商業(yè)綜合體的基礎(chǔ)設(shè)計

徐莊華

（筑博設(shè)計股份有限公司，上海 200070）

1 工程概況

本工程商業(yè)綜合體項目位于內(nèi)蒙古呼和浩特市,設(shè)防烈度8度。包括：1#、2#辦公樓，框架-核心筒結(jié)構(gòu)；1#、2#裙房，框架結(jié)構(gòu)；地下車庫，地下2層，框架結(jié)構(gòu)。本工程均設(shè)有2層地下室,各單體在標(biāo)高正負零以上通過設(shè)置抗震縫分成4個獨立的抗震單元（圖1）。

圖1 分區(qū)平面示意

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

2.1 本項目主要設(shè)計參數(shù)

建筑抗震設(shè)防類別丙類，抗震設(shè)防烈度8度，基本地震加速度0.20 g，場地特征周期0.35 s，設(shè)計分組為第一組，場地類別為二類，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γo為1.0，地震反應(yīng)阻尼比為0.05，設(shè)計用年限為50 y，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。

2.2 各單體工程概況（表1）

3 基礎(chǔ)設(shè)計概況

3.1 自然地理

本地區(qū)屬于內(nèi)蒙古中緯度內(nèi)陸高原，典型的干旱、半干旱大陸性季風(fēng)氣候，降雨量少而集中，蒸發(fā)強烈、干燥多風(fēng)、溫差變化大，同時因受陰山山脈的影響，形成比較優(yōu)越的小氣候環(huán)境。據(jù)有關(guān)氣象站觀測資料：歷年年平均降雨量400.00 mm，多集中于7～9月份，占全年降雨量的77%；年平均蒸發(fā)量1781.80 mm，月平均最低氣溫-13.0℃、最高氣溫21.9℃；年平均風(fēng)速1.67 m/s，最大風(fēng)速可達25.00m/s；全年無霜期130d，地表最大凍結(jié)深度160 cm。

3.2 建筑基礎(chǔ)設(shè)計形式及基礎(chǔ)持力層選擇

基坑開挖深度按自然地面下10.0 m?；娱_挖后基底出露土層為④細砂層。選擇④細砂層作為基礎(chǔ)持力層，承載力特征值fak=240 kPa，基礎(chǔ)設(shè)計類 型采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)等級為甲級。

3.3 抗浮設(shè)防水位

根據(jù)該區(qū)域歷年水文地質(zhì)調(diào)查資料可知，該區(qū)域穩(wěn)定地下水位應(yīng)在自然地面下約10.0 m左右，因此本次抗浮設(shè)防水位高程按1 060.00 m考慮。

表1 各單體工程概況

3.4 地基土層主要物理力學(xué)參數(shù)（表3）

表3 地基土層主要物理力學(xué)參數(shù)

3.5 考慮裙房修正后的地基承載力特征值

由于主樓周邊有裙房，裙房對主樓下地基承載力有提高作用。用軟件建立模型后，可以計算得出裙房下地基反力圖。由YJK-F計算得到該最大標(biāo)準(zhǔn)值為421 kPa左右，折算覆土深度[1]為5.11 m（圖2）。

圖2 主體結(jié)構(gòu)剖面及覆土折算高度示意

（1）天然地基承載力驗算

根據(jù)地基規(guī)范5.2.4：

4 筏板基礎(chǔ)受力分析

4.1 YJK基礎(chǔ)軟件計算分析

主要計算參數(shù)：軟件計算方法采用彈性地基梁辦法，沉降計算方法采用等效做法，后澆帶施工前的加荷載比例取0.5，已知細砂層為持力層，基床反力系數(shù)為20 000 kN/m3，抗浮水位為-11.2 m，水浮力標(biāo)準(zhǔn)組合系數(shù)1.05，水浮力的基礎(chǔ)組合系數(shù)為1.4，基礎(chǔ)混凝土等級為C35。

