高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計

高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計

浙江省建筑設(shè)計研究院

楊學(xué)林

目錄

一、高層基礎(chǔ)的荷載二、高層基礎(chǔ)選型與布置三、基礎(chǔ)計算

1、承載力計算

2、沉降計算

3、筏板計算四、幾點體會一、高層基礎(chǔ)的荷載豎向荷載包括：1、自重荷載：梁、柱、板、粉砂面層、填充墻、門窗幕墻，等等2、樓面活荷載3、屋面活載、積灰荷載、雪荷載等4、吊車荷載（廠房）5、施工荷載（臨時）水平荷載：

1、風(fēng)荷載、風(fēng)振效應(yīng)

2、地震荷載（作用）其它荷載（作用）：1、混凝土收縮、鋼材焊接2、溫度變化3、地基變形

人防地下室—人防荷載其它荷載（作用）：1、混凝土收縮2、溫度變化3、地基變形（樁基沉降）靜止土壓力1、豎向總荷載估算：

高層建筑荷重標(biāo)準值：框架結(jié)構(gòu)：1.2～1.4t/m2框架-剪力墻、框架-核心筒：1.4～1.6t/m2剪力墻、筒中筒：1.6～1.8t/m2工程樁數(shù)量判斷：樁數(shù)×單樁承載力特征值/上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準荷重

＜1.0不安全

=1.0～1.10正常（考慮風(fēng)、地震等水平作用）=1.10～1.20可優(yōu)化＞1.30布樁太多

2、水平荷載與豎向荷載的比列

浙江凱喜雅大廈（H=100m）：

G+L=649068kN水平風(fēng)荷載：F風(fēng)

=4095kN(0.63％)

水平地震：

6度：F

=3401kN(0.523％)7度：F

=1.05％

8度：F

=2.10％

浙江新世界財富中心（北塔樓，58層，H=246m）：

G+L=2056648kN水平風(fēng)荷載：F風(fēng)

=18840kN(0.916％)

水平地震：

6度：F

=10848kN(0.527％)7度：F

=1.055％

8度：F

=2.11％

溫州鹿城廣場（75層，H=350m）：

G+L=4418409kN水平風(fēng)荷載：F風(fēng)

=58609kN(1.33％)

