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摘要:随着社会的不断发展与进步,重视高层建筑混凝土平板式与梁板筏板基础设计具有重要的意义.本文主要探讨高层建筑混凝土平板式与梁板筏板基础设计中的有关内容.
关键词:高层 建筑 混凝土 筏板 基础设计
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
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的整体结构、功能、经济可行性都将发生质的变化。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多关键问题需要加以考虑和解决。平板式筏基为无梁体系，传力简捷，整体刚度好，施工速度快，是高层建筑框架结构常用的基础形式。
1.工程概况
金大洲住宅小区, ,其中16号楼为34层的高层住宅,建筑总高度为99.8 m,主体结构为剪力墙结构,设一层地下室。本工程主体为剪力墙结构,剪力墙间距小,刚度大,整体性好,故基础采用平板式筏板。筏板厚度结合上部剪力墙间距、荷载分布及地基刚度综合计算后确定为1 400 mm,C30混凝土,HRB335主筋。基础计算采用PKPM CAD工程部编写的JCCAD进行分析计算,对筏板按有限元网格进行自动划分,并按板元法计算。上部结构用SATWE计算时点取“生成基础的刚度”选项,考虑上部结构刚度凝聚,在基础计算时迭加上部结构凝聚刚度和荷载向量,筏板上剪力墙考虑高度为10 m,有限元网格划分为1 m网格。本工程沉降计算时首先要按地勘报告输入地质数据,读取考虑上部结构刚度后的SATWE荷载,进行沉降试算。计算出平均沉降S1,求出板底土反力基床系数K。K=总面荷载值p(准永久值)/平均沉降S1(m)。
对于基底土局部地层分布不均匀,采取换填低强度等级的素混凝土或采用碎石、卵石等材料碾压或振密处理,上部结构荷载在筏板基础上分布不均匀,可以对其K值进行修正。本工程基础采用平板式筏板,设计中按有限元计算并考虑不利因素适当调整配筋。其配筋量比倒扣楼盖节省25%左右。工程施工完后,主体沉降等各项指标均满足规范要求。
2.高层建筑基础选用筏形基础的优势
(1)筏形基础可充分发挥地基承载力。
(2)筏形基础沉降小,调整地基不均匀沉降的能力强。
(3)施工方便且造价低。
3.平板式筏基的结构设计
3.1 地基基础结构方案选择
高层建筑常用的基础结构型式为桩基础，①采用预应力管桩基础，以强风化花岗岩为桩端持力层，由于场地基岩埋深相对较浅，地下室开挖后，最短有效桩长仅为2m左右，且场地局部地段在残积层中存在中风化岩孤石，对预应力管桩施工带来困难。②采用人工挖孔桩基础，以中微风化花岗岩为桩端持力层，人工挖孔桩成孔时要穿过坚硬土层进入稳定、完整的基岩需要降水和爆破，且要等到龄期后才能进行桩的检测和验收，施工周期长，工程投资高，同时，人工挖孔桩还存在施工危险性高，容易对周边建筑物造成影响等缺点。
3.2 筏板基础的平面布置
尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。筏基边缘宜外挑，挑出宽度应由地基条件、建筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定，一般情况下，挑出宽度为边跨柱距的1/4～1/3。
3.3 选用恰当的地基棱型和计算方法
一个筏基可以包括两个独立的受力系统：一是底板，另一是加劲结构系统。底板的板底应力应符合公式的要求：Pkmax=（Fk Gk）/A M/W≤1.2fa。平板筏基的内力分析，理论上有刚性板法和弹性地基梁、板法。对于刚性板法，它可按倒楼盖的假定进行设计，以板底净反力作为分布荷载，柱（墙）视为支座进行内力分析，计算筏板由局部弯曲引起的内力。虽然可以不考虑整体弯曲，但在端部附近范围内拟增大基底反力10%~20%；對于相邻柱间荷载与柱间距变化不大时，也可采用条带法计算。
对于弹性地基梁、板法，由于计算元素数量多，运算工作量大，通常采用计算机程序辅助设计。将筏板设成两种基本单元——矩形弯曲板单元和板架梁单元，并提供三种地基模型：①文克尔地基模型；②分层总和法（又称有限压缩层）地基模型；③有桩基约束的地基，即复合地基模型。根据不同的土层地质情况，选用相应的地基模型:
