20層樓筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算手稿

1、前言筏板基礎(chǔ)有埋深深、剛度大、整體性強(qiáng)、抗震能力好等優(yōu)點(diǎn),不僅能充分發(fā)揮地基承載力，減小基礎(chǔ)沉降量，調(diào)整地基不均勻沉降，而且可滿足地下大空間(如地下停車(chē)場(chǎng)、地下倉(cāng)庫(kù)、地下商場(chǎng)等)的要求。因此，筏板基礎(chǔ)作為建筑結(jié)構(gòu)(尤其是高層和超高層建筑)首選的基礎(chǔ)方案，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，由于筏板基礎(chǔ)的受力和變形與諸多因素有關(guān)，到目前為止，人們對(duì)筏基的受力機(jī)理還不十分清楚，致使筏基在實(shí)際應(yīng)用中，不同設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的筏基(如厚度、配筋等)相差懸殊，從而給工程造成浪費(fèi)或隱患。本文以某工程為實(shí)例，對(duì)高層建筑筏板基礎(chǔ)的選型和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行討論，供同行商榷參考。1.工程概況某辦公大樓，地面以上20層，地下1層，框架剪力墻

2、結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)占地面積1800m2。建筑物總荷重580000kn，即要求地基平均承載力為322kpa?；娱_(kāi)挖深度7.1m。根據(jù)勘察資料，其土層分布自上而下為粘性土，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，局部強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化巖層。2.基礎(chǔ)選型一般的高層建筑，常需在地下設(shè)置車(chē)庫(kù)、人防、設(shè)備用房、水池等，并由其使用功能決定其層高和層數(shù)。這些條件基本確定了底板的埋置深度，然后根據(jù)該深度結(jié)合場(chǎng)地的巖土條件進(jìn)行基礎(chǔ)選型，確定選擇天然筏板基礎(chǔ)的可能性。本地區(qū)由于特定的地理環(huán)境，形成了一種典型的上軟（填土、淤泥、砂石）下硬（風(fēng)化殘積土和風(fēng)化軟巖）的巖土結(jié)構(gòu)地層，且其軟土層厚薄不一，基礎(chǔ)埋深變化較大，所以高層建筑大多

3、采用樁基，采用樁基是設(shè)計(jì)人員對(duì)這種地層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型的第一選擇，設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小，計(jì)算簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，投資較天然地基大。對(duì)本工程，地質(zhì)勘察資料的建議也是樁基，但我們發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域地下室開(kāi)挖后板底標(biāo)高下的巖土層已基本露出強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層，通過(guò)對(duì)地基承載力和沉降的初步分析，這兩項(xiàng)指標(biāo)基本能滿足要求，是有可能采用天然筏板基礎(chǔ)型式的，沒(méi)必要非樁基不可。再經(jīng)過(guò)反復(fù)試算對(duì)比，采用天然地基上的筏板基礎(chǔ)方案。3.筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1筏板基礎(chǔ)地基承載力的確定天然地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值fak，通常由下列方法確定：(1)據(jù)地質(zhì)勘察部門(mén)提供的報(bào)告。(2)據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)情況，參照巖土工程手冊(cè)或有關(guān)規(guī)范確定。(3)現(xiàn)場(chǎng)

4、荷載試驗(yàn)或靜力觸探試驗(yàn)。之后按照有關(guān)規(guī)范，經(jīng)寬深修正得到修正后的地基承載力特征值fa。風(fēng)化巖土在取樣時(shí)的擾動(dòng)和失水會(huì)使室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差，采用原位試驗(yàn)（如標(biāo)貫、壓板試驗(yàn)等）結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)來(lái)綜合評(píng)定，這樣結(jié)果會(huì)更接近實(shí)際情況。有資料對(duì)本地區(qū)不同巖土層的現(xiàn)場(chǎng)壓板試驗(yàn)和原位標(biāo)貫試驗(yàn)以及建筑沉降觀測(cè)結(jié)果反復(fù)分析，得到風(fēng)化巖土地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)值fak與實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)n的關(guān)系為：fak=(1215)n風(fēng)化殘積土取高值，強(qiáng)風(fēng)化軟巖取低值?？捎么酥岛推渌绞饺〉玫闹祵?duì)比，綜合確定。3.2筏板基礎(chǔ)天然地基變形計(jì)算及差異沉降的處理對(duì)高層建筑，地基變形往往起決定性的控制作用，對(duì)變形的驗(yàn)算必不可少。根據(jù)該

5、地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，采用傳統(tǒng)的分層總和法計(jì)算殘積層、全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化層的地基沉降量往往偏大，其主要原因是土樣擾動(dòng)使測(cè)得的土地壓縮模量偏小。采用土的變形模量作為計(jì)算參數(shù)，地基的沉降量與實(shí)測(cè)結(jié)果較為接近。本工程按下式計(jì)算：00()pbsae=式中：s地基最終變形量；0e土的變形模量；0p基底附加壓力（相應(yīng)于荷載效應(yīng)永久組合標(biāo)準(zhǔn)值）。b基礎(chǔ)寬度；a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.30.5。本工程根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，取a=0.4。當(dāng)?shù)鼗鶋嚎s層各土層壓縮性差別較大時(shí)，變形模量改用各土層加權(quán)變形模量。變形模量e0一般會(huì)有相關(guān)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系或經(jīng)驗(yàn)公式，可結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)參考使用。如本地區(qū)，泥質(zhì)軟巖的變形模量e0與實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)n的關(guān)系可取為