水平地震：

6度：F

=22568kN(0.51％)7度：F

=1.02％

8度：F

=2.04％100年一遇的基基本風(fēng)壓：：杭州：0.50kN/m2寧波：0.60kN/m2溫州：0.70kN/m2350m以內(nèi)高層：：F風(fēng)/（G+L）=0.50％～1.35％杭、寧、溫溫：水平地地震力更小?。ǎ?.0％）一般無需驗驗算：樁基基水平承載載力3、樓面活荷荷載與自重重荷載的比比列一般高層：：活載≤≤15％200m以上高層：：活載≤≤10％浙江凱喜雅雅大廈（H=100m）：G=564558kNL=84510kNG+L=649068kNL/(G+L)≈≈13％浙江新世界界財富中心心（北塔樓樓，58層，H=246m）：G=1921012kNL=135636kNG+L=2056648kNL/(G+L)≈≈6.6％溫州鹿城廣廣場（75層，H=350m）G=4131599kNL=286810kNG+L=4418409kNL/(G+L)≈≈6.5％國家《建筑地基規(guī)規(guī)范》（2002）：1、樁數(shù)、基基底面積：：作用S—采用荷載效效應(yīng)的標(biāo)準準組合抗力R—特征值（單單樁或地基基承載力特特征值）2、地基變形形、樁基沉沉降作用—采用荷載效效應(yīng)的準永永久組合限值—規(guī)范規(guī)定的的變形允許許值3、基礎(chǔ)截面面配筋、樁樁身強度作用—采用荷載效效應(yīng)的基本本組合（分分項系數(shù)））抗力—材料強度取取設(shè)計值4、基礎(chǔ)裂縫縫寬度作用—采用荷載效效應(yīng)的標(biāo)準準組合限值—0.2、0.3mm①基本組合：：承載能力極極限狀態(tài)計計算時，永永久作用和可變作用用的組合。。（永久荷載載控制）②標(biāo)準組合：：正常使用極極限狀態(tài)計計算時，采采用標(biāo)準值值或組合值值為荷載代代表值的組組合。（分項系數(shù)數(shù)均取1.0)③準永久組合合：正常使用極極限狀態(tài)計計算時，對對可變荷載載采用準永永久值為荷荷載代表值值的組合。。（分項系數(shù)數(shù)均取1.0)案例：杭州某高層層辦公樓，，地上25層，高度99.6m,框架-剪力墻體系系，地下二二層?；A(chǔ)礎(chǔ)為鉆孔灌灌注樁，樁樁徑Φ800，持力層為為中風(fēng)化凝凝灰?guī)r，有有效樁長約約40m。施工圖審查查發(fā)現(xiàn)樁數(shù)數(shù)偏多較多多。原因：傳至樁基的的荷載采用用設(shè)計值（（基本組合合），單樁樁承載力（（抗力）采采用特征值值，荷載和和抗力取值值不匹配，，導(dǎo)致布樁樁數(shù)量過多多造成浪費費。二、高層基基礎(chǔ)選型與與布置■天然地地基淺基礎(chǔ)礎(chǔ)柱下獨立基基礎(chǔ)柱下條形基基礎(chǔ)墻下條形基基礎(chǔ)片筏基礎(chǔ)巖石錨桿基基礎(chǔ)（抗滑滑、抗?。錾罨A(chǔ)樁基礎(chǔ)√地下連續(xù)墻墻√沉井基礎(chǔ)某二層地下下上浮近1.0m巖石錨桿施施工不當(dāng)，，抗拔承載力不足足而被拔出出抗浮錨桿的的應(yīng)用1、樁基礎(chǔ)非擠土樁：：√鉆孔灌注樁樁√人工挖孔樁樁擠土樁：√鋼管樁（上上海金茂、、上海環(huán)球球、石油雙雙塔）預(yù)應(yīng)力管樁樁（可節(jié)約約造價30～50％）預(yù)應(yīng)力空心心方樁預(yù)制方樁沉管灌注樁樁浙江新世界界財富中心心鉆孔灌注樁樁：Φ800，L=41.5m持力層：6-2圓礫層進入6m，樁端注漿Ra=4700kN樁長、持力力層可不一一致樁型也可不不同鉆孔樁Φ1100承臺板:5.6mRa=12500kN人工挖孔樁樁：端承樁、端端承型樁擴底效果好好擴底施工方方便安全問題與與樁身質(zhì)量量金華地區(qū)：：不用圓礫、卵石石層：注意意Φ910鋼管樁馬來西亞吉吉隆坡石油油大廈雙塔塔地上88層，H=379m，桅桿頂452m,地下3層98年建成(>西爾斯大廈廈443m)鋼筋混凝土土結(jié)構(gòu)(84層以上為鋼鋼結(jié)構(gòu))(抗風(fēng)控制,滿足舒適度度)基礎(chǔ):鋼管樁Φ910x22.2，L≈84m承臺板:4.0m2、地下連續(xù)續(xù)墻剛度大、防防水好：市市中心深基基坑充分利用紅紅線內(nèi)場地地：二墻合合一逆作法：西西湖凱悅、、絲綢城、、地鐵武林林門站等豎向承載力力：帶支腿腿、墻底注注漿泥砂分離器器圍護墻受力力計算圍護墻兼作作地下室外外墻或作為為結(jié)構(gòu)外墻墻的一部分分時，應(yīng)分分施工階段段和使用階階段兩種情情況分別進進行受力計計算，按最最不利工況況設(shè)計。