高層建筑中筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的運(yùn)用研究

摘 要：城市化進(jìn)程在不斷的加快，高層建筑也越來越多。對于高層建筑來說，其基礎(chǔ)的選型一定要恰當(dāng)合理，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載相對較大而地基承載力相對較低時(shí)，選擇條形基礎(chǔ)仍達(dá)不到要求時(shí)，可以將基礎(chǔ)底面擴(kuò)大成為支撐整體建筑物的鋼筋混凝土板，這便是筏板基礎(chǔ)。筏板基礎(chǔ)可提高基礎(chǔ)的承載力，提高基礎(chǔ)的剛性，避免地基的不均勻沉降，因此，其在多高層建筑中的應(yīng)用越來越廣泛。本文圍繞高層建筑中筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述，以期可對實(shí)際工程產(chǎn)生一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：高層建筑；筏板基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)；運(yùn)用

引 言

高層建筑中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說至關(guān)重要。因?yàn)楦邔咏ㄖ拇怪迸c水平荷載相對較大，隨著建筑物高度的不斷增加，水平荷載形成的彎矩與剪力迅速的增大，其產(chǎn)生的傾覆力矩成倍的增長，甚至控制整個(gè)設(shè)計(jì)過程。因此，高層建筑的基礎(chǔ)受力也變得更為復(fù)雜，對于基礎(chǔ)強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性的要求就更加的嚴(yán)格。本文對高層建筑中筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與運(yùn)用進(jìn)行了簡單的探討，希望通過闡述，可以對同行間的交流（高層建筑中筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與運(yùn)用所存在的問題以及發(fā)展現(xiàn)狀）提供一定的借鑒意義。

1 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與選型

1.1 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與選型的任務(wù)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是按照上部結(jié)構(gòu)形式、工程地質(zhì)條件、施工的條件及其他有關(guān)的情況，綜合考慮之后來確定基礎(chǔ)方案與形式。高層建筑基礎(chǔ)的選型對于工程造價(jià)、施工難度以及工期的影響都是巨大的。

因此，對于高層建筑的基礎(chǔ)選型，其選用樁基或者是筏基并不是絕對的，安全可靠以及經(jīng)濟(jì)合理方是基礎(chǔ)選型的原則。所以，須因地制宜，綜合考慮場地巖土性質(zhì)以及上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，根據(jù)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比來確定。

1.2 高層建筑選擇筏板基礎(chǔ)的條件

高層建筑的基礎(chǔ)要直接建造于堅(jiān)硬的巖石上，通常包括十字交叉的條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)以及箱形基礎(chǔ)等。若地基很較軟，承載能力較低，而上部結(jié)構(gòu)的荷載又較大，（柱下獨(dú)立基礎(chǔ)與條形基礎(chǔ)）還不可提供足夠的底面積時(shí)，此時(shí)可選擇鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，其主要包括平板式以及梁板式兩種形式。

2 筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選擇依據(jù)及注意事項(xiàng)

2.1 筏板基礎(chǔ)的選擇依據(jù)

當(dāng)建筑物上部荷載較大而地基承載能力又比較弱時(shí)，用簡單的獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)已不能適應(yīng)地基變形的需要，這時(shí)常將墻或柱下基礎(chǔ)連成一片，使整個(gè)建筑物的荷載承受在一塊整板上，這種滿堂式的板式基礎(chǔ)稱筏形基礎(chǔ)。一般地基承載力較高，地下水浮力較大，基巖埋深較淺時(shí)或者基巖較淺導(dǎo)致樁長不足時(shí)，要采用筏板基礎(chǔ)?；A(chǔ)選型不僅須滿足現(xiàn)行規(guī)范所允許的沉降量以及沉降差的限制，整體結(jié)構(gòu)還須符合規(guī)范對于強(qiáng)度、剛度以及延性的要求，這里最主要的規(guī)則是選型必須要安全可靠且經(jīng)濟(jì)合理。筏板基礎(chǔ)同樣適宜應(yīng)用于地基較軟弱，承載力較低的情況。對于普通的高層建筑，一般要設(shè)置地下車庫、人防工程、庫房以及水池等，接下來，結(jié)合建筑場地的巖土工程特征減小基礎(chǔ)的選型，研究筏板基礎(chǔ)是否具有可能。

2.2 筏板基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)

