高層建筑筏板基礎(chǔ)沉降計(jì)算工程實(shí)例分析

米樞

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251）

筏板基礎(chǔ)在高層結(jié)構(gòu)中有著廣泛應(yīng)用，不僅充分發(fā)揮了地基的承載力，也使沉降不均勻得到良好的校正。地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)過程中，由于只有確定了沉降值，才能反算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)配筋等，地基的變形問題也就成為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。地基變形計(jì)算由于土體本身及土與結(jié)構(gòu)相互作用的復(fù)雜性，涉及變形控制的標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算假定模型的選擇等問題，難以考慮所有的內(nèi)在和外在因素，目前的理論水平對(duì)地基變形進(jìn)行精確計(jì)算還比較困難。地基變形計(jì)算偏差過大會(huì)導(dǎo)致工程沉降變形在設(shè)計(jì)過程中得不到有效控制，建筑物使用過程中可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)垮塌等嚴(yán)重后果，此類問題在建筑工程中的重要性不言而喻。因此，本文以某實(shí)際工程為研究對(duì)象，使用JCCAD軟件計(jì)算筏板基礎(chǔ)地基變形，在計(jì)算過程中針對(duì)計(jì)算模型以及一些關(guān)鍵參數(shù)的選取展開了討論，研究了相關(guān)假定及選取參數(shù)的合理性。

1 工程概況

某調(diào)度樓工程位于呼和浩特市區(qū)，周邊被其他既有辦公樓環(huán)繞，建筑場(chǎng)地較狹窄，樓體地上8層，主要功能為調(diào)度指揮服務(wù)的設(shè)備用房；地下兩層除設(shè)備用房外主要功能為車庫，總建筑高度50 m。總建筑面積23 000 m2，建筑基底面積1 850 m2。主體結(jié)構(gòu)采用框架、剪力墻結(jié)構(gòu)，屋頂為大跨度屋蓋，最大跨29 m，采用四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，采用天然地基，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深13 m。設(shè)計(jì)使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，重點(diǎn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為8度（0.2 g）。基礎(chǔ)底部天然地基為第四系全新統(tǒng)沖洪積層，黃褐色中密飽和細(xì)砂，壓縮模量為14 MPa。

基礎(chǔ)平面圖如圖1所示，建筑剖面圖如圖2所示。

2 設(shè)計(jì)軟件沉降計(jì)算

2.1 工程概況

經(jīng)過計(jì)算，基底持力層地基承載力修正后有659 kPa，考慮建筑有2層地下室，所以基底附加應(yīng)力相對(duì)不高，基礎(chǔ)形式擬采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度1 m。計(jì)算結(jié)果顯示基底標(biāo)準(zhǔn)組合下最大反力378 kPa，小于修正后地基承載力659 kPa，筏板基礎(chǔ)滿足設(shè)計(jì)需求。

本工程持力層為第四系全新統(tǒng)細(xì)砂層，褐黃色，局部淺黃色，稍濕～飽和，中密～密實(shí)，主要成份以石英、長石為主，局部含少量礫砂及園礫。本層物理力學(xué)性質(zhì)一般，全場(chǎng)均有分布，厚約1.7～7.6 m，場(chǎng)區(qū)內(nèi)成層分布。壓縮模量14 MPa，壓縮系數(shù)0.09～0.1，為低壓縮性土。

圖1 筏板基礎(chǔ)布置平面圖

2.2 計(jì)算假定

本文只針對(duì)地基變形量計(jì)算分析，不對(duì)地基差異沉降展開討論。沉降計(jì)算軟件JCCAD給出3種沉降計(jì)算假定。

2.2.1 完全柔性底板沉降計(jì)算方法

不考慮基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的剛度影響，基礎(chǔ)底面柔性附加面荷載是已知的，解決了基礎(chǔ)沉降問題。從假定上看更適合于獨(dú)基、條基、梁式基礎(chǔ)、剛度較小或剛度不均勻的筏板。

