筏板有限元基礎(chǔ)適用于大底盤、多塔的新設(shè)計(jì)方法

筏板有限元基礎(chǔ)

適用于大底盤、多塔的

新設(shè)計(jì)方法

1內(nèi)容1，大底盤高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)簡介2，上部結(jié)構(gòu)荷載的正確使用3，上下部結(jié)構(gòu)共同作用4，沉降、內(nèi)力計(jì)算及地基模型的選擇5，大底盤高層建筑基礎(chǔ)交互設(shè)計(jì)6，厚板有限元計(jì)算改正7，變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方法應(yīng)用介紹2一、大底盤多塔樓高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)簡介1，大底盤多塔樓高層建筑應(yīng)用現(xiàn)況

每年城鎮(zhèn)竣工的建筑面積達(dá)5億平方米。大底盤多塔樓高層建筑、地下商場、地下車庫建筑以及大跨空間、多層地下結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，在目前住宅小區(qū)建設(shè)以及大型公建項(xiàng)目中都占有非常重要的地位，其面積可達(dá)總竣工建筑面積的10%。

3工程實(shí)例：北京巴黎城（北京院）

43層，大底盤尺寸210m×200m

4工程實(shí)例：北京西雅圖（冶研院）

34層，大底盤尺寸230m×220m

5沉降圖6例：北化東四環(huán)西區(qū)住宅及商業(yè)工程（地基所）

18層，大底盤尺寸138m×103m7工程實(shí)例：上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)X2地塊（茂爾盛maunsell深圳公司）

