筏板基礎(chǔ)在高層建筑中的應(yīng)用研究

【摘 要】高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)在建筑工程中的地位是舉足輕重的，筏板基礎(chǔ)作為建筑結(jié)構(gòu)首選的基礎(chǔ)方案，其應(yīng)用越來越廣泛。本文從高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及選型出發(fā)，總結(jié)了高層建筑中筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用過程，以期筏板基礎(chǔ)在高層建筑工程中能更為有效的被應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】筏板基礎(chǔ)；高層建筑；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 引言

高層建筑基礎(chǔ)直接關(guān)系到建筑工程的安全、投資效益以及施工進(jìn)度，也是判斷工程整體設(shè)計(jì)是否合理的重要依據(jù)。由于筏板基礎(chǔ)具有剛度大、抗震能力好、整體性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此能減小基礎(chǔ)沉降量、調(diào)整地基不均勻沉降，還可以滿足諸如地下倉庫、地下停車場(chǎng)等地下大空間的使用要求。由此可見，積極探索筏板基礎(chǔ)在高層建筑中的應(yīng)用，以更好的發(fā)展建設(shè)高層建筑，極具理論與現(xiàn)實(shí)意義。

2 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及選型概述

2.1 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及選型的任務(wù)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式，建筑物場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、施工條件以及其他有關(guān)情況，進(jìn)行綜合考慮后來選定基礎(chǔ)方案及形式。高層建筑基礎(chǔ)選型直接關(guān)系到工程造價(jià)、施工難度和工期。

由此可見，高層建筑的基礎(chǔ)選型選用樁基或筏基都不是絕對(duì)的，安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理才是基礎(chǔ)選型的標(biāo)準(zhǔn)。因此，需因地制宜，在認(rèn)真研究場(chǎng)地巖土性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定。

2.2 高層建筑選用筏板基礎(chǔ)的條件

高層建筑的基礎(chǔ)除直接建于堅(jiān)硬的巖石上外，一般還有十字交叉條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、樁基及箱形基礎(chǔ)。而當(dāng)?shù)鼗苘浫?，承載能力低，而上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載又很大，導(dǎo)致十字條形基礎(chǔ)還不能提供足夠的底面積時(shí)，可采用鋼筋混凝土的筏板基礎(chǔ)，它可做成平板式和梁板式兩種。

3 高層建筑中筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用過程

3.1 筏板基礎(chǔ)埋深及承載力的確定

高層建筑一般位于用地緊張的城區(qū)，車庫、水池等地下室的使用功能要求決定了地下室的層高和層數(shù)，這也基本確定了基礎(chǔ)底板的埋置深度，再結(jié)合建筑場(chǎng)地的巖土工程特點(diǎn)研究選擇天然筏板基礎(chǔ)的可能性。

由于天然筏板基礎(chǔ)屬于補(bǔ)償性基礎(chǔ)，因此地基確定有兩種方案：一是地基承載力設(shè)計(jì)值的直接確定法；二是按照補(bǔ)償性基礎(chǔ)分析地基承載力。例如：某棟地上25層、地下2層（底板埋深10m）的高層建筑，由于將原地面下10m厚的原土挖去建造地下室，則抵抗土壓力達(dá)180Kpa，約相當(dāng)于11層樓的荷載重量。若地下穩(wěn)定水位為地面下2m，則水的浮力為80 Kpa，約相當(dāng)于5層樓的負(fù)荷重量，因此實(shí)際需要的地基承載力為14層樓的負(fù)荷。即當(dāng)?shù)鼗休d力標(biāo)準(zhǔn)值f≧250 Kpa時(shí)就能滿足設(shè)計(jì)要求，若筏基的底板適當(dāng)向外挑出，則有更大的可靠度。

3.2 筏板基礎(chǔ)的沉降計(jì)算與分析

地基的驗(yàn)算包括承載力和變形兩方面，目前對(duì)地基變形的精確計(jì)算還比較困難，采用各向同性均質(zhì)線性變形體計(jì)算模型，用分層總和法計(jì)算出的自由沉降量往往同實(shí)測(cè)的地基變形量不同。這一是由于理論假定條件與實(shí)際狀況不符，二是因?yàn)橛?jì)算公式中 采用的計(jì)算參數(shù)、試驗(yàn)條件與實(shí)際條件不同造成；三是因?yàn)楣接?jì)算出的建筑物沉降量只與基礎(chǔ)尺寸有關(guān)，而實(shí)測(cè)沉降量已受到基礎(chǔ)剛度調(diào)整的影響。

因此，計(jì)算高層建筑的地基變形時(shí)，由于施工土層較厚往往引起地基的回彈變形而使地基微量隆起，地基回彈再壓縮變形不但不應(yīng)忽略，而應(yīng)予以重視。在實(shí)際施工中回彈再壓縮模量較難測(cè)定和計(jì)算，從經(jīng)驗(yàn)上回彈量約為公式計(jì)算變形量10%至30%，高層建筑的實(shí)際沉降觀測(cè)結(jié)果將是上述計(jì)算值的1.1至1.3倍左右。

