建筑測量論文高層建筑平板式筏板基礎(chǔ)設(shè)計計算與優(yōu)化

1、建筑測量論文：高層建筑平板式筏板基礎(chǔ)設(shè)計計算與優(yōu)化摘要:簡要介紹了高層建筑基礎(chǔ)選用筏形基礎(chǔ)的優(yōu)勢,從筏板類型、厚度、地基計算模型、內(nèi)力分析、構(gòu)造要求等方面闡述了筏形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計,并對其在具體工程實例中的應(yīng)用進行了說明,為類似項目的基礎(chǔ)設(shè)計計算積累了一定經(jīng)驗。關(guān)鍵詞:高層建筑,筏板基礎(chǔ),計算模型,計算方法近年來,城市化加快,建筑業(yè)蓬勃發(fā)展,城市用地日趨緊張,高層建筑發(fā)展迅猛。而高層建筑因豎向荷載大,水平力(風(fēng)荷載和地震荷載)引起的傾覆力矩成倍增長,且對沉降敏感,故高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計以樁基礎(chǔ)為主。筆者認為,當(dāng)殘積土、全風(fēng)化巖等承載力較大土層埋深較淺時,可充分利用其承載力,采用剛度大整體性好的筏板基礎(chǔ)

2、。既可以滿足高層建筑對基礎(chǔ)的要求,又能夠大大縮短工期、節(jié)省投資。1高層建筑基礎(chǔ)選用筏形基礎(chǔ)的優(yōu)勢(1)筏形基礎(chǔ)可充分發(fā)揮地基承載力。(2)筏形基礎(chǔ)沉降小,調(diào)整地基不均勻沉降的能力強。(3)施工方便且造價低。2筏形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1筏板類型的確定相同的地質(zhì)條件,選用平板式筏板還是梁板式筏板,要根據(jù)工程地質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)體系、柱距、荷載大小以及施工條件等綜合確定。其主要優(yōu)缺點分析見表1。2.2筏板厚度的確定規(guī)范規(guī)定:筏板厚度由抗沖切及抗剪強度確定,且須滿足抗?jié)B要求。對于局部荷載較大的柱,等厚度筏板沖切承載力不能滿足要求時,可將筏板局部加厚、筏板上面增設(shè)柱墩、配置暗梁且配置抗沖切箍筋來提高抗沖切承載力,

3、避免因少數(shù)柱而將整個筏板加厚。筏板厚度的確定,除按柱底軸力及沖切面積的大小確定外,尚應(yīng)考慮以下因素:(1)基礎(chǔ)沉降的不均勻性。(2)基礎(chǔ)與地基巖土的相對剛度。2.3合理的地基計算模型選取(1)彈性地基梁(樁與土按文克爾地基模型)。彈性地基梁板模型即文克爾模型,是一種最簡單的線彈性模型。其基本假定是地基土邊界面上任一點處的沉降W(x,y)與該點所承受的壓力強度p(x,y)成正比,而與其他點上的壓力無關(guān),其計算公式為:p(x,y)=kW(x,y)。其中,k為基床反力系數(shù)。該模型主要用于抗剪強度極低的流態(tài)淤泥質(zhì)土或地基土塑性區(qū)開展比較大的基礎(chǔ)。另外,當(dāng)厚度不超過基底短邊之半的薄壓縮層地基時,因壓力比

4、較大,剪應(yīng)力比較小,所以也比較符合文克爾模型假定。(2)倒扣樓蓋(樁與土反力按剛性板假設(shè)求出)。倒樓蓋模型假定結(jié)構(gòu)上部剛度無窮大,地基反力均勻布置在基礎(chǔ)底面。在內(nèi)力計算時不考慮基礎(chǔ)整體彎曲所產(chǎn)生的影響,而只按照倒樓蓋的方式進行基礎(chǔ)設(shè)計。這種方式計算方法簡單,易于手算。(3)單向壓縮分層總和法彈性解Mindlin應(yīng)力公式。單向壓縮分層總和法也可以稱為分層地基模型。該方法主要考慮了土的壓縮特性以及地基的有限壓縮層深度的影響,在土體的附加應(yīng)力計算時采用彈性力學(xué)的方法計算,而地基的變形計算時則采用土力學(xué)中的分層總和法,使計算結(jié)果更符合實際。其計算方法為:S =mi=1ziHiEsi。其中,zi為第i層