35層，大底盤尺寸127m×160m82、給地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工帶來的問題（1）上部結(jié)構(gòu)塔樓相對(duì)大底盤地下結(jié)構(gòu)剛度大，荷載不均勻，基底反力不均勻，基礎(chǔ)底板的不均勻變形。設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)引起基礎(chǔ)開裂。例如國貿(mào)二期工程底板裂縫，防水失效；昆明建筑大廈梁板式筏基開裂，底板防水失效。92、給地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工帶來的問題（2）目前解決大底盤高層建筑不均勻沉降的辦法一是設(shè)置沉降縫，二是設(shè)置施工“后澆帶”，待沉降基本穩(wěn)定后再澆筑“后澆帶”砼。（北京降水費(fèi)用：在6個(gè)月以內(nèi)100~120元/平米，6~12個(gè)月150~170元/平米）（3）高層建筑與純地下車庫的連接相當(dāng)于主塔樓與裙房的連接103,JCCAD軟件1112二、上部結(jié)結(jié)構(gòu)荷荷載的的正確確使用用PM荷載TAT,SATWE,PMSAP荷載子結(jié)構(gòu)構(gòu)的凝凝聚荷荷載“一次次加荷荷”，，“模擬擬施工工1”，““模擬擬施工工2”，““模擬擬施工工3”活荷載載樓層層折減減一層荷荷載作作用點(diǎn)點(diǎn)標(biāo)高高1314活載樓樓層不不折減減151，荷載載樓面面折減減系數(shù)數(shù)的影影響在PM交互輸輸入的的樓面面折減減不但但影響響梁的的設(shè)計(jì)計(jì)也影影響柱柱與基基礎(chǔ)的的設(shè)計(jì)計(jì)（與與樓層層折減減系數(shù)數(shù)連乘乘）規(guī)范：：荷載載樓面面折減減系數(shù)數(shù)應(yīng)只只影響響梁。。2，基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)是否否不考考慮地地震效效應(yīng)組組合（（在地地基規(guī)規(guī)范3.0.4沒有提提地震震效應(yīng)應(yīng)組合合）？？基礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)考慮慮地震震效應(yīng)應(yīng)組合合?？箍拐鹪O(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)依據(jù)據(jù)抗震震規(guī)范范，樁樁基設(shè)設(shè)計(jì)還還應(yīng)依依據(jù)樁樁基規(guī)規(guī)范，，有地地方規(guī)規(guī)范(規(guī)程)應(yīng)優(yōu)先先按地地方規(guī)規(guī)范設(shè)設(shè)計(jì)。。（類類比：：荷載載規(guī)范范中也也沒有有提地地震效效應(yīng)組組合））163，地震震效應(yīng)應(yīng)組合合會(huì)發(fā)發(fā)生豎豎向力力增加加或減減?。ǎΣ徊黄胶夂猓┌挫o力力概念念理解解地震效效應(yīng)組組合與風(fēng)荷載載組合合，認(rèn)為為豎向向力不不應(yīng)增增加或或減小小。實(shí)實(shí)際發(fā)發(fā)現(xiàn)力力不平平衡。。原因是是底層層地震震內(nèi)力力是通通過CQC方法得得到，，CQC是一種種用于于單個(gè)個(gè)構(gòu)件件的地地震內(nèi)內(nèi)力統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方方法，，將CQC以后的的內(nèi)力力作為為荷載載來進(jìn)進(jìn)行整整體分分析是是一種種近似似，就就會(huì)發(fā)發(fā)生力力不平平衡的的這種種現(xiàn)象象。174，SATWE等增加加“模模擬施施工3”，基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)如何何取用用？“模擬擬施工工3”實(shí)是分層剛度分分層加加載方方法“模擬擬施工工1”實(shí)是整體剛度分分層加加載方方法“模擬擬施工工3”大大改改善了了“一次次加荷荷”與與“模模擬施施工1”中的豎豎向剛剛度不不均勻勻造成成豎向向荷載載傳遞遞不合合理現(xiàn)現(xiàn)象。?！笆┕すつM擬2”是專為為基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)生成成，是是一種種人工工近似似。建議：優(yōu)先采采用““施工工模擬擬3”+上下部部結(jié)構(gòu)構(gòu)共同同作用用采用““施工工模擬擬1”+上下部部結(jié)構(gòu)構(gòu)共同同作用用采用““一次次加荷荷”+上下部部結(jié)構(gòu)構(gòu)共同同作用用“施工工模擬擬2”（不應(yīng)應(yīng)考慮慮上下下部結(jié)結(jié)構(gòu)共共同作作用））豎向剛剛度不不均勻勻結(jié)構(gòu)構(gòu)舉例：：框架剪剪力墻墻結(jié)構(gòu)構(gòu)，內(nèi)內(nèi)砼筒筒體+外鋼框框架結(jié)結(jié)構(gòu)18MNQ荷載作作用點(diǎn)點(diǎn)標(biāo)高高M(jìn)’=M+Q*HH19一層上上部結(jié)結(jié)構(gòu)荷荷載作作用點(diǎn)點(diǎn)標(biāo)高高影響：：獨(dú)基基，樁樁承臺(tái)臺(tái)；作作用：：剪力力換算算成彎彎矩H1H2GABCD20三，上上下部部結(jié)構(gòu)構(gòu)共同同作用用TAT,SATWE,PMSAP剛度1.