圖2 建筑剖面圖

2.2.2 剛性底板沉降計(jì)算方法

假定基礎(chǔ)底板整體變形較小，相比于總沉降量而言，底板整體彎曲可忽略，底板各部位的反力通過平衡方程聯(lián)立求解，求得均布荷載作用下矩形板中心點(diǎn)的沉降。適用于土體較軟，基礎(chǔ)剛度與土體剛度相差懸殊的情況。

2.2.3 單向壓縮分層總和法模型

假定地基土為各向均質(zhì)的彈性體，應(yīng)力分布服從彈性半無限體理論的布辛奈斯克公式；在沉降計(jì)算中土體可以分為變形參數(shù)各不相同的土層，不同位置土層可以不同；被計(jì)算土體只有豎向壓縮變形，沒有側(cè)向變形，與實(shí)驗(yàn)得到的壓縮模量條件相同；基底作用的附加反力P認(rèn)為是作用于地表的局部柔性荷載。按工程概況資料，上部結(jié)構(gòu)剛度較大，基礎(chǔ)持力層為中密飽和細(xì)砂，分布均勻。分析時(shí)采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的筏基分層總和沉降計(jì)算方法較為合理，因筏板基礎(chǔ)埋深較深，地基變形計(jì)算時(shí)，需考慮開挖基坑地基土的回彈。

3 沉降報(bào)告結(jié)果對(duì)比

工程委托了第三方沉降觀測(cè)單位，對(duì)建筑物施工及使用期間的沉降進(jìn)行觀測(cè)，在建筑物外墻大角或間隔15～20 m布置觀測(cè)標(biāo)志，共布設(shè)12個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

主體施工完成進(jìn)入使用階段后，沉降速率減緩，建筑物沉降進(jìn)入穩(wěn)定階段。觀測(cè)成果如表1所示。

根據(jù)假定JCCAD計(jì)算的筏板沉降結(jié)果如圖3所示。經(jīng)對(duì)比，在沉降觀測(cè)點(diǎn)附近的沉降計(jì)算值10 mm接近觀測(cè)值平均值10.8 mm，計(jì)算假定選取合理，與觀測(cè)值基本吻合。

圖3 主體部分筏板沉降圖

表1 觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 存在的問題及改進(jìn)辦法

計(jì)算過程中的理論公式不可能完全與實(shí)際情況符合，有一些無法量化又不能忽略的因素?zé)o法計(jì)入，造成理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)值總會(huì)有差異，因此，需要引入一個(gè)由長期沉降觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析所獲得的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs對(duì)理論計(jì)算值來加以調(diào)整。盡量使用根據(jù)當(dāng)?shù)亻L期觀測(cè)資料分析得到的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算，無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的經(jīng)驗(yàn)值。

5 結(jié)論

本文以實(shí)際工程為案例，運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件JCCAD進(jìn)行了筏板基礎(chǔ)沉降計(jì)算，通過對(duì)工程的合理假定，采用《地基規(guī)范》推薦的筏基分層總和沉降計(jì)算方法，獲得了和實(shí)測(cè)值符合較好的計(jì)算數(shù)據(jù)，說明選用該法在類似工程中能較好地反映筏板的整體彎曲效應(yīng)，沉降分布規(guī)律與實(shí)際情況較為接近，有較強(qiáng)的借鑒作用。在計(jì)算之前，對(duì)計(jì)算假定及其適用條件必須認(rèn)識(shí)透徹，對(duì)計(jì)算資料做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，不能片面追求新的復(fù)雜的計(jì)算模型，有可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果奇異、不可信。沉降計(jì)算需根據(jù)具體情況具體分析，對(duì)于不同建筑結(jié)構(gòu)和土體分布及周邊地區(qū)情況還有待進(jìn)一步探討。

參考文獻(xiàn)：

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