本工程裙房底板板厚取600 mm[2]，裙房柱墩厚度1 000 mm，主樓核心筒區(qū)域底板板厚2 200 mm，主樓范圍其他區(qū)域底板板厚1 600 mm。

4.2 后澆帶的設(shè)置與封閉時間

為防止塔樓與裙房沉降之間可能產(chǎn)生的有害裂縫，在塔樓A與塔樓B周圍設(shè)置沉降后澆帶，寬度800 mm。同時由于裙房底板長度過長，一般需要40 m左右設(shè)置一條溫度后澆帶，寬度800 mm。

后澆帶封閉時間可分兩種：①主要考慮溫度和混凝土收縮而引起的變形，即溫度后澆帶,宜在60 d后及氣溫較低時封閉；②當(dāng)后澆帶調(diào)節(jié)沉降差時,一般應(yīng)在主樓結(jié)構(gòu)完成、隔墻砌筑完畢及沉降基本穩(wěn)定后封閉。

4.3 核心筒沖剪計算

框筒結(jié)構(gòu)的核心筒底板厚度應(yīng)由沖切驗算確定（圖 3）。

4.3.1 根據(jù)《地基規(guī)范》[3]8.4.8條

受沖切承載力計算公式：

式中：Fl——相應(yīng)于作用的基本組合時，內(nèi)筒所承受的軸力設(shè)計值減去內(nèi)筒下筏板沖切破壞錐體內(nèi)的基底凈反力設(shè)計值（kN）；

um——距內(nèi)筒外表面h0/2處沖切臨界截面的周長（m）；

βhp——受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)h≤800 mm 時，取 βhp=1.0；當(dāng) h≥2 000 mm 時，取βhp=0.9，其間按線性內(nèi)插法取值；

h0——距內(nèi)筒外表面h0/2處筏板的截面有效高度（m）；

η——內(nèi)筒沖切臨界截面周長影響系數(shù)，取1.25。

根據(jù)YJK計算結(jié)果，當(dāng)基礎(chǔ)組合1.35恒+0.98活時，F(xiàn)l出現(xiàn)最大值101 216.7 KN。

按 式 8.4.8 得 ：101 216.7 ×1 000/（66 960 ×2 140）≤ 0.7×0.92×1.57/1.25，

0.71≤0 .808 滿足規(guī)范要求。

圖3 1#樓沖剪計算平面

4.3.2 根據(jù)《地基規(guī)范》8.4.10

受剪承載力計算公式：

式中：Vs——相應(yīng)于作用的基本組合時，基底凈反力平均值產(chǎn)生的距內(nèi)筒或柱邊緣h0處筏板單位寬度的剪力設(shè)計值（kN）；

bw——筏板計算截面單位寬度（m）；

h0——距內(nèi)筒或柱邊緣h0處筏板的截面有效高度（m）。

根據(jù)YJK計算結(jié)果，當(dāng)基礎(chǔ)組合1.35恒+0.98活時，Vs出現(xiàn)最大值1 131.8 kN。

按式8.4.10得

1 131.8 ≤ 0.7×0.85×1.57×1.0×2 140；

1 131.8 ≤1 999.081滿足規(guī)范要求。

4.4 筏板受力特點

圖4 基本組合彎距

根據(jù)圖4可以發(fā)現(xiàn)：

（1）2#樓核心筒底部最大正彎矩值達到3046.6 kN·m，1#樓核心筒底部最大正彎矩值達到2476 kN·m，經(jīng)過仔細觀察1#樓2#樓核心筒底板最大彎矩均出現(xiàn)在角部位置，形成典型的“鍋底效應(yīng)”,符合工程實際的受力情況。

（2）2#樓東側(cè)和南側(cè)頂部出現(xiàn)較大的負彎矩，東側(cè)達到-3 215 kN·m，南側(cè)達到-2 733.6 kN·m。因為2#樓南側(cè)和東側(cè)已經(jīng)沒有足夠的底板寬度來平衡核心筒下沉引起的負彎矩，只能依靠附近一跨范圍來平衡，而1#樓四周至少有2～3跨以上可以平衡核心筒下沉引起的負彎矩。