上部結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算時(shí)時(shí)假設(shè)設(shè)基礎(chǔ)礎(chǔ)不變變形，，是固固端約約束：：實(shí)際際結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)會(huì)會(huì)沉沉降降且且可可能能不不均均勻勻。。差異異沉沉降降會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生生次次內(nèi)內(nèi)力力。2.不同同結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式對(duì)對(duì)差差異異沉沉降降的的反反應(yīng)應(yīng)是是不不同同的的。。3.地基基規(guī)規(guī)范范條條文文中中相相關(guān)關(guān)內(nèi)內(nèi)容容2122上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)剛剛度度的的影影響響1，按按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚聚的上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)剛剛度度進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)算算TAT,SATWE,PMSAP剛度度凝凝聚聚的的過過程程實(shí)實(shí)際際上上是是將將上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)作作為為整整個(gè)個(gè)上上下下部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，對(duì)對(duì)于于基基礎(chǔ)礎(chǔ)筏筏板板計(jì)計(jì)算算是是一一個(gè)個(gè)準(zhǔn)準(zhǔn)確確解解。。2，倒樓樓蓋蓋模型型上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)為為剛剛性性（（計(jì)計(jì)算算局局部部內(nèi)內(nèi)力力））3，不考考慮慮上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)剛剛度度上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)剛剛度度為為023巴黎黎城城單單塔塔計(jì)計(jì)算算24考慮慮上上部部的的沉沉降降圖圖不不考考慮慮上上部部的的沉沉降降圖圖25配筋筋值值比較較考慮慮上上部部不不考考慮慮上上部部（（mm2/m）X上筋筋49554184Y上筋筋59927694X下筋筋94149461Y下筋筋6945823426四、、基基礎(chǔ)礎(chǔ)沉降降、、內(nèi)內(nèi)力力計(jì)計(jì)算算及及地地基基模模型型的的選選擇擇沉降降=附加加壓壓應(yīng)應(yīng)力力引引起起的的沉沉降降+回彈彈再再壓壓縮縮計(jì)計(jì)算算樁基基可可不不考考慮慮回回彈彈再再壓壓縮縮27樁基基沉沉降降計(jì)計(jì)算算方方法法一、、半半經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)實(shí)實(shí)體體深深基基礎(chǔ)礎(chǔ)法法二、、從從單單樁樁出出發(fā)發(fā)考考慮慮群群樁樁作作用用的的沉沉降降計(jì)計(jì)算算法法建筑筑地地基基基基礎(chǔ)礎(chǔ)規(guī)規(guī)范范GB5007-2002樁基基規(guī)規(guī)范范JGJ94-94上海海地地基基規(guī)規(guī)范范DBJ08-11-19992829四、、沉降降、、內(nèi)內(nèi)力力計(jì)計(jì)算算及及地基基模模型型的的選選擇擇算例例：：油油罐罐設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)板厚1.1米樁長長36米油罐罐直直徑徑26.44米荷載載300kPa30313233位置（離中心距m）02.424.827.229.1212.02比值中心處結(jié)果樁數(shù)1713192430總樁94上海規(guī)范沉降12612512011197801.575MINDLIN解沉降（mm）10510410196.791.285.11.234M=1952kNm/mMINDLIN解樁反力（kN）1338137214261449163025391.898A=6862mm2/m修正解沉降（mm）98.197.997.195.894.192.41.065M=620kNm/m修正解樁反力（kN）1529155016051692183721051.377A=2364mm2/mWINKLER解沉降（mm）92.793.093.894.991.197.40.952M=-840