5、土的平均附加應(yīng)力,kN/m2;Hi為第i層土的厚度,m;Esi為第i層土的壓縮模量,kN/m2。(4)單向壓縮分層總和法彈性解修正*0.5ln(D/Sa)。按照彈性半空間地基模型中的Mindlin應(yīng)力公式計算出來的基礎(chǔ)沉降和內(nèi)力往往偏大,有的時候直接用于基礎(chǔ)設(shè)計時會產(chǎn)生較大誤差,因此,在明德林應(yīng)力公式的計算基礎(chǔ)上對其進行修正,其修正系數(shù)為0.5ln(D/Sa)。其中,D為集中力作用點離基準(zhǔn)點的距離;Sa為集中力作用點離計算點的距離。按此地基模型的計算結(jié)構(gòu)與實際結(jié)果較為接近。2.4筏板的內(nèi)力分析(1)筏板基礎(chǔ)的板厚通常較大,其空間受力性強,普通的薄板理論已不再適用,而應(yīng)采用考慮板剪切變形的中厚板

6、理論或三維實體單元來分析?？蓪⑵淠M為板元或殼元,采用有限元法進行分析。(2)筏板內(nèi)力計算時,宜考慮上部結(jié)構(gòu)的剛度,上部結(jié)構(gòu)剛度一般取底部三層高度。(3)采用有限元計算基礎(chǔ)內(nèi)力時,應(yīng)先計算基礎(chǔ)的總沉降,然后計算地基土的基床系數(shù),再根據(jù)地基土的不均勻性對基床系數(shù)進行修正。在計算基礎(chǔ)內(nèi)力的過程中考慮地基土的相互影響,這種做法切實可行。2.5地基穩(wěn)定性及整體傾斜驗算高層建筑因質(zhì)心高、荷載重,對基礎(chǔ)底面難免有偏心,為減少基礎(chǔ)產(chǎn)生傾斜,應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)豎向荷載重心與筏板平面形心相重合。對于高層建筑,通過限制傾斜角來控制不均勻沉降與傾斜程度。2.6筏板的構(gòu)造要求(1)筏板受力筋應(yīng)滿足規(guī)范中0.15%的配筋率要

7、求,因筏板較厚,除按計算確定配筋外,構(gòu)造鋼筋也須滿足。(2)筏形邊緣宜外挑,通過懸挑減少偏心,均衡和降低基底壓力。挑出長度宜為邊跨柱距的1/41/3,對于平板式筏板,挑出長度不宜小于1.0倍1.5倍的板厚。(3)懸挑板角處應(yīng)設(shè)置放射狀附加鋼筋等。(4)加強底板的剛度和強度,在大跨度柱間設(shè)置加強板帶或暗梁等。3工程實例由我院設(shè)計的金大洲住宅小區(qū),位于惠州市仲愷高新開發(fā)區(qū)內(nèi),其中16號樓為34層的高層住宅,建筑總高度為99.8 m,主體結(jié)構(gòu)為剪力墻結(jié)構(gòu),設(shè)一層地下室。本工程主體為剪力墻結(jié)構(gòu),剪力墻間距小,剛度大,整體性好,故基礎(chǔ)采用平板式筏板。筏板厚度結(jié)合上部剪力墻間距、荷載分布及地基剛度綜合計算

8、后確定為1 400 mm,C30混凝土,HRB335主筋?；A(chǔ)計算采用PKPM CAD工程部編寫的JCCAD進行分析計算,對筏板按有限元網(wǎng)格進行自動劃分,并按板元法計算。上部結(jié)構(gòu)用SATWE計算時點取“生成基礎(chǔ)的剛度”選項,考慮上部結(jié)構(gòu)剛度凝聚,在基礎(chǔ)計算時迭加上部結(jié)構(gòu)凝聚剛度和荷載向量,筏板上剪力墻考慮高度為10 m,有限元網(wǎng)格劃分為1 m網(wǎng)格。本工程沉降計算時首先要按地勘報告輸入地質(zhì)數(shù)據(jù),讀取考慮上部結(jié)構(gòu)剛度后的SATWE荷載,進行沉降試算。計算出平均沉降S1,求出板底土反力基床系數(shù)K。K=總面荷載值p(準(zhǔn)永久值)/平均沉降S1(m)。對于基底土局部地層分布不均勻,采取換填低強度等級的素混

9、凝土或采用碎石、卵石等材料碾壓或振密處理,上部結(jié)構(gòu)荷載在筏板基礎(chǔ)上分布不均勻,可以對其K值進行修正。本工程基礎(chǔ)采用平板式筏板,設(shè)計中按有限元計算并考慮不利因素適當(dāng)調(diào)整配筋。其配筋量比倒扣樓蓋節(jié)省25%左右。工程施工完后,主體沉降等各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。4結(jié)語高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計是制約高層建筑的安全可靠性和經(jīng)濟合理性的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接關(guān)系到工程造價、施工難度和工期。因此高層建筑的基礎(chǔ)選型應(yīng)因地制宜,對于場地簡單、承載力高的土層埋藏較淺時,可選用筏板基礎(chǔ),并選擇合理的計算模型進行分析計算,可以做到“安全適用、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理”的預(yù)期目標(biāo)。參考文獻:1GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范S.2JGJ 3-2002,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程S.3錢力航.高層建筑箱基與