1．施工階段段受力計算算鑒于目前的的三維模型型尚不完善善，一般采采用豎向彈彈性地基梁梁的地基基基床系數(shù)法法計算圍護護墻的內(nèi)力力和變形，，計算模型型見圖4。墻后土壓力力取值，在在開挖面以以上可取主主動土壓力力，考慮到到采用逆作作法施工的的墻體變形形較小，可可對主動土土壓力進行行適當(dāng)調(diào)整整或取靜止止土壓力，，在開挖面面以下取矩矩形分布；；墻前（坑坑內(nèi)側(cè)）土土體被動抗抗力以水平平彈簧模擬擬。支撐梁板的的作用以水水平彈性支支座代替。。當(dāng)采用全全逆作法時時，由于地地下室各樓樓層的平面面內(nèi)剛度非非常大，可可近似按不不動支撐點點考慮；當(dāng)當(dāng)采用敞開開式逆作法法時，可取取框格式水水平支撐體體系的等效效剛度，等等效剛度的的取值可按按文獻[5]的方法計算算。逆作法施工工時，坑內(nèi)內(nèi)也是采取取分步開挖挖土方、分分層澆注梁梁板支撐體體系的，因因此還必須須考慮這一一動態(tài)施工工因素對受受力計算的的影響[5]。2．使用階段段受力計算算使用階段圍圍護墻的計計算模型與與施工階段段相似，僅僅有以下不不同：①墻外側(cè)側(cè)土壓力逐逐漸恢復(fù)到到靜止土壓壓力狀態(tài)；；②地下各各層樓板及及基礎(chǔ)底板板均已澆注注完畢，樓樓板、底板板位置均可可按不動支支點考慮；；③有混凝凝土內(nèi)襯墻墻時，應(yīng)根根據(jù)圍護墻墻與內(nèi)襯墻墻的結(jié)合方方式不同，，采用不同同的計算方方法。當(dāng)圍護墻與與內(nèi)襯墻結(jié)結(jié)合成整體體，結(jié)合面面能夠傳遞遞剪力時（（如圖5所示），受受力計算時時可把二者者視為整體體墻，設(shè)置置內(nèi)襯墻后后的內(nèi)力增增量由整體體墻承擔(dān)；；當(dāng)圍護墻墻與內(nèi)襯墻墻之間設(shè)置置防水夾層層，結(jié)合面面不能傳遞遞剪力時，，設(shè)置內(nèi)襯襯墻后的內(nèi)內(nèi)力增量由由圍護墻和和內(nèi)襯墻分分別承擔(dān)，，可近似按按墻體剛度度比例分配配計算。3、場地要求求和基礎(chǔ)有有效埋置深深度場地要求：：①選擇有有利地段對于危險地地段，強調(diào)調(diào)“嚴禁建造甲甲、乙類的的建筑，不不應(yīng)建造丙丙類的建筑筑”。地段類別地質(zhì)、地形、地貌有利地段穩(wěn)定基巖，堅硬土、開闊、平坦、密實、均勻的中硬土等不利地段軟弱土，液化土，條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘，陡坡，陡坎，河岸和邊坡的邊緣，平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層（如故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基），高含水量的可塑黃土，地表存在結(jié)構(gòu)性裂縫等危險地段地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯的部位②避讓主主斷裂帶,最小避讓距距離:建造烈度建筑抗震設(shè)防類別甲乙丙丁8專門研究200m100m—9專門研究400m200m—③液化判判別和處理理:6度乙類建筑筑：按照7度要求判別別處理映秀鎮(zhèn)處于于龍門山中中央主斷裂裂帶之上，是是此次地震震的震中中位置，其其地震影響響烈度高高達11度，區(qū)域范圍圍內(nèi)的房屋屋建筑遭受受毀滅性性破壞。震后的北川川縣城，巨巨大的山體體滑坡沖毀毀了大片建建筑汶川地震，，山體滑坡坡形成唐家家山堰塞塞湖有效埋置深深度的要求求：《建筑地基規(guī)規(guī)范》第5.1.3條：高層建筑筏筏形和箱形形基礎(chǔ)的埋埋置深度應(yīng)應(yīng)滿足地基基承載力、、變形和穩(wěn)穩(wěn)定性要求求。在抗震震設(shè)防區(qū)，，除巖石地地基外，天天然地基上上的箱形和和筏形基礎(chǔ)礎(chǔ)其埋置深深度不宜小小于建筑物物高度的1/15；樁箱或樁樁筏基礎(chǔ)的的埋置深度度（不計樁樁長）不宜宜小于建筑筑物高度的的1/18～1/20。位于巖石石地基上的的高層建筑筑，其基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深應(yīng)滿滿足抗滑要要求?！