（3）1#樓核心筒與東西側(cè)框架柱之間出現(xiàn)了板頂負彎矩大約700 kN·m左右，2#由于設(shè)置了中柱，核心筒引起的負彎矩發(fā)生在中柱與外側(cè)框架柱之間，中柱范圍內(nèi)均為板底正彎矩值。

（4）主樓周圍沉降后澆帶位置的彎矩較小，說明此處彎矩已得應(yīng)力釋放。但由于后澆帶只能釋放大約70%不均勻沉降應(yīng)力，還是應(yīng)該對主樓與裙房交接位置采取加強措施。

（5）裙房部分由于采用了較合理的板厚[4]，其彎矩值較為均勻，沒有出現(xiàn)較大峰值情況。

5 筏板構(gòu)造措施

5.1 主樓與裙房底板交接位置配筋加強與計算

根據(jù)YJK-F計算結(jié)果，得到主群樓相鄰框架柱底部位置最大沉降差7.4 mm（圖5）。

求彎矩：

取截面 1 000×600， 查 《靜力手冊》[5]， 根據(jù)Mab=Mba=6EI/L,其中 E=3.15×104 N/mm,I=1/12×1 000×6 003=1.8×1 010，L=7 400 mm

得到 Mab=Mba=461 kN·m。

正截面受彎配筋計算：

相對界限受壓區(qū)高度ξb=β1/[1+fy/(Es·εcu)]

=0.8/[1+360/(200 000×0.003 3)]=0.518

ξb·h0=0.518×537.5=278 mm。

受壓區(qū)高度 x=h0-[h02-2M/(α·1f·cb)]×0.5=54 mm≤278 mm，

每延米配筋面積 As=α1·fc·b·x/fy=1×16.7×1 000×54/360=2 508 mm2。

因此，主群樓交界一跨范圍內(nèi)四周，板頂和板底實配加強鋼筋22@150。

圖5 計算簡圖-（已知沉降差求彎矩）

5.2 筏板抗裂措施

（1）采用筏板封邊構(gòu)造，封邊的主要作用是防止較厚筏板在側(cè)面發(fā)生溫度裂縫，不同厚度的底板封邊構(gòu)造要求不同。

（2）筏板陽角、陰角處應(yīng)設(shè)置放射筋,減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（3）超長結(jié)構(gòu)頂板、底板、外墻混凝土均應(yīng)摻加鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑，以保證其強度和抗?jié)B等級，同時防止引起滲漏水的裂縫，為此要設(shè)法降低混凝土的水化熱，防止混凝土收縮裂縫的出現(xiàn)。

6 結(jié)語

對高層建筑筏板基礎(chǔ)進行了分析，選取了合理的基礎(chǔ)截面并驗算，建立模型對工程進行內(nèi)力分析，結(jié)合地勘報告提供的參數(shù)，得到合理的筏板基礎(chǔ)彎矩圖。同時考慮了實際工程中將會遇到的主群樓沉降不均、基礎(chǔ)底板開裂等問題，采取比較合理的構(gòu)造措施，保證了工程的安全性。結(jié)論：

（1）在基本組合下，隨著樓層層數(shù)的增加及核心筒面積的增大，核心筒底部的沖切力Fl及剪切力Vs越大，在保證截面周長Um不變的情況，加大筏板板厚能有效解決沖剪問題。

（2）主樓周圍有裙房時，可以將自底板算到屋頂標(biāo)高范圍的裙房重量折算成覆土高度，代入地基承載力修正公式進行計算。

（3）通過計算不均勻沉降得到配筋值，實際工程中不但需要設(shè)置主樓外圍沉降后澆帶，還應(yīng)加厚主樓外圍一跨范圍內(nèi)的筏板。