其次，為了使沉降計(jì)算與實(shí)際變形接近，采用總負(fù)荷作為地基沉降計(jì)算壓力比用附加壓力P0計(jì)算更趨合理，這在近似考慮了深埋基礎(chǔ)的同時(shí)，還解決了大面積開挖基坑坑底的回彈再壓縮問題。當(dāng)然，目前除規(guī)定采用一般的壓縮模量ES計(jì)算沉降量外，又規(guī)定了按壓縮模量E0計(jì)算沉降量的方法，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工程

具體情況相機(jī)抉擇。

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)形式主要有平板式筏基和肋梁式筏基，一般情況下宜將基礎(chǔ)肋梁置于底板上面，如果地基不勻或有其他要求，可將肋梁置于板下，框架柱位于肋梁交點(diǎn)處。在筏基具體設(shè)計(jì)時(shí)，一方面應(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，另一方面要保證底板厚度由抗沖切和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算確定。

其次，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的計(jì)算方法進(jìn)行，精確計(jì)算可用有限元法；對(duì)肋梁式筏基，當(dāng)肋梁高度比板厚大得較多時(shí)，可分別計(jì)算底板和肋梁的配筋。同時(shí)在構(gòu)造配筋要求方面，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。

3.4 裙房基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

由于裙房的單柱荷載與高層主樓相比要小的多，因此無需采用厚筏基礎(chǔ)，采用薄板配柱下獨(dú)立擴(kuò)展基礎(chǔ)即可。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，裙樓獨(dú)立柱基的沉降與主樓筏板基礎(chǔ)的沉降要相協(xié)調(diào)，即控制沉降差在允許值范圍內(nèi)。應(yīng)根據(jù)公式計(jì)算主樓沉降量S，再按各柱的荷載N值和S值反算出各獨(dú)立柱基礎(chǔ)的面積A。

3.5 筏板基礎(chǔ)抗浮錨桿的設(shè)置

當(dāng)?shù)装迓裆钶^大時(shí)，不少設(shè)計(jì)人員擔(dān)心地下水位對(duì)底板的浮托力而設(shè)置抗拔錨桿，但從施工過程來看，只要保證做好以下三個(gè)方面，則是無需設(shè)置抗浮錨桿的。第一，只要能在地下室施工過程中有序排水或限制水位，保證基礎(chǔ)底板以下不會(huì)產(chǎn)生浮托力。第二，在地下室和地面上相應(yīng)有限幾層的結(jié)構(gòu)完成后，筏板基礎(chǔ)底板上的結(jié)構(gòu)重量大于實(shí)際上浮力后，整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能穩(wěn)定。第三，只要在地下室施工過程中能保持基坑干燥，保證基礎(chǔ)和地下室結(jié)構(gòu)及地上2層結(jié)構(gòu)施工能順利完成。

當(dāng)然，對(duì)于一些地下室較大、較深而地面以上結(jié)構(gòu)層數(shù)不多的建筑，則應(yīng)根據(jù)上述總體平衡的原則計(jì)算確定抗浮錨桿。對(duì)于地下室面積較大而主體塔樓面積較小的建筑，應(yīng)驗(yàn)算裙房部位的浮托力能否與結(jié)構(gòu)自重相平衡，否則也應(yīng)設(shè)置抗浮錨桿。

3.6 片筏基礎(chǔ)的計(jì)算及分析

片筏基礎(chǔ)的計(jì)算方法很多，由于它們的假定條件不同，所以其在實(shí)際工程應(yīng)用中是存在誤差的，因此應(yīng)考慮一些其他因素。例如，地基模型因考慮地基由塑性變形而引起的反力重分布，這樣的非線性地基模型計(jì)算及應(yīng)用更加合理。

另外，簡(jiǎn)化計(jì)算方法中如靜力平衡法、級(jí)數(shù)法以及假定筏板為剛性的非線性地基的輪算法仍在一些地區(qū)采用。一般來說，在地基較均勻，荷載差別不大的條件下，倒梁法和倒樓蓋法可以作為簡(jiǎn)化方法用于實(shí)際工程，而有限元方法更適用于復(fù)雜條件下的框筏體系非線性地基的分析。

4 結(jié)論

高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，其設(shè)計(jì)合理與否，關(guān)系到建筑物的安全和使用及施工工期和投資額度。在綜合考慮高層建筑場(chǎng)地巖土性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的情況下，選用筏板基礎(chǔ)作為高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，只要保證有良好的設(shè)計(jì)和施工，筏板基礎(chǔ)的應(yīng)用定可以妥善解決高層建筑的大沉降問題，在節(jié)約建筑工程造價(jià)等方面定會(huì)具有其不可替代的優(yōu)越性。

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作者簡(jiǎn)介：

王海村（1977-），男，浙江臺(tái)州人，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。