高层建筑平板式筏基结构设计分析

高层建筑平板式筏基结构设计分析

余瑞广

广州宝贤华瀚建筑工程设计有限公司   广东省广州市510030

【摘要】随着我国的快速发展，我国的高层建筑迅速地发展起来，其中以住宅、宾馆和办公大楼为主。这类建筑，柱网布置一般比较规整，柱载荷不大，且上部结构具有良好的刚性。在设计时，应重点关注地基设计条件、结构类型（桩基、桩筏基、筏基等）、天然地基的充分利用和解决相邻建筑物基础沉降影响等问题。由于筏板基础能够最大限度的利用地基的承载量，调节不均衡的沉陷，同时也能适应停车泊位的空间利用，因此它是比较好的基础形式。

关键词：高层建筑；平板式筏基；设计

0.引言

在实际工程中，经常会碰到这种地质条件，即：地下室底板下的岩土层为风化残积土层、全风化岩层、强风化岩层或中风化软岩层，故可以利用自然地基。由于地下停车场是一种特殊的地下停车场，因此不能在建筑物中设置太多的内墙体，从而制约了地基的应用；由于平板式筏基能够最大限度的利用地基的承载量，调节不均衡的沉陷，同时也能适应停车泊位的空间利用，因此它是比较好的基础形式，因此本文对其进行分析。

1.平板式筏基的设计条件

基础的结构应符合下列三个要求：（1）基础承受的荷载应不超出基础容许的承载量，从而确保基础的安全性。（2）基础总沉降量及差异沉降量必须控制在一定限值之内，确保上层建筑的安全。（3）为了实施所需的防护，必须预先估算新建房屋本身及其在施工过程中的必要操作对毗邻房屋的影响。在确保其安全运行的前提下，应充分发挥其整体效益。要求工期短，费用省，而且这种成本和工期并不只限于地基的问题，还包括了整栋楼的施工和运营。

基础形式的选择要综合考虑地基、基础及上部结构的刚性及施工次序，合理估算基础在工程建设及运用期间的基础沉降及差别沉降。此外，在整体轴力和弯矩等因素的影响下，基础的最大压力应力要比校正后的基础承载力要小。 这类筏基绝大部份是作为补偿式基础，只要持力层承载力高，并且楼体的刚度中心与基础形心相近或重叠，则可以考虑使用平板式筏基。

2.平板式筏基的结构设计

2.1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，其地基为预应力管桩，以强风化的花岗岩作为桩端的承载层，但因地基深度比较低，因此，地基最小的最短桩长度只有2 m，而且部分地段的残积层中还含有中风化岩，给工程的施工造成了一定的难度。以中微风化的花岗石作为桩端承载层，在钻孔过程中，要通过强地层进入稳定、完整的基岩，必须先进行降雨、爆破，然后再进行桩身检查、验收，这不仅耗时较久，而且成本较高，还有较高的风险，对周围的建筑物产生一定的干扰。

2.2筏板基础的平面布置

最大限度地保证结构的中心位置与基础的水平方向一致。桩身结构的边沿宜采用外挑法，其挑距的大小由地基条件、建筑物场地条件、柱距和柱荷载大小、地基反力与建筑物的中心位置一致或尽可能减小偏心率等因素决定，通常，挑出宽度为边跨柱距的1/4～1/3。

2.3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:底板和加劲结构系统。基底的受力应该满足以下的计算公式： Pkmax=（Fk+ Gk）/A+ M/W<1.2 fa。

筏基的受力计算方法分为：刚性板法和弹性地基梁、板法。在刚性板法中，可以考虑采用倒楼盖的假定进行计算，以板底净反力作为分布荷载，将柱体（壁）看作是支撑，并进行相应的内力计算。尽管不能将整个弯矩计算在内，但在接近末端的区域，基底反力的增加幅度为10%~20%；在柱间加载和柱间距离不大的情况下，可以考虑使用条带方法进行分析。