kNm/mWINKLER解樁反力（kN）1779178618011822184518691.051A=2761mm2/m34沉降降比比較較35樁反反力力比較較36五、、大底底盤盤高高層層建建筑筑基基礎(chǔ)礎(chǔ)交互互輸輸入入1、工工程程拼拼裝裝2、筏筏板板復(fù)復(fù)雜雜情情況況介介紹紹3、提提供供多多種種優(yōu)優(yōu)化化布布樁樁方方式式4、DWG圖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)樁樁位位5、外外接接荷荷載載371、工工程程拼拼裝裝望望京京B11-1項(xiàng)目目B區(qū)（（34層））382、筏筏板板復(fù)復(fù)雜雜情情況況介介紹紹不等高，，不等厚厚開大天井井情況水浮力抗水架空空板設(shè)置后澆澆帶393、樁布置置方式的的選擇樁筏下樁樁布置的的特點(diǎn)樁位的隨隨意性，，樁位自自成網(wǎng)格格樁位與荷荷載的相相關(guān)性——就地消化化常用方式式：單樁樁布置，，單樁拷拷貝，圍圍樁承臺(tái)臺(tái)。梁下布樁樁——筏板應(yīng)后后布或不不布。優(yōu)化布樁樁——可對(duì)樁筏筏基礎(chǔ)先先按承臺(tái)臺(tái)樁布置置，然后后再刪除除承臺(tái)404、DWG圖轉(zhuǎn)樁位位(萬豪世紀(jì)紀(jì)中心)41萬豪世紀(jì)紀(jì)中心場區(qū)原設(shè)設(shè)計(jì)為嘉利來世世貿(mào)廣場場，由地上上33層辦公樓樓（A1座，高度度約128m）、24層辦公樓樓（A2座）、11~15層公寓樓樓、4層群樓及及外圍大大面積純純地下車車庫組成成，各部部分均設(shè)設(shè)三層地地下室，，基礎(chǔ)埋埋深為14.7~18.0m。1995年，進(jìn)行行了基坑坑土方開開挖和33層辦公樓樓（A1座）樁基基施工，，辦公樓樓區(qū)域工工程樁總總數(shù)約2000根，φ400的預(yù)應(yīng)力力管樁，樁長約約6~7m，樁頂標(biāo)高高約在23.30m左右，樁樁中心距距為1.2m，設(shè)計(jì)單樁樁豎向承承載力標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值為為1000kN。此后原工工程因故故停工，，基坑廢廢棄并陸陸續(xù)被回回填。2003年北京美美邦亞聯(lián)聯(lián)公司承承接該項(xiàng)項(xiàng)目，對(duì)對(duì)設(shè)計(jì)方方案重新新進(jìn)行了了調(diào)整，，定位為為辦公、、酒店高高層建筑筑及大底底盤商用用裙房結(jié)結(jié)構(gòu)的大大型綜合合性建筑筑體。其其中酒店店部分地地上34層，建筑筑高度128.2m，地下3層，基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深18.20m，位置局部部對(duì)應(yīng)于于原A1座33層辦公樓樓。裙房房地上3~5層，地下下3層，框筒筒結(jié)構(gòu)，，樁筏基基礎(chǔ)。425、外接荷荷載CCTV435、外接荷荷載445、外接荷荷載455、外接荷荷載464、外接荷荷載47地震48六、厚板板有限元元計(jì)算改改正（一）筏筏板計(jì)算算前處理理（二）筏筏板“后后澆帶””計(jì)算（三）筏板計(jì)算算后處理理49（一）筏筏板計(jì)算算前處理理基礎(chǔ)筏板板中厚板板有限元元計(jì)算前前處理特特點(diǎn)：(1)單元尺寸寸可調(diào)節(jié)節(jié),能解決任意體量量的筏板板單元?jiǎng)潉澐?2)調(diào)用上部部結(jié)構(gòu)底底層柱、、墻及筏筏板上的的梁肋構(gòu)構(gòu)成初網(wǎng)網(wǎng)格,形成房間間(3)用四邊形形(8節(jié)點(diǎn))及三角形形(6節(jié)點(diǎn))高精度等等參單元元進(jìn)行自動(dòng)加密密(4)減少人工工干預(yù)，增加可可操作性性50工程實(shí)例例：北京京巴黎城城43層，大底底盤尺寸寸210m×200m51網(wǎng)格劃分分圖52網(wǎng)格劃分分圖（局局部）53工程實(shí)例例：望京B11-1項(xiàng)目B區(qū)34層，大底底盤尺寸寸176m×47m54網(wǎng)格劃分分圖55網(wǎng)格劃分分圖（局局部）56（二）筏筏板“后后澆帶””計(jì)算57計(jì)算原理理計(jì)算時(shí)分分成“后澆帶帶”前內(nèi)力計(jì)算算與“后澆帶帶”后內(nèi)力計(jì)計(jì)算?！昂鬂矌А鼻皟?nèi)內(nèi)力是按按獨(dú)立的的幾塊板板分開計(jì)計(jì)算，相相互不連連接，不不傳遞彎彎矩與剪剪力。“后澆帶帶”后內(nèi)內(nèi)力是按按整體計(jì)計(jì)算彎矩矩與剪力力?？們?nèi)力是是將前后后內(nèi)力進(jìn)進(jìn)行疊加加。通過設(shè)置置加荷比比例系數(shù)數(shù)來模擬擬“后澆澆帶”澆澆注時(shí)間間。考慮“后后澆帶””的計(jì)算算使內(nèi)力力更加合合理，配配筋更加加節(jié)省。。58工程實(shí)例例：北京京恒富家園59設(shè)后澆帶帶60設(shè)置加荷荷比例系系數(shù)0.0=不設(shè)設(shè)1.0=永久設(shè)設(shè)0.5=完成一一半61不設(shè)后澆澆帶（系數(shù)為0）