筏板基礎(chǔ)作為典型淺基礎(chǔ)的形式，主要用來承擔(dān)上部建筑物的荷載。但是因?yàn)楦邔咏ㄖ暮奢d通常情況下都相對較大，不少工程在設(shè)計(jì)施工的過程中一般都很少使用筏板基礎(chǔ)，而改用樁筏基礎(chǔ)或者是樁基礎(chǔ)等基礎(chǔ)的形式。但是在部分情況下，經(jīng)過細(xì)致的研究，選擇筏板基礎(chǔ)來代替樁筏基礎(chǔ)或者是樁基礎(chǔ)，將會具備如下的優(yōu)點(diǎn)：①筏板基礎(chǔ)通常情況下具有較大的整體剛度，可以在一定程度上對地基的不均勻沉降進(jìn)行調(diào)節(jié)。②殘積層較厚時(shí)，樁基礎(chǔ)投資相對較大，而且施工時(shí)間也很長。③樁基礎(chǔ)在施工過程中對于周圍環(huán)境的影響相對較大。④樁基礎(chǔ)通常情況下是需要檢測的，檢測不合格還須進(jìn)行必要的加固。⑤筏板基礎(chǔ)的安全系數(shù)通常是大于4的，而樁基礎(chǔ)的安全系數(shù)通常是2。⑥筏板可以應(yīng)用到地下室結(jié)構(gòu)中。⑦筏板基礎(chǔ)的慣性矩通常是較大的，在風(fēng)荷載等橫向荷載的作用下，地基應(yīng)力的增量相對較小。⑧筏板基礎(chǔ)的固定點(diǎn)位于基礎(chǔ)板位置，而樁基礎(chǔ)的固定點(diǎn)位于承臺下方，所以，地震引起的水平力對于筏板基礎(chǔ)的影響相對較小。⑨樁基礎(chǔ)在地震過程中會產(chǎn)生相互激擾，導(dǎo)致不同步問題的產(chǎn)生，容易形成相互影響而造成破壞。⑩筏板基礎(chǔ)的抗震剛度相比樁基礎(chǔ)要大。

2.3 筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

①須盡可能使上部結(jié)構(gòu)的荷載和筏型基礎(chǔ)的形心相互重合，進(jìn)而確定底板的形狀與尺寸，當(dāng)需要將底板設(shè)計(jì)成為懸挑板時(shí)，須綜合對以上各因素進(jìn)行考慮，從而降低基礎(chǔ)端部地基反力過大而對基礎(chǔ)彎矩產(chǎn)生的影響。②底板厚度是由抗沖切與抗剪強(qiáng)度的驗(yàn)算確定。提高抗沖切強(qiáng)度的方式是加厚底板，一般做法為加厚柱下或者墻下局部位置的底板厚度以增強(qiáng)抗沖切能力，跨中位置的板厚或者配筋主要根據(jù)筏板抗彎計(jì)算確定，也可以選擇后張預(yù)應(yīng)力鋼筋的方法來降低混凝土的用量與造價(jià)。決定板厚的主要因素是沖切，須對筏板基礎(chǔ)進(jìn)行較為詳細(xì)的沖切驗(yàn)算。③無肋梁筏板基礎(chǔ)的配筋可以按照無梁樓蓋設(shè)置柱上板帶與跨中板帶的方法進(jìn)行計(jì)算，精確計(jì)算可選擇有限元法；對于肋梁式筏基，若肋梁高度與板厚相差較多，可以分別對底板與肋梁的配筋進(jìn)行計(jì)算，即底板以肋梁為固定支座按照雙向板對跨中與支座的彎矩進(jìn)行計(jì)算，并適當(dāng)對板跨中與支座的配筋進(jìn)行調(diào)整；④構(gòu)造配筋的要求：筏板受力筋須達(dá)到規(guī)范中0.15%配筋率的要求，懸挑板角的位置須對放射狀附加鋼筋等進(jìn)行設(shè)置，設(shè)計(jì)人員通常配置較多的受力鋼筋，而構(gòu)造鋼筋的配置卻經(jīng)常忽略。

3 高層建筑中筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 筏板基礎(chǔ)埋深與承載力的確定

高層建筑通常處于用地緊張的區(qū)域，地上建筑的高度與車庫以及水池等地下室的功能需要對于地下室的層高及層數(shù)起到了重要的作用，這也基本上確定了基礎(chǔ)底板的埋藏深度，再對建筑場地的巖土工程特征進(jìn)行研究，確定天然筏板基礎(chǔ)的可能性有多少。

天然筏板基礎(chǔ)是補(bǔ)償性的基礎(chǔ)，所以，地基的確定方法如下：直接確定地基的承載力設(shè)計(jì)值。這種方式根據(jù)地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值按相關(guān)規(guī)范根據(jù)深度與寬度的修正，從而得到承載力特征值，并采用標(biāo)慣試驗(yàn)以及壓板試驗(yàn)等和室內(nèi)土工試驗(yàn)相結(jié)合的判斷方法來對巖土的特點(diǎn)進(jìn)行確定。