文克尔地基模型，适用于软土地基，压缩层较薄的地基、砂土地基等，在实际使用时，重要的是选用适当的基床系数。
分层总和法地基模型，适用于地基较复杂、地基刚度变化大或需要计算沉降值的基础。
复合地基模型，较适用于筏板下有桩的情况。
筏板的板厚，按现行规范提供的冲切计算公式确定。筏板厚度须满足冲切承载力要求，且应验算距内筒边缘或柱边缘h0处筏板的受剪承载力。当筏板厚度变厚时，还应验算变厚处筏板的受剪承载力。
筏板的加劲结构系统，是防止底板各支承点发生过大的差异沉降。除计算底板的应力外，还要计算建筑物沉降后对基础底板形成的挠度，合理地选择板厚及相应的配筋和布置暗梁，使其不致产生明显的裂缝或渗漏。
3.4 筏板基础厚度的确定
筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度确定，同时要满足抗渗要求，局部柱距及柱荷载较大时，可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切箍筋，来增加板的局部抗剪切能力，避免因少数柱而将整个筏板加厚。除强度验算控制外，还要求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏板的厚度按地面上楼层数估算，每层约需板厚50mm~80mm。本工程塔楼地上21层，筏板厚度为1100mm；部分轴力较大的柱，柱下板底加墩，柱墩厚度为1600mm。
3.5 筏板基础的内力分析
筏板基础的内力分析常用简化计算方法，其最基本的特点是将由上部结构、基础和地基3部分构成的一个完整的静力平衡体系，分割成3个部分，独立求解。倒楼盖法是应用得最广泛的一种简化计算方法。倒楼盖法适用于地基比较均匀、筏板基础和上部结构刚度相对较大、柱轴力及柱距相差不大；其缺点是完全不能考虑基础的整体作用，也无法计算挠曲变形，夸大上部结构刚度的影响。
上部结构、基础和地基三者的关系是相互影响、相互制约的关系。把上部结构、基础和地基三者作为一个共同工作的整体的计算方法，其最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调，整个体系符合静力平衡。对于基础，由于考虑了上部结构的贡献，使其整体弯曲变形和内力减小，而取得较为经济的效果；对于上部结构，由于考虑了因基础变形引起的变形，这种变形将使上部结构产生次应力，考虑了这种次应力，结构将更安全。
3.6 平板式筏基的结构构造 现行建筑《地基基础设计规范》中，对平板式筏基的计算及构造作了详细的规定。
钢筋的配置，平板式筏基柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有1/2~1/3贯通全跨，且配筋率不应小于0.15%；顶部钢筋应按计算配筋全部连通。为加强筏板的强度，可沿柱网下增设暗梁，每侧比柱宽出50mm，梁高与板厚相同，利用筏板配箱作为暗梁纵向钢筋，布置一定量的箍筋，以构成柱下暗梁。平板式筏基板厚往往比较厚，宜每隔20~40m设置后绕带，或按超长超宽大体积混凝土进行无缝设计与施工。平板式筏基具有许多优点，它能最大限度地发挥地基的承载力，并且具备足够的刚度以调整不均匀沉降，或跨越地基局部的小溶洞或溶槽。它结构简单，施工方便，工期短，对于上部建筑较规整的柱网和柱（墙）荷载不大的情况下，选用平板式筏基最为适宜；在当采用条基或交叉梁基础难以满足地基承载力或变形要求时，平板式筏基是一种很好的选择。
结束语
高层建筑基础设计是制约高层建筑的安全可靠性和经济合理性的关键环节,直接关系到工程造价、施工难度和工期。因此高层建筑的基础选型应因地制宜,对于场地简单、承载力高的土层埋藏较浅时,可选用筏板基础,并选择合理的计算模型进行分析计算,可以做到“安全适用、技术先进、经济合理”的预期目标。
参考文献
[1]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].
[2]JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]钱力航.高层建筑箱基与筏形基础的设计计算[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[4]黄柯,袁桂波.筏板基础设计与计算方法的讨论与研究[J].山西建筑,2011,34(35):134-135.
