新世界商業(yè)中心超限高層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

張明月

摘要： 新世界商業(yè)中心主塔樓高度139.95m，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地上31層，地下4層?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，采用PKPM-JCCAD計算軟件，進行基礎(chǔ)受力及沉降計算，滿足上部結(jié)構(gòu)承載的需要。由于地下室埋深較大，地下水位較高，進行結(jié)構(gòu)整體抗浮及局部抗浮計算，通過設(shè)置抗浮樁使結(jié)構(gòu)抗浮滿足規(guī)范要求，確保結(jié)構(gòu)安全。

Abstract： In the New World Trade Center， the main tower height is 139.95m， and it uses the reinforced concrete frame-shear wall structure， 31 floors above ground， 4 floors under the ground. The foundation uses the reinforced concrete raft foundation， and by using the PKPM-JCCAD computation software to carry on the foundation stress and the settlement computation， it satisfies the need of the upper structure bearing. Because the depth of the basement is large and the underground water level is high， the anti-floating and local anti-floating calculation of the whole structure should be taken， and the anti-floating pile is set up to make the structure's anti-floating meet the requirements， so as to ensure the safety of the structure.

關(guān)鍵詞： 框架-剪力墻；筏板基礎(chǔ)；沉降；抗浮樁

Key words： frame-shear wall；raft foundation；settlement；anti-floating pile

中圖分類號：TU398+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0134-02

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，近年來我國的超高層建筑也隨之飛速發(fā)展，要保證超高層建筑的結(jié)構(gòu)安全，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要。因此，在超高層的基礎(chǔ)設(shè)計中，應結(jié)合上部結(jié)構(gòu)布置及工程地質(zhì)勘察資料，綜合考慮建筑的安全、經(jīng)濟、材料及施工工藝等因素，采用合理的基礎(chǔ)方案，進行詳細的計算分析，采用合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，確保建筑基礎(chǔ)設(shè)計的安全。

現(xiàn)如今，超高層建筑地下埋置深度較深，且高低建筑連為一體，層數(shù)差別較大，荷載差異較大，基礎(chǔ)設(shè)計時應重點考慮差異沉降和相鄰基礎(chǔ)的影響，同時考慮地下水浮力的不利影響，上述問題是當今設(shè)計界的一大難點和熱點。本文依托實際工程，采用合理的技術(shù)手段，著重解決超高層建筑筏型基礎(chǔ)差異沉降及地下水浮力對結(jié)構(gòu)的不利影響，提出合理的解決方案。

1 工程概況

本項目地塊位于沈陽市和平區(qū)，地上共31層，地下4層，主屋面高度為139.95m。本工程地下二層至地下四層為車庫及主要機電設(shè)備用房，地下四層層高為4.60m，地下二至三層層高均為3.85m；地下一層與地上5層裙房為商場，地下一層層高為5.30m，裙房一層層高為6.50m，二～四層均為5.20m，五層層高為5.55m，裙房的主屋面高度為27.65m；裙房以上主樓為26層的辦公樓，各層層高為4.3m，屋面層層高為4.55m，頂部另有1層5.95m高的電梯機房層，主樓與裙房結(jié)構(gòu)上連為一體。

本工程結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，本工程主樓的結(jié)構(gòu)高度為139.95m，7度抗震設(shè)防，超過A級高度鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度120m （120m<139.95m<140m）屬B級高度，為高度超限高層建筑[1，2]。同時存在平面凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（扭轉(zhuǎn)位移比為1.39）和塔樓偏置（局部樓層偏心距大于15%）兩項不規(guī)則，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、塔樓偏置的特別不規(guī)則的超A級高層建筑[3]。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

勘察場地位于沈陽市和平區(qū)南京街西側(cè)。場地地形平坦，由于勘測期間建設(shè)單位正在拆除原有建筑物地下基礎(chǔ)，故地面形成基坑形狀，地面標高為35.50～42.80m。地貌類型屬渾河高漫灘及古河道。

2.2 水文地質(zhì)條件及抗浮設(shè)計水位

勘察場地近期地下水位埋深8.00～15.60m，標高為27.10～27.50m，地下常年水位年變化幅度約2m左右?？垢≡O(shè)計水位標高建議按39.0m考慮。

勘察期間，場地所有鉆孔遇見地下水，地下水類型為潛水，主要賦存在⑤礫砂層及以下砂類土層中，其主要補給來源為大氣降水及渾河側(cè)滲，其排泄方式主要靠大氣蒸發(fā)、人工開采及地下徑流，水位埋深8.00～15.60m左右，相對標高為27.10～27.50m。

2.3 地下水對建筑材料的腐蝕性評價

本場地環(huán)境類型屬Ⅱ類。根據(jù)在2個鉆孔中所取2件地下水樣的水質(zhì)分析結(jié)果，判定地下水對砼結(jié)構(gòu)無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

2.4 場地地震效應

本場地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。場地地基土20m內(nèi)等效剪切波速度平均值Vse=275m/s，場地覆蓋層厚度介于55～57.8m之間，大于5m，建筑場地類別為Ⅱ類。設(shè)計特征周期為0.35s，根據(jù)場地實測剪切波速和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010中表4.1.3，場地土類型為：①雜填土為軟弱土、②中砂、⑥1粉質(zhì)粘土、⑦1細砂為中軟土、③礫砂、③1中砂、④圓礫、④1粗砂、⑤礫砂、⑥圓礫、⑦礫砂、⑧花崗片麻巖（全風化）為中硬土、⑩花崗片麻巖（中風化）為軟質(zhì)巖石。