3.2 筏板基礎(chǔ)的沉降

地基的驗(yàn)算主要包括承載力與變形兩方面的內(nèi)容，目前對于地基變形的精確計(jì)算相對較為困難，選擇各向同性均質(zhì)的線性變形體計(jì)算模型，使用分層總和法求得的自由沉降量通常與實(shí)測的地基變形量存在差異。這主要是由下列因素決定：①因?yàn)槔碚摷俣l件和實(shí)際狀況是不同的；②由于計(jì)算公式中選擇的計(jì)算參數(shù)、試驗(yàn)條件以及實(shí)際條件的不同所導(dǎo)致的；③由于公式計(jì)算出的建筑物沉降量僅僅和基礎(chǔ)的尺寸相關(guān)，而實(shí)測的沉降量已經(jīng)受到基礎(chǔ)剛度的影響。

所以，對高層建筑的地基變形進(jìn)行計(jì)算時(shí)，因?yàn)槭┕ね翆虞^厚通常會引起地基的回彈變形，從而使地基形成微量的隆起，地基回彈再壓縮的變形是不能忽略的。在實(shí)際施工的過程中，回彈再壓縮模量的測定與計(jì)算相對較為困難，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，回彈量大概是公式計(jì)算變形量的10～30%之間，高層建筑實(shí)際沉降觀測的結(jié)果將是該計(jì)算值的1.1～1.3倍之間。

3.3 筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式包括平板式筏基與肋梁式筏基。具體設(shè)計(jì)筏基時(shí)，不僅要盡可能的使上部結(jié)構(gòu)的荷載合力重心和筏基形心互相重合，確定底板的形狀與尺寸，還要確保底板厚度通過抗沖切與抗剪強(qiáng)度的驗(yàn)算來確定。無肋梁筏板基礎(chǔ)的配筋可以按照無梁樓蓋設(shè)置柱上板帶與跨中板帶的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，精確的計(jì)算可選擇有限元法；對于肋梁式筏基，若肋梁高度與板厚相差較多，可以分別對底板與肋梁的配筋進(jìn)行計(jì)算，即底板以肋梁為固定支座按照雙向板對跨中與支座的彎矩進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)在構(gòu)造配筋方面，筏板受力筋須達(dá)到規(guī)范配筋率的相關(guān)要求，懸挑板角的位置須對放射狀附加鋼筋等進(jìn)行設(shè)置。

3.4 裙房基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

因?yàn)槿狗康膯沃奢d相比高層主樓要小很多，所以，沒有必要選擇厚筏基礎(chǔ)，選擇薄板配柱下獨(dú)立擴(kuò)展基礎(chǔ)便可滿足要求。這里須注意的是，裙樓獨(dú)立柱基的沉降量和主樓筏板基礎(chǔ)的沉降量必須保持同步，即控制沉降差處于允許值的范圍之內(nèi)。須按照公式對主樓的沉降量S進(jìn)行計(jì)算，再按照各柱的荷載N值與S值反算出各個(gè)獨(dú)立柱基礎(chǔ)的面積A。

3.5 筏板基礎(chǔ)的抗浮問題

若底板埋藏深度較大，地下水位有可能對底板產(chǎn)生浮托力，從而對抗拔錨桿進(jìn)行設(shè)置，但是從施工的過程發(fā)現(xiàn)，只要確保做好如下幾方面的工作，就沒有必要設(shè)置抗浮錨桿。①在地下室施工的過程中進(jìn)行有序排水或者是限制水位，確?；A(chǔ)底板以下不會形成浮托力；②當(dāng)?shù)叵率遗c地面上對應(yīng)有限幾層的結(jié)構(gòu)完成之后，筏板基礎(chǔ)底板上的結(jié)構(gòu)自重要大于實(shí)際的上浮力，此時(shí)，整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以保持穩(wěn)定；③地下室在施工的過程中可以確?；痈稍?，基礎(chǔ)與地下室結(jié)構(gòu)以及地上2層結(jié)構(gòu)的施工可以順利完成。

這里需要注意的是，對于某些地下室較大且較深，但是地面以上層數(shù)較少的建筑，就應(yīng)該按照上述總體平衡的原則對抗浮錨桿進(jìn)行計(jì)算確定。另外，對于地下室的面積較大而主體塔樓面積相對較小的建筑，須對裙房部位的浮托力能否和結(jié)構(gòu)自重保持平衡進(jìn)行驗(yàn)算，達(dá)不到要求時(shí)須對抗浮錨桿進(jìn)行設(shè)置。

4 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑的基礎(chǔ)選型對于整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，是至關(guān)重要的，它直接影響到工程的造價(jià)、施工的難度以及工期，所以，應(yīng)該對場地巖土的性質(zhì)以及上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真研究，根據(jù)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比確定。高層建筑的基礎(chǔ)選型一定要秉承因地制宜的原則，必須要滿足國家與行業(yè)規(guī)范的要求，本文對高層建筑中筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與運(yùn)用進(jìn)行了簡單的介紹，期望可以對實(shí)際工程起到一定的借鑒作用。

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作者簡介：孫遜（1981-），男，碩士，國家一級注冊結(jié)構(gòu)師，中級工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。