[5]中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.独立基础、条形基础、钢筋混凝土地基梁板基础、桩基础、桩筏基础设计软件[Z].2010.
关键词:高层 建筑 混凝土 筏板 基础设计
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
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的整体结构、功能、经济可行性都将发生质的变化。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多关键问题需要加以考虑和解决。平板式筏基为无梁体系，传力简捷，整体刚度好，施工速度快，是高层建筑框架结构常用的基础形式。
1.工程概况
金大洲住宅小区, ,其中16号楼为34层的高层住宅,建筑总高度为99.8 m,主体结构为剪力墙结构,设一层地下室。本工程主体为剪力墙结构,剪力墙间距小,刚度大,整体性好,故基础采用平板式筏板。筏板厚度结合上部剪力墙间距、荷载分布及地基刚度综合计算后确定为1 400 mm,C30混凝土,HRB335主筋。基础计算采用PKPM CAD工程部编写的JCCAD进行分析计算,对筏板按有限元网格进行自动划分,并按板元法计算。上部结构用SATWE计算时点取“生成基础的刚度”选项,考虑上部结构刚度凝聚,在基础计算时迭加上部结构凝聚刚度和荷载向量,筏板上剪力墙考虑高度为10 m,有限元网格划分为1 m网格。本工程沉降计算时首先要按地勘报告输入地质数据,读取考虑上部结构刚度后的SATWE荷载,进行沉降试算。计算出平均沉降S1,求出板底土反力基床系数K。K=总面荷载值p(准永久值)/平均沉降S1(m)。
对于基底土局部地层分布不均匀,采取换填低强度等级的素混凝土或采用碎石、卵石等材料碾压或振密处理,上部结构荷载在筏板基础上分布不均匀,可以对其K值进行修正。本工程基础采用平板式筏板,设计中按有限元计算并考虑不利因素适当调整配筋。其配筋量比倒扣楼盖节省25%左右。工程施工完后,主体沉降等各项指标均满足规范要求。
2.高层建筑基础选用筏形基础的优势
(1)筏形基础可充分发挥地基承载力。
(2)筏形基础沉降小,调整地基不均匀沉降的能力强。
(3)施工方便且造价低。
3.平板式筏基的结构设计
3.1 地基基础结构方案选择
高层建筑常用的基础结构型式为桩基础，①采用预应力管桩基础，以强风化花岗岩为桩端持力层，由于场地基岩埋深相对较浅，地下室开挖后，最短有效桩长仅为2m左右，且场地局部地段在残积层中存在中风化岩孤石，对预应力管桩施工带来困难。②采用人工挖孔桩基础，以中微风化花岗岩为桩端持力层，人工挖孔桩成孔时要穿过坚硬土层进入稳定、完整的基岩需要降水和爆破，且要等到龄期后才能进行桩的检测和验收，施工周期长，工程投资高，同时，人工挖孔桩还存在施工危险性高，容易对周边建筑物造成影响等缺点。
3.2 筏板基础的平面布置
尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。筏基边缘宜外挑，挑出宽度应由地基条件、建筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定，一般情况下，挑出宽度为边跨柱距的1/4～1/3。
3.3 选用恰当的地基棱型和计算方法
一个筏基可以包括两个独立的受力系统：一是底板，另一是加劲结构系统。底板的板底应力应符合公式的要求：Pkmax=（Fk Gk）/A M/W≤1.2fa。平板筏基的内力分析，理论上有刚性板法和弹性地基梁、板法。对于刚性板法，它可按倒楼盖的假定进行设计，以板底净反力作为分布荷载，柱（墙）视为支座进行内力分析，计算筏板由局部弯曲引起的内力。虽然可以不考虑整体弯曲，但在端部附近范围内拟增大基底反力10%~20%；對于相邻柱间荷载与柱间距变化不大时，也可采用条带法计算。
对于弹性地基梁、板法，由于计算元素数量多，运算工作量大，通常采用计算机程序辅助设计。将筏板设成两种基本单元——矩形弯曲板单元和板架梁单元，并提供三种地基模型：①文克尔地基模型；②分层总和法（又称有限压缩层）地基模型；③有桩基约束的地基，即复合地基模型。根据不同的土层地质情况，选用相应的地基模型:
文克尔地基模型，适用于软土地基，压缩层较薄的地基、砂土地基等，在实际使用时，重要的是选用适当的基床系数。