場地為對建筑抗震有利地段。

場地飽和砂土在地震烈度為7度時不液化。

2.5 基礎(chǔ)埋深及基礎(chǔ)形式

本工程地下四層，地下室底板頂標高為-17.60m，基礎(chǔ)采用平板式筏型基礎(chǔ)見圖1，塔樓部分地下室底板厚度為3.5m/4.0m，基礎(chǔ)底板底標高為-21.1m/21.6m，基礎(chǔ)持力層為第⑤層礫砂，地基承載力特征值為500kPa。核心筒下電梯基坑深5.0m，基礎(chǔ)底板底標高為-26.6m，基礎(chǔ)持力層為第⑥層圓礫，地基承載力特征值為600kPa.；裙房地下室底板厚度為1.80m，基礎(chǔ)底板底標高為-19.4mm。基礎(chǔ)持力層為第⑤層礫砂，地基承載力特征值為500kPa。

3 地基基礎(chǔ)

3.1 基礎(chǔ)反力及沉降計算

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，基礎(chǔ)均采用筏板基礎(chǔ)，剪力墻核心筒部位底板厚度為4000mm，主樓下筏板基礎(chǔ)厚度為3500mm，其余裙房及地下室部分筏板基礎(chǔ)厚度為1800mm。

基礎(chǔ)計算時，恒活荷載計算取“模擬施工加載2”，并考慮上部結(jié)構(gòu)剛度；計算模型取彈性地基梁板模型，基床反力系數(shù)取20000kN/m3。

計算結(jié)果見圖2，中心點最大沉降約為39.0mm，平均沉降為15mm，4m核心筒下基底最大反力約為800kPa，3.5m平均反力約為630kPa，1.8m筏板下平均反力為300 kPa。

4m厚筏板中心沉降為39mm，邊緣沉降為33mm，長向整體撓曲值為（39-33）/16000=0.0375%，短向整體撓曲值為（39-35）/10000=0.04%，滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》8.4.22中筏板整體撓度值不大于0.05%的要求[4]。

3.5m厚筏板中心沉降為39mm，邊緣沉降為33mm，長向整體撓曲值為（39-23）/33000=0.048%，短向整體撓曲值為（39-25）/26000=0.053%，基本滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》8.4.22中筏板整體撓度值不大于0.05%的要求[4]。

3.2 裙房及地下室抗浮計算

裙房部分：

裙房及地下室部分重量較小，這部分結(jié)構(gòu)將因地下水壓力而產(chǎn)生向上的浮力作用，故在裙房及地下室部分底板下設(shè)置抗浮樁。

本工程地下室底板建筑標高為-16.85m，其下為750mm厚架空排水層，由于架空層卵石之間縫隙較大，容重不利按16kN/m3計算，每層鋼筋混凝土自重按照25kN/m3。根據(jù)先期與建筑專業(yè)的溝通，由于地下室及裙樓部分不做地熱，僅預留50mm厚面層即可。此部分按砂漿容重20kN/m3計算。裙樓屋頂均布置花園，最薄處500mm，容重按16kN/m3計算。

地下室底板厚1800mm；地下三層、地下二層、地下一層樓板厚150mm；一層地面樓板板厚為200mm；地上一層～地上四層板厚130mm；地上五層板厚180mm。

裙房部分總重量：q=40.09+25.48+6.84+8+8+12+45=145.41kN/m2；

水浮力：1.05×10×（17.6+1.8-3.85）=164kN/m2。

結(jié)論：每平米尚存18.6kN/m2的水浮力，抗浮力不滿足要求，需設(shè)置抗浮樁。

純地下室部分根據(jù)計算也設(shè)置抗浮樁。

單樁豎向抗拉承載力特征值：

抗拔樁：BH6孔：P=3.14×0.6×（7×50+5.5×65）×0.6=800kN；

樁身強度：0.7×14.3×3.14×0.6×0.6/4=2828kN（0.6-2400）/1.35=2094/1795kN；

樁身強度：Ra=1700kN；

樁端裂縫？棕max=0.208mm。

綜上所述，底板抗浮樁采用螺旋鉆孔壓灌樁，單樁豎向抗拔承載力特征值為800kN。樁長15m，樁間距為1.5m。樁身混凝土強度等級為C30，施工嚴格按照規(guī)范執(zhí)行。

4 結(jié)論

本工程通過采用合理的基礎(chǔ)設(shè)計方案，將主樓結(jié)構(gòu)剪力墻下基礎(chǔ)底板連成一片并適當增加其厚度，提高基礎(chǔ)的整體性和剛度，抵抗由地震作用、風荷載作用產(chǎn)生的基底彎矩。

通過設(shè)置抗浮樁抵抗水浮力的不利影響，使結(jié)構(gòu)在最不利水浮力下確保結(jié)構(gòu)安全。

參考文獻：

[1]GB50001-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]JGJ3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]徐培福，傅學怡，等.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[4]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.