陡咭?guī)》第12.1.7條：天然地基、、復(fù)合地基基：≮1/15樁基礎(chǔ)：≮1/18巖石地基：：有效抗滑滑移措施，，可放松《建筑地基規(guī)規(guī)范》第8.4.15條：當(dāng)高層建筑筑與相連的的裙房之間間設(shè)置沉降降縫時，高高層建筑的的基礎(chǔ)埋深深應(yīng)大于裙裙房基礎(chǔ)的的埋深至少少2m。地面以下下沉降縫的的縫隙應(yīng)用用粗砂填實實?！陡咭?guī)》第4.4.7條：高層建筑宜宜設(shè)地下室室。根據(jù)上海市市政府公布布的調(diào)查結(jié)結(jié)果，房屋屋傾倒的主主要原因是是緊貼7號樓北側(cè)在在短期內(nèi)堆堆土過高，，最高處達達10米左右。與與此同時，，緊臨大樓樓南側(cè)的地地下車庫基基坑正在開開挖，開挖挖深度達4.6米。大樓兩兩側(cè)的壓力力差使土體體產(chǎn)生水平平位移，過過大的水平平力超過了了樁基的抗抗側(cè)能力，，導(dǎo)致房屋屋傾倒。地基發(fā)生整整體性滑動4、樁基礎(chǔ)底底板形式：：①梁板板式：H≤100m，施工復(fù)雜雜，周期較較長較經(jīng)濟②平板板+承臺式:③平板板式：H≥150m，施工方便便，周期短短配筋量大，，造價相對對較高為方便施工工縮短工期期，H≤100m的高層有時時也采用。。梁板式平板式5、主樓基礎(chǔ)礎(chǔ)與裙房基基礎(chǔ)的關(guān)系系①沉降縫縫：解決不均勻勻沉降問題題主、裙樓均均有地下室室時，不宜宜設(shè)縫。設(shè)縫帶來的的問題：防防水處理復(fù)復(fù)雜、易老老化、高層層埋深不宜保保證措施：采用用樁基、控控制沉降差差加強連接處處的基礎(chǔ)剛剛度設(shè)置施工后后澆帶，等等等②防震縫縫：解決不規(guī)則則結(jié)構(gòu)的抗抗震問題③伸縮縫縫：解決混凝凝土收縮、、溫度應(yīng)力力問題伸縮縫設(shè)置置：混凝土規(guī)范范要求：對對現(xiàn)澆鋼筋筋混凝土地地下室外墻、擋擋土墻結(jié)構(gòu)構(gòu)：室內(nèi)或土中中：≤30m露天環(huán)環(huán)境：：≤20m實際工程中中，地下室室結(jié)構(gòu)很少少按≤30m設(shè)置伸縮縫縫。高地下水位位、滲透系系數(shù)大的粉粉砂土地基基中，地下下室結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)置永久縫縫應(yīng)慎重。。多于三層的的地下室宜宜不設(shè)永久久縫。三、基礎(chǔ)計計算1、承載力計計算偏心豎向力力作用下水平力作用用下①確定樁樁數(shù)軸心豎向力力作用下偏心豎向力力作用下水平力作用用下考慮地震的的內(nèi)力組合合：偏心豎向力力作用下水平力作用用下軸心豎向力力作用下軸心豎向力力作用下樁身強度驗驗算：單樁豎向抗抗壓靜載荷荷試驗單樁豎向承承載力特征征值：按地勘報告告估算：后注漿提高高：30％～40％（杭州））按《樁基規(guī)范》估算：單樁水平靜靜載荷試驗驗：如杭州錢江江新城某Φ800鉆孔灌注樁樁，持力層層為圓礫層層，樁端后后注漿，Ra=4500kN按《樁基規(guī)范》估算得：Rha=250kN(5.56％)單樁水平承承載力特征征值：100年一遇的基基本風(fēng)壓：：杭州：0.50kN/m2寧波：0.60kN/m2溫州：0.70kN/m2350m以內(nèi)高層：：λ=F風(fēng)/（G+L）=0.50％～1.35％杭、寧、溫溫：水平地地震力更小?。ǎ?.0％）考慮承臺側(cè)側(cè)面?zhèn)茸?、、地下室外外墻外?cè)約約束等一般無需驗驗算：樁基基水平承載載力②樁位布置原原則：■樁基形形心宜與結(jié)結(jié)構(gòu)豎向永永久荷載重重心重合。。偏心距e宜符合下式式要求：e≤0.1W/A（=B/60，矩形平面面）式中：W——與偏心距方方向一致的的基礎(chǔ)底面面邊緣抵抗抗矩；A——基礎(chǔ)底面積積。■高層核核心筒：盡盡可能布在在核心筒沖沖切范圍內(nèi)內(nèi)上海金茂：：筏板厚度度4000mm上海環(huán)球：：4500mm溫州鹿城：：5600mm③抗拔樁配筋筋的問題：：采用小直徑徑樁，Φ1000=2Φ500（抗拔承載載力）Φ1000=4Φ500（混凝土方方量）配筋：Φ600鉆孔樁，抗抗拔特征值值=1000kN1、按承載力力計算配筋筋：As=4160mm22、按抗裂計算算配筋：As=8200mm2（Wmax≤0.2mm）3、若考慮抗腐腐，按鋼樁每每年0.03mm，50年為1.5mm，如采用Φ25鋼筋，