分层总和法地基模型，适用于地基较复杂、地基刚度变化大或需要计算沉降值的基础。
复合地基模型，较适用于筏板下有桩的情况。
筏板的板厚，按现行规范提供的冲切计算公式确定。筏板厚度须满足冲切承载力要求，且应验算距内筒边缘或柱边缘h0处筏板的受剪承载力。当筏板厚度变厚时，还应验算变厚处筏板的受剪承载力。
筏板的加劲结构系统，是防止底板各支承点发生过大的差异沉降。除计算底板的应力外，还要计算建筑物沉降后对基础底板形成的挠度，合理地选择板厚及相应的配筋和布置暗梁，使其不致产生明显的裂缝或渗漏。
3.4 筏板基础厚度的确定
筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度确定，同时要满足抗渗要求，局部柱距及柱荷载较大时，可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切箍筋，来增加板的局部抗剪切能力，避免因少数柱而将整个筏板加厚。除强度验算控制外，还要求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏板的厚度按地面上楼层数估算，每层约需板厚50mm~80mm。本工程塔楼地上21层，筏板厚度为1100mm；部分轴力较大的柱，柱下板底加墩，柱墩厚度为1600mm。
3.5 筏板基础的内力分析
筏板基础的内力分析常用简化计算方法，其最基本的特点是将由上部结构、基础和地基3部分构成的一个完整的静力平衡体系，分割成3个部分，独立求解。倒楼盖法是应用得最广泛的一种简化计算方法。倒楼盖法适用于地基比较均匀、筏板基础和上部结构刚度相对较大、柱轴力及柱距相差不大；其缺点是完全不能考虑基础的整体作用，也无法计算挠曲变形，夸大上部结构刚度的影响。
上部结构、基础和地基三者的关系是相互影响、相互制约的关系。把上部结构、基础和地基三者作为一个共同工作的整体的计算方法，其最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调，整个体系符合静力平衡。对于基础，由于考虑了上部结构的贡献，使其整体弯曲变形和内力减小，而取得较为经济的效果；对于上部结构，由于考虑了因基础变形引起的变形，这种变形将使上部结构产生次应力，考虑了这种次应力，结构将更安全。
3.6 平板式筏基的结构构造 现行建筑《地基基础设计规范》中，对平板式筏基的计算及构造作了详细的规定。
钢筋的配置，平板式筏基柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有1/2~1/3贯通全跨，且配筋率不应小于0.15%；顶部钢筋应按计算配筋全部连通。为加强筏板的强度，可沿柱网下增设暗梁，每侧比柱宽出50mm，梁高与板厚相同，利用筏板配箱作为暗梁纵向钢筋，布置一定量的箍筋，以构成柱下暗梁。平板式筏基板厚往往比较厚，宜每隔20~40m设置后绕带，或按超长超宽大体积混凝土进行无缝设计与施工。平板式筏基具有许多优点，它能最大限度地发挥地基的承载力，并且具备足够的刚度以调整不均匀沉降，或跨越地基局部的小溶洞或溶槽。它结构简单，施工方便，工期短，对于上部建筑较规整的柱网和柱（墙）荷载不大的情况下，选用平板式筏基最为适宜；在当采用条基或交叉梁基础难以满足地基承载力或变形要求时，平板式筏基是一种很好的选择。
结束语
高层建筑基础设计是制约高层建筑的安全可靠性和经济合理性的关键环节,直接关系到工程造价、施工难度和工期。因此高层建筑的基础选型应因地制宜,对于场地简单、承载力高的土层埋藏较浅时,可选用筏板基础,并选择合理的计算模型进行分析计算,可以做到“安全适用、技术先进、经济合理”的预期目标。
参考文献
[1]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].
[2]JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]钱力航.高层建筑箱基与筏形基础的设计计算[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[4]黄柯,袁桂波.筏板基础设计与计算方法的讨论与研究[J].山西建筑,2011,34(35):134-135.
[5]中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.独立基础、条形基础、钢筋混凝土地基梁板基础、桩基础、桩筏基础设计软件[Z].2010.