弹性地基梁、板法的计算单元数目较多，计算量较大，因此一般使用电脑程式进行计算。将筏板设成两种基本单元--矩形弯曲板单元和板架梁单元，并给出了三种不同的地基模型: a.文克尔地基模型； b.分层总和法（又称有限压缩层）地基模型； c.有桩基约束的地基，也就是组合地基模型。针对土体的不同地质条件，选用相应的地基模型：适用于软土地基、薄地基、砂土地基的文克尔地基，选择合适的地基参数是十分必要的。采用分层加地基的方法，可用于地基复杂，地基刚度变化较大或要求进行地基沉降的地基。

该组合地基的计算方法更适合于在有桩筏的基础上进行计算。根据现有技术规程中规定的冲裁计算公式，确定了筏板厚度。筏板的厚度必须达到冲切承载能力的规定，并计算出与其相邻或沿h0位置的筏板承载能力。在有一定的加厚情况下，还需要计算加厚位置的筏板的剪切承载能力。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，也要考虑在地基上的下沉引起的变形，并根据实际情况确定板厚、对应的配筋和设置暗梁板层，以避免出现明显的开裂和漏水。

2.4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，考虑到桩身的抗渗性，当部分柱间间距和柱荷载比较大时，可以在桩底加墩或在桩脚上设一个暗梁并布置抗冲切箍筋，以提高其局部抗剪承载力，防止由于个别立柱造成整体浮体的加厚。除了进行强度校核，对筏板基础的整体刚性也有一定的要求。通常情况下，筏板的厚度是按照地板的数量来计算的，每一层需要50-80毫米的板厚。

2.5 筏板基础的内力分析

筏板基础的内力分析一般采用简易的计算方法，其最大的特征是将上部结构、基础和地基三个组成部分分成3个单元，分别进行单独的计算。在此基础上，倒楼盖法是应用得最广泛的一种简化计算方法。对于地基比较均匀，筏板基础与上部构造具有较大的刚性，且柱轴力和柱间距不大的情况下，采用倒楼盖法进行施工；它的不足之处在于没有充分地反映地基的总体效应，且不能对地基的挠曲变形进行估算，从而放大了上部构件的刚性效应。

上部结构、基础、地基之间存在着相互影响、相互制约的联系。将上部结构、基础、地基三部分视为一体的结构，其最根本假设是上部结构、基础、地基间的接触面的位移相一致，并使整个结构系统达到静态均衡。在地基中，由于考虑了上部构件的作用，使得地基的整体弯矩和内力得到降低，从而达到更好的经济效益；在高层建筑中，考虑到地基的位移，会造成较大的副应力，考虑了这种次应力，结构将更安全。

2.6平板式筏基的结构构造

目前我国《地基基础设计规范》中已有关于板式筏基的计算与结构的具体要求。在钢筋的布置上，梁板上、横梁、横梁的下部应采用1/2~1/3的横梁，其强度不能低于0.15%；上部的钢筋应该完全按照设计的配筋进行连接。为了增强竹筏的承载能力，可以在立柱下增加一根暗梁，每根长度大于立柱50 mm，梁高等于钢板厚度，采用筏式木箱作纵梁，并在其上设置一定数量的箍筋。以形成柱底的暗梁。平板式筏基通常厚度较大，建议在20~40米处设后缠绕，或采用超长、超宽的大容积砼进行无缝的设计和建造。筏基是一种既能充分利用基础的承载量，又能适应不均衡的沉陷，又能克服基础的局部小孔和溶槽。该方法具有结构简便、易于操作、工期短、且适用于上部建筑物比较规则的柱网及柱子（墙）荷载不大时，选用平板式筏基最为适宜；在传统的条基或交叉梁基础无法达到较高的承载量和位移时，平板式筏基是一种较理想的结构形式。在高层建筑的地基设计中，地基的设计是否正确直接影响到工程的安全性、可用性以及工程建设周期以及工程建设的投入。

3.结束语

在高层建筑的基础设计中，基础设计是否正确直接影响到工程的安全性、可用性以及工程建设周期和工程建设的投入。因此本文分析了高层建筑地基基础的选型，重点阐述了考虑上部结构、基础与地基协同效应的平板式筏板基础的结构设计。

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