and progress,?the high-rise building plate beam slab of concrete with raft foundation design is of great significance. The article mainly discusses high-rise building plate beam slab of concrete and?related content in tube raft foundation design.

Key Words: high building concrete raft foundation design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

引言

當高層建筑的層數(shù)和高度增加到一定程度時，它的整體結構、功能、經(jīng)濟可行性都將發(fā)生質(zhì)的變化。與多層建筑相比，在設計上、技術上都有許多關鍵問題需要加以考慮和解決。平板式筏基為無梁體系，傳力簡捷，整體剛度好，施工速度快，是高層建筑框架結構常用的基礎形式。

1.工程概況

金大洲住宅小區(qū), ,其中16號樓為34層的高層住宅,建筑總高度為99.8 m,主體結構為剪力墻結構,設一層地下室。本工程主體為剪力墻結構,剪力墻間距小,剛度大,整體性好,故基礎采用平板式筏板。筏板厚度結合上部剪力墻間距、荷載分布及地基剛度綜合計算后確定為1 400 mm,C30混凝土,HRB335主筋?；A計算采用PKPM CAD工程部編寫的JCCAD進行分析計算,對筏板按有限元網(wǎng)格進行自動劃分,并按板元法計算。上部結構用SATWE計算時點取“生成基礎的剛度”選項,考慮上部結構剛度凝聚,在基礎計算時迭加上部結構凝聚剛度和荷載向量,筏板上剪力墻考慮高度為10 m,有限元網(wǎng)格劃分為1 m網(wǎng)格。本工程沉降計算時首先要按地勘報告輸入地質(zhì)數(shù)據(jù),讀取考慮上部結構剛度后的SATWE荷載,進行沉降試算。計算出平均沉降S1,求出板底土反力基床系數(shù)K。K=總面荷載值p(準永久值)/平均沉降S1(m)。

對于基底土局部地層分布不均勻,采取換填低強度等級的素混凝土或采用碎石、卵石等材料碾壓或振密處理,上部結構荷載在筏板基礎上分布不均勻,可以對其K值進行修正。本工程基礎采用平板式筏板,設計中按有限元計算并考慮不利因素適當調(diào)整配筋。其配筋量比倒扣樓蓋節(jié)省25%左右。工程施工完后,主體沉降等各項指標均滿足規(guī)范要求。

2.高層建筑基礎選用筏形基礎的優(yōu)勢

(1)筏形基礎可充分發(fā)揮地基承載力。

(2)筏形基礎沉降小,調(diào)整地基不均勻沉降的能力強。

(3)施工方便且造價低。

3.平板式筏基的結構設計

3.1 地基基礎結構方案選擇

高層建筑常用的基礎結構型式為樁基礎，①采用預應力管樁基礎，以強風化花崗巖為樁端持力層，由于場地基巖埋深相對較淺，地下室開挖后，最短有效樁長僅為2m左右，且場地局部地段在殘積層中存在中風化巖孤石，對預應力管樁施工帶來困難。②采用人工挖孔樁基礎，以中微風化花崗巖為樁端持力層，人工挖孔樁成孔時要穿過堅硬土層進入穩(wěn)定、完整的基巖需要降水和爆破，且要等到齡期后才能進行樁的檢測和驗收，施工周期長，工程投資高，同時，人工挖孔樁還存在施工危險性高，容易對周邊建筑物造成影響等缺點。

3.2 筏板基礎的平面布置

盡量使建筑物重心與筏基平面的形心重合。筏基邊緣宜外挑，挑出寬度應由地基條件、建筑物場地條件、柱距及柱荷載大小、使地基反力與建筑物重心重合或盡量減少偏心等因素綜合確定，一般情況下，挑出寬度為邊跨柱距的1/4～1/3。

3.3 選用恰當?shù)牡鼗庑秃陀嬎惴椒?/p>

一個筏基可以包括兩個獨立的受力系統(tǒng)：一是底板，另一是加勁結構系統(tǒng)。底板的板底應力應符合公式的要求：Pkmax=（Fk Gk）/A M/W≤1.2fa。平板筏基的內(nèi)力分析，理論上有剛性板法和彈性地基梁、板法。對于剛性板法，它可按倒樓蓋的假定進行設計，以板底凈反力作為分布荷載，柱（墻）視為支座進行內(nèi)力分析，計算筏板由局部彎曲引起的內(nèi)力。雖然可以不考慮整體彎曲，但在端部附近范圍內(nèi)擬增大基底反力10%~20%；對于相鄰柱間荷載與柱間距變化不大時，也可采用條帶法計算。

對于彈性地基梁、板法，由于計算元素數(shù)量多，運算工作量大，通常采用計算機程序輔助設計。將筏板設成兩種基本單元——矩形彎曲板單元和板架梁單元，并提供三種地基模型：①文克爾地基模型；②分層總和法（又稱有限壓縮層）地基模型；③有樁基約束的地基，即復合地基模型。根據(jù)不同的土層地質(zhì)情況，選用相應的地基模型:

文克爾地基模型，適用于軟土地基，壓縮層較薄的地基、砂土地基等，在實際使用時，重要的是選用適當?shù)幕蚕禂?shù)。

分層總和法地基模型，適用于地基較復雜、地基剛度變化大或需要計算沉降值的基礎。

復合地基模型，較適用于筏板下有樁的情況。

筏板的板厚，按現(xiàn)行規(guī)范提供的沖切計算公式確定。筏板厚度須滿足沖切承載力要求，且應驗算距內(nèi)筒邊緣或柱邊緣h0處筏板的受剪承載力。當筏板厚度變厚時，還應驗算變厚處筏板的受剪承載力。

筏板的加勁結構系統(tǒng)，是防止底板各支承點發(fā)生過大的差異沉降。除計算底板的應力外，還要計算建筑物沉降后對基礎底板形成的撓度，合理地選擇板厚及相應的配筋和布置暗梁，使其不致產(chǎn)生明顯的裂縫或滲漏。

3.4 筏板基礎厚度的確定

筏板基礎的厚度由抗沖切和抗剪強度確定，同時要滿足抗?jié)B要求，局部柱距及柱荷載較大時，可在柱下板底加墩或設置暗梁且配置抗沖切箍筋，來增加板的局部抗剪切能力，避免因少數(shù)柱而將整個筏板加厚。除強度驗算控制外，還要求筏板基礎有較強的整體剛度。一般經(jīng)驗是筏板的厚度按地面上樓層數(shù)估算，每層約需板厚50mm~80mm。本工程塔樓地上21層，筏板厚度為1100mm；部分軸力較大的柱，柱下板底加墩，柱墩厚度為1600mm。

3.5 筏板基礎的內(nèi)力分析

筏板基礎的內(nèi)力分析常用簡化計算方法，其最基本的特點是將由上部結構、基礎和地基3部分構成的一個完整的靜力平衡體系，分割成3個部分，獨立求解。倒樓蓋法是應用得最廣泛的一種簡化計算方法。倒樓蓋法適用于地基比較均勻、筏板基礎和上部結構剛度相對較大、柱軸力及柱距相差不大；其缺點是完全不能考慮基礎的整體作用，也無法計算撓曲變形，夸大上部結構剛度的影響。

上部結構、基礎和地基三者的關系是相互影響、相互制約的關系。把上部結構、基礎和地基三者作為一個共同工作的整體的計算方法，其最基本的假定是上部結構與基礎、基礎與地基連接界面處變形協(xié)調(diào)，整個體系符合靜力平衡。對于基礎，由于考慮了上部結構的貢獻，使其整體彎曲變形和內(nèi)力減小，而取得較為經(jīng)濟的效果；對于上部結構，由于考慮了因基礎變形引起的變形，這種變形將使上部結構產(chǎn)生次應力，考慮了這種次應力，結構將更安全。

3.6 平板式筏基的結構構造 現(xiàn)行建筑《地基基礎設計規(guī)范》中，對平板式筏基的計算及構造作了詳細的規(guī)定。

鋼筋的配置，平板式筏基柱下板帶和跨中板帶的底部鋼筋應有1/2~1/3貫通全跨，且配筋率不應小于0.15%；頂部鋼筋應按計算配筋全部連通。為加強筏板的強度，可沿柱網(wǎng)下增設暗梁，每側比柱寬出50mm，梁高與板厚相同，利用筏板配箱作為暗梁縱向鋼筋，布置一定量的箍筋，以構成柱下暗梁。平板式筏基板厚往往比較厚，宜每隔20~40m設置后繞帶，或按超長超寬大體積混凝土進行無縫設計與施工。平板式筏基具有許多優(yōu)點，它能最大限度地發(fā)揮地基的承載力，并且具備足夠的剛度以調(diào)整不均勻沉降，或跨越地基局部的小溶洞或溶槽。它結構簡單，施工方便，工期短，對于上部建筑較規(guī)整的柱網(wǎng)和柱（墻）荷載不大的情況下，選用平板式筏基最為適宜；在當采用條基或交叉梁基礎難以滿足地基承載力或變形要求時，平板式筏基是一種很好的選擇。

結束語

高層建筑基礎設計是制約高層建筑的安全可靠性和經(jīng)濟合理性的關鍵環(huán)節(jié),直接關系到工程造價、施工難度和工期。因此高層建筑的基礎選型應因地制宜,對于場地簡單、承載力高的土層埋藏較淺時,可選用筏板基礎,并選擇合理的計算模型進行分析計算,可以做到“安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理”的預期目標。

參考文獻

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