6、：e0=（2.02.5）n硬塑或堅(jiān)硬狀的風(fēng)化殘積土取低值，強(qiáng)風(fēng)化軟巖取高值。當(dāng)設(shè)有多層地下室，挖深較大時(shí)，應(yīng)考慮地基回彈再壓縮變形的影響。由于本工程地下室僅一層，挖深不大，設(shè)計(jì)時(shí)忽略地基回彈再壓縮變形的影響。本工程筏基底局部土層較差，范圍較大。本來(lái)筏板基礎(chǔ)由于自身所具有的整體性和剛性，即使在地基局部不均勻的情況下，也會(huì)由于跨越作用而調(diào)整部分不均勻沉降，但不均勻區(qū)范圍不可過(guò)大。為穩(wěn)妥起見(jiàn)，決定處理該軟弱區(qū)域，措施是挖除較差的土層，用c10的素砼換填，以改變及調(diào)整其不均勻變形。同時(shí)，地下室的建筑功能要求裙樓與主樓連為一體，考慮到防水要求和基礎(chǔ)的整體性，不希望設(shè)永久沉降縫。在天然地基上，主樓與裙樓之

7、間的沉降差是很難避免的，為解決沉降差的問(wèn)題，在主樓與裙樓之間設(shè)800mm寬后澆帶，鋼筋連通，到施工后期，沉降基本穩(wěn)定后，才澆筑混凝土連為整體。后澆帶設(shè)在自主樓邊緣向外一跨處，確保地下室處裙房有一跨與主樓整體澆在一起，以減小高層下的附加應(yīng)力。3.3筏板的形狀和尺寸盡量使上部結(jié)構(gòu)的荷載合力重心與筏板的形心重合。當(dāng)受條件限制無(wú)法重合時(shí)，控制豎向荷載作用下基底邊緣最大與最小壓應(yīng)力之比不大于1.2。當(dāng)需將底板外挑時(shí)，要綜合考慮各因素確定各邊外挑尺寸，盡量減小偏心，以免基礎(chǔ)端部基底反力過(guò)大而產(chǎn)生不利影響。本工程結(jié)構(gòu)布置及荷載基本對(duì)稱，根據(jù)承載力需要及初定的板厚，底板從周邊均外挑1400mm（柱外邊起）。3

8、.4底板厚度由抗沖切和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算確定，決定板厚的關(guān)鍵因素是沖切。一般經(jīng)驗(yàn)按地面上樓層數(shù)估算，每層約需板厚57cm。計(jì)算確定，主樓筏板厚1.4m，裙房筏板厚0.8m。主樓部分有四根柱用于結(jié)構(gòu)布置，軸力大于其他中柱，1.4m板厚還不能滿足其抗沖切要求。從結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理角度，為少量幾根柱位而將整個(gè)筏板加厚是應(yīng)該避免的，采取的處理措施是在軸力較大的柱位處設(shè)置暗梁，配置箍筋抗沖切。按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（gb50010-2002）中的公式計(jì)算沖切：10101.050.350.8tmtmyvsvuffhffhfa+同時(shí)滿足二式。式中各項(xiàng)定義見(jiàn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。經(jīng)計(jì)算，在柱的四向暗梁的端部1500mm長(zhǎng)范圍

9、設(shè)置箍筋14150（6肢箍），滿足了對(duì)筏板的沖切要求，從而保證主樓筏板厚度仍然取1.4m。3.5抗彎配筋計(jì)算采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法。簡(jiǎn)化計(jì)算方法最基本的特點(diǎn)是將上部結(jié)構(gòu)、地基和基礎(chǔ)三部分構(gòu)成的一個(gè)完整的靜力平衡體系分割成三個(gè)部分，進(jìn)行獨(dú)立求解。它僅滿足了總荷載與總反力的靜力平衡條件，而忽視了上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間、基礎(chǔ)與地基之間的變形連續(xù)條件，與實(shí)際狀態(tài)有偏差，因此基礎(chǔ)內(nèi)力與地基計(jì)算必然有偏差。資料顯示，片筏基礎(chǔ)中鋼筋實(shí)際拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于理論計(jì)算所得的拉應(yīng)力，實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力都在50mpa左右，鋼筋強(qiáng)度的發(fā)揮還不到1/6。即使按理論計(jì)算，底板最大彎距處的配筋也僅比最小配筋率略高，如本工程的筏板配筋，h=1.4m的用22100，h=0.8m的用22200。3.6配筋構(gòu)造由于筏板基礎(chǔ)的實(shí)際力學(xué)狀態(tài)較難精確分析，因此必須重視構(gòu)造要求。板的邊角處是剛度和強(qiáng)度的薄弱區(qū)，該范圍板的鋼筋應(yīng)力高于板的中心區(qū)域，設(shè)計(jì)時(shí)注意對(duì)該薄弱區(qū)域采取加強(qiáng)措施，可在四角增加適當(dāng)?shù)妮椛錉钿摻?，在板邊緣適當(dāng)加大配筋量，也可適當(dāng)