高層建筑結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)設(shè)計方法探討

黃久來

摘要：文章分析高層建筑基礎(chǔ)的類型及高層建筑基礎(chǔ)的埋置深度需要考慮的因素，探討高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu);筏板基礎(chǔ);安全;經(jīng)濟;合理

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)形勢及科技的迅猛發(fā)展，高層建筑的建設(shè)呈現(xiàn)出數(shù)量大，層數(shù)多，結(jié)構(gòu)體系新穎，計算理論和施工方法不斷更新的趨勢。高層建筑的受力復(fù)雜，對基礎(chǔ)的強度、剛度和穩(wěn)定性的要求也更加嚴格?；A(chǔ)工程的設(shè)計與施工對高層建筑本身及其周圍環(huán)境的安全至關(guān)重要，其造價與工期對高層建筑總造價與總工期有舉足輕重的影響。在各種復(fù)雜的地質(zhì)條件下建造高層建筑，首先必須經(jīng)濟合理地做好基礎(chǔ)設(shè)計。

一、高層建筑基礎(chǔ)的類型

高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計，應(yīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)的類型、整體性和結(jié)構(gòu)剛度、地基土條件、抗震設(shè)防要求、施工技術(shù)、周圍建筑物和環(huán)境條件等各方面因素。一般情況下，高層建筑宜優(yōu)先選用整體性較好的箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)。當層數(shù)少、高度不太高、地基情況較均勻時，可考慮采用交叉梁式基礎(chǔ)。高層建筑通常不宜采用獨立柱基礎(chǔ)。當?shù)鼗休d力不足、沉降量大時，可采用箱形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)組合而成的樁筏基礎(chǔ)。高層建筑直接建造在基巖上時，可考慮采用條形基礎(chǔ)或單獨基礎(chǔ)。裙房層數(shù)少、荷重輕、面積大，當不需要設(shè)置地下室時，可采用交叉梁基礎(chǔ)和加拉梁的獨立基礎(chǔ)。

二、筏板基礎(chǔ)埋深及承載力的確定

城區(qū)由于用地緊張，高層建筑密集，因此需設(shè)置車庫、人防工程、設(shè)備用房和水池等地下室，并由其使用功能要求決定地下室的層高和層數(shù)，這就基本確定了基礎(chǔ)底板的埋置深度，然后，根據(jù)該深度結(jié)合建筑場地的巖土工程特點進行基礎(chǔ)選型，研究選擇天然筏板基礎(chǔ)的可能性。由于地下室具有一定的埋深及地區(qū)的地下水位較高，天然筏板基礎(chǔ)屬于補償性基礎(chǔ)，因此地基的確定有兩種方法：一是地基承載力設(shè)計值的直接確定法。它是根據(jù)地基承載力標準值按照有關(guān)規(guī)范通過深度和寬度的修正得到承載力設(shè)計值，并采用原位試驗（如標貫試驗、壓板試驗等）與室內(nèi)土工試驗相結(jié)合的綜合判斷法來確定巖土的特性。二是按照補償性基礎(chǔ)分析地基承載力。

例如：某棟地上28層、地下2層（底板埋深l0m）的高層建筑，由于將原地面下l0m 厚的原土挖去建造地下室，則卸土土壓力達180Kpa，約相當于l1層樓的荷載重量;如果地下水位為地面下2m，則水的浮托力為80Kpa，約相當于5 層樓的荷載重量，因此實際需要的地基承載力為l4 層樓的荷載。即當?shù)鼗休d力標準值f≥250Kpa 時就能滿足設(shè)計要求，如果筏基底板適當向外挑出，則有更大的可靠度。

三、筏板基礎(chǔ)的可行性分析

高層建筑能否考慮選定筏板基礎(chǔ)，主要應(yīng)對以下3個方面進行驗算：

1、基礎(chǔ)埋深的確定。高層建筑一般均設(shè)有地下室，所以筏板基礎(chǔ)的埋置深度往往取決于建筑高度、地下室層數(shù)及層高，如果建筑物的抗傾覆力能滿足要求，就可根據(jù)該深度結(jié)合下臥土層的巖土工程性質(zhì)，進行筏板基礎(chǔ)的天然地基承載力及沉降計算，以確定其是否可行。

2、沉降計算。沉降計算是地基驗算的重要組成部分，它不僅影響建筑物的可使用性，而且在筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中起重要作用。在實際設(shè)計中，工程師往往對確定地基承載力有較大把握，而在地基變形的計算上卻難以把握。筆者認為，雖然目前未能從理論上對地基的變形進行精確計算，但只要能對變形的計算參數(shù)合理取值，選用合適的計算方法，并根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗作出修正，就仍能獲得與實際情況較接近的總沉降計算值，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性。

