山地高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研討

宋智華

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

山地高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研討

宋智華

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

以泰寧某住宅項(xiàng)目8#樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例，研討山地高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，該工程采用筏板和人工挖孔樁相結(jié)合的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)淺埋，人工挖孔樁用于承當(dāng)大震作用(不包括風(fēng)荷載組合)下的基底拉力，并復(fù)核結(jié)構(gòu)的抗傾覆和零應(yīng)力區(qū)使其滿足規(guī)范要求。

山地高層建筑;基礎(chǔ)淺埋;大震拉力

1 工程概況

該項(xiàng)目位于泰寧縣城西，由6棟17層的住宅樓和單層商業(yè)裙房組成，設(shè)有一層地下室，總建筑面積為56 600m2。其中8#樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖和剖面圖如圖1～圖2所示，建筑總高度為51.10m，高寬比約為3.8。結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架剪力墻體系，樓蓋采用普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。建筑抗震設(shè)防烈度為6度，抗震設(shè)防類別為丙類，地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。風(fēng)荷載(50年一遇)為0.3kN/m2，地面粗糙度為B類，體型系數(shù)為1.3。8#樓場(chǎng)地土層的具體分布情況,如表1所示。

2 結(jié)構(gòu)分析

建筑場(chǎng)地現(xiàn)有的絕對(duì)標(biāo)高為291.30m～300.30m，高差接近10m，總體呈東高西低之勢(shì)，西側(cè)地下室外露，地下室底板面的絕對(duì)標(biāo)高為292.00m。根據(jù)勘察報(bào)告的地質(zhì)條件和擬建物的荷載及性質(zhì)，高層部分采用筏板基礎(chǔ)，單層裙房和純地下室采用獨(dú)立基礎(chǔ)。8#樓位于場(chǎng)地的西北角，此處地下室外露，地下室底板面標(biāo)高比建筑的室外標(biāo)高低0.9m，兩者高差不大，應(yīng)視為無地下室。若采用筏板基礎(chǔ)，持力層為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，工期快，造價(jià)低，但要滿足基礎(chǔ)的埋深要求，需將筏板埋置的比較深，而筏板下的地基土質(zhì)堅(jiān)硬，開挖難度大，工期也會(huì)相應(yīng)增加；若采用人工挖孔樁，持力層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，能較容易滿足基礎(chǔ)埋深的要求，但造價(jià)高，工期長。

表1 8#樓場(chǎng)地土層的分布情況

注：“( )”為變形模量

圖1 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

圖2 建筑剖面圖

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1](以下簡稱《高規(guī)》)第12.1.8條規(guī)定，“當(dāng)建筑物采用巖石地基或采用有效措施時(shí)，在滿足地基承載力穩(wěn)定性要求及本規(guī)程第12.1.7條規(guī)定的前提下，基礎(chǔ)埋深可適當(dāng)放松”。因此高層建筑的埋深不滿足規(guī)范要求也是可行的，但需要通過一定的措施來保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。在滿足豎向荷載、風(fēng)荷載和小震的地震作用各工況下對(duì)基礎(chǔ)的要求外，還需滿足大震作用(不包括風(fēng)荷載組合)下對(duì)基礎(chǔ)的要求，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在滿足了上述條件下，上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆就能滿足[2]。

在大震組合(不包括風(fēng)荷載組合)作用下底部產(chǎn)生的拉力由人工挖孔樁承受，筏板只承受豎向壓力。在僅有大震組合下(不包括風(fēng)荷載組合)，樁抗拉驗(yàn)算公式[2]如下：

(1)

(2)

8#樓采用筏板和人工挖孔樁相結(jié)合的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)淺埋，筏板面標(biāo)高同地下室底板面標(biāo)高。計(jì)算大震作用(不包括風(fēng)荷載組合)下的剪力墻和柱產(chǎn)生的拉力，拉力由人工挖孔樁承當(dāng)。并復(fù)核結(jié)構(gòu)的抗傾覆和零應(yīng)力區(qū)的情況。