沉降降圖連續(xù)續(xù)62不設(shè)后澆澆帶（系數(shù)為0.5）

沉降降圖在后后澆帶處處不連續(xù)續(xù)63（三）筏板計(jì)算算后處理理JCCAD提供以下下筏板配配筋模式式：(1)板帶方式式配筋；；(2)分區(qū)域均均勻配筋筋；(3)新板帶方方式配筋筋（新增增）64新板帶方方式配筋筋6566七、變剛度調(diào)調(diào)平設(shè)計(jì)計(jì)方法應(yīng)應(yīng)用介紹紹對(duì)于高層層建筑樁樁筏、樁樁箱基礎(chǔ)礎(chǔ)，按傳傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)理念是是只重視視滿足總總體承載載力和沉沉降要求求，忽略略上部結(jié)結(jié)構(gòu)、承承臺(tái)、樁樁、土的的相互作作用共同同工作特特性，采采用均勻布樁樁，甚至對(duì)對(duì)邊角樁樁實(shí)施加加強(qiáng)，由由此導(dǎo)致致基礎(chǔ)沉降降呈蝶形形分布、、反力呈呈馬鞍形形分布，，主裙差差異變形形顯著，，基礎(chǔ)整整體彎距距和核心心區(qū)沖切切力過大大，雖然基基礎(chǔ)板配配筋較多多，但有有的基礎(chǔ)礎(chǔ)板和上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)仍有裂裂縫出現(xiàn)現(xiàn)乃至影影響正常常使用。。針對(duì)上述情況況，提出變剛剛度調(diào)平設(shè)計(jì)計(jì)新理念。67調(diào)平設(shè)計(jì)基本內(nèi)涵基本內(nèi)涵是：：首先，考慮慮框筒、框剪剪結(jié)構(gòu)的荷載載與剛度分布布特點(diǎn)和相互互作用引起的的應(yīng)力場不均均，實(shí)施變剛剛度布樁（視視地質(zhì)條件實(shí)實(shí)施，變樁長長、樁徑、樁樁距）強(qiáng)化核核心區(qū)，弱化化核心區(qū)外圍圍；對(duì)于剛度度相對(duì)弱化區(qū)區(qū)考慮樁土共共同分擔(dān)荷載載。68調(diào)平設(shè)計(jì)作法法對(duì)于主樓裙房房聯(lián)體建筑，，則按強(qiáng)化主體弱化化裙房的原則設(shè)計(jì)，，主體采用樁基，裙房則應(yīng)首首選天然地基，其次為復(fù)合地基、疏疏短樁基。采用JCCAD程序進(jìn)行上部部結(jié)構(gòu)、承臺(tái)臺(tái)、樁、土的的共同作用分分析，調(diào)整布布樁，使差異沉降趨趨于最小，合理確定箱箱、筏承臺(tái)的的板厚與配筋筋。69巴黎城單塔計(jì)計(jì)算（均勻/非均勻布樁））70考慮上部的沉沉降圖（均勻勻/非均勻布樁））71考慮上部剛度度的配筋值均勻布樁非非均勻布樁樁（mm2/m）X上筋76794955Y上筋1373359