3、基礎(chǔ)方案的確認：根據(jù)上部建筑結(jié)構(gòu)布置具體情況、巖土勘察報告的結(jié)果、結(jié)構(gòu)計算分析、經(jīng)安全經(jīng)濟比較，確認所選基礎(chǔ)適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)、符合使用要求（如地下室使用功能-車庫、人防、商場等）、滿足地基基礎(chǔ)要求以及技術(shù)經(jīng)濟上合理。在內(nèi)力分析時應(yīng)采用合理的計算方法，對于地基比較均勻、筏板基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)剛度相對較大、柱軸力及柱距相差不大時，可以采用簡化計算方法，其最基本的特點是將由上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基3部分構(gòu)成的一個完整的靜力平衡體系，分割成3個部分，獨立求解計算簡便。其缺點是完全不能考慮基礎(chǔ)的整體作用，也無法計算撓曲變形，夸大上部結(jié)構(gòu)剛度的影響。當上部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)整體剛度小、地質(zhì)條件不利時，應(yīng)把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者作為一個共同工作的整體加以分析。通過上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)、基礎(chǔ)與地基連接界面處變形協(xié)調(diào)，使整個體系符合靜力平衡。對于筏板基礎(chǔ)，由于考慮了上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，由于考慮了因基礎(chǔ)變形引起的變形，其變形將使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，考慮了這種附加應(yīng)力，結(jié)構(gòu)設(shè)計將更安全。

四、影響基礎(chǔ)板厚的因素

1、基礎(chǔ)沉降的不均勻性。荷載分布和地基巖土的不均勻性勢必導(dǎo)致基礎(chǔ)的不均勻沉降。除沉降無法控制在允許范圍內(nèi)，需對較軟弱的地基應(yīng)進行加固處理外。一般情況下可以采用加大板厚以增加基礎(chǔ)底板的剛度的辦法來調(diào)整

2、基礎(chǔ)與地基巖土的相對剛度。規(guī)范規(guī)定筏板基礎(chǔ)的板厚由抗沖切和剪切來確定，而在抗沖切驗算時必須減除沖切范圍內(nèi)的反力，基礎(chǔ)與地基巖土的相對剛度對該反力的大小有一定程度的影響，當基礎(chǔ)相對地基巖土有較大的剛度時，該反力會相對較小，因而由抗沖切確定的板厚會相對較大，反之基礎(chǔ)板厚會相對較小。

3、柱或剪力墻的位置。由于基礎(chǔ)邊緣的地基反力通常比中間大，因此當柱底具有相同的軸力及沖切面積時，緣于基礎(chǔ)與地基巖土的相對剛度對基礎(chǔ)板厚影響的同樣道理，基礎(chǔ)邊緣的柱或剪力墻抗沖切確定的板厚會相對較大。這時，可將柱或剪力墻處一定范圍內(nèi)的基礎(chǔ)底板適當加厚，以滿足抗沖切的要求。

五、結(jié)構(gòu)設(shè)計注意的問題

1、應(yīng)盡量使上部結(jié)構(gòu)的荷載合力重心與筏基形心相重合，從而確定底板的形狀和尺寸。當需要將底板設(shè)計成懸挑板時，要綜合考慮上述多方面因素以減小基礎(chǔ)端部基底反力過大而對基礎(chǔ)彎距的影響;

2、底板厚度由抗沖切和抗剪強度驗算確定。柱網(wǎng)間距較大時可在柱間設(shè)置加強板帶（暗梁加配箍筋）來提高抗沖切強度以減少板厚，也可采用后張預(yù)應(yīng)力鋼筋法來減少混凝土用量和造價。決定板厚的關(guān)鍵因素是沖切，應(yīng)對筏基進行詳細的沖切驗算;

3、無肋梁筏板基礎(chǔ)的配筋可近似按無梁樓蓋設(shè)柱上板帶和跨中板帶（倒樓蓋法）的計算方法進行，精確計算可用有限元法;對肋梁式筏基，當肋梁高度比板厚大得較多時，可分別計算底板和肋梁的配筋，即底板以肋梁為固定支座按雙向板計算跨中和支座彎矩，并適當調(diào)整板跨中和支座的配筋;

4、構(gòu)造配筋要求：筏板受力筋應(yīng)滿足規(guī)范中0.15%的配筋率要求，懸挑板角處應(yīng)設(shè)置放射狀附加鋼筋等。設(shè)計人員往往配置受力鋼筋有余，構(gòu)造鋼筋卻配置不足。

六、結(jié)束語

高層建筑基礎(chǔ)選型是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要組成部分，直接關(guān)系到工程造價、施工難度和工期，因此應(yīng)認真研究場地巖土性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)特點，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟比較確定。高層建筑的基礎(chǔ)選型應(yīng)因地制宜，除基礎(chǔ)應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范允許的沉降量和沉降差的限值外，整體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合規(guī)范對強度、剛度和延性的要求，選用何種基礎(chǔ)形式不是絕對的，而安全可靠、經(jīng)濟合理才是基礎(chǔ)選型的標準。

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