3 大震作用下內(nèi)力計(jì)算和基礎(chǔ)計(jì)算

3.1 計(jì)算參數(shù)取值

采用盈建科軟件計(jì)算，不考慮風(fēng)荷載作用，只考慮罕遇地震和重力荷載組合作用。水平地震影響系數(shù)最大值取0.28，特征周期值取0.4s，阻尼比取0.05，縱筋采用三級(jí)鋼，剪力墻和柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)：1～3層C40，4～6層為C35，7層及以上為C30。

3.2 內(nèi)力計(jì)算

8#樓在Y向大震作用下的剪力墻和柱底最大軸力設(shè)計(jì)值如圖3所示，剪力墻和柱子在大震作用下出現(xiàn)了拉力。由圖3可得大震作用下的總拉力設(shè)計(jì)值為62 250kN，總拉力標(biāo)準(zhǔn)值為49 800kN。

圖3 大震作用下柱底Y方向最大軸力設(shè)計(jì)圖(注：內(nèi)力分別為Vx、Vy、N、Mx、My)

3.3 基礎(chǔ)計(jì)算

計(jì)算人工挖孔樁的根數(shù)：

(1)

樁的根數(shù)n≥49 800/2.0/1 044=23.8(根)

(2)

單樁的鋼筋承載力Asfy=360×20×314=2 260.8(kN)

樁的根數(shù)n≥62 250/2260.8=27.5(根)

由上可知，8#樓至少需要28根人工挖孔樁來承擔(dān)大震作用下的底部拉力。可將28根樁均勻地布置在筏板下面，筏板計(jì)算分析時(shí)可扣除由樁基承當(dāng)?shù)暮奢d。筏板面標(biāo)高同底板面標(biāo)高，這樣減少了筏板的埋置深度。

4 結(jié)構(gòu)抗傾覆和零應(yīng)力區(qū)分析

根據(jù)盈建科的計(jì)算結(jié)果，小震作用下的抗傾覆計(jì)算和零應(yīng)力區(qū)結(jié)果如表2所示，大震作用(不包括風(fēng)荷載組合)下的抗傾覆計(jì)算和零應(yīng)力區(qū)結(jié)果如表3所示。

表2 小震作用下的抗傾覆計(jì)算和零應(yīng)力區(qū)結(jié)果

表3 大震作用下的抗傾覆計(jì)算和零應(yīng)力區(qū)結(jié)果

參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]第6.7.5條中，擋土墻的抗傾覆的安全系數(shù)為1.6。《高規(guī)》第12.1.7條中，“高寬比不大于4的高層建筑，基礎(chǔ)底面與地基之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過基礎(chǔ)底面面積的15%”。

8#樓結(jié)構(gòu)的高寬比為3.8，由表2可知，在Y向小震作用下，抗傾覆的安全系數(shù)為17.65>1.6，且沒有出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)，滿足規(guī)范要求。由表3可知，在Y向大震作用(不包括風(fēng)荷載組合)下，抗傾覆的安全系數(shù)為2.26>1.6，零應(yīng)力區(qū)比值為13.31%<15%，也滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

山地高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，當(dāng)持力層較淺或巖層外露時(shí)，可以采用淺基礎(chǔ)，埋深可以不滿足《高規(guī)》第12.1.8條的要求，但需對(duì)大震組合下底部拉力、結(jié)構(gòu)抗傾覆以及零應(yīng)力區(qū)進(jìn)行計(jì)算，底部產(chǎn)生的拉力由樁基礎(chǔ)承當(dāng)，形成淺基礎(chǔ)和樁基共同受力的復(fù)合基礎(chǔ)。這樣既保證了結(jié)構(gòu)的安全，又避免了在工程上不必要的浪費(fèi)，可供設(shè)計(jì)人員參考。

[1] 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.

[2] 盧偉煌，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問題探討[J]. 福建建筑，2015(07)：1.

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

Discussion on foundation design of mountainous high rise building

SONGZhihua

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research,Fuzhou 350001)

This paper analyzed on the foundation design of the 8# tower in a residential building project in Taining. The project adopted manual digging pile foundation combined with raft, shallow buried. Manual digging pile beared the foundation tension in condition of megaseism when wind load combination was not included. By checking the structure of anti overturning and zero stress area.

Mountain based tall building; Shallow embedded foundation; Foundation tension from megaseism

宋智華(1984.2- ),男，工程師。

E-mail:61449196@qq.com

2017-02-17

TU208.3

A

1004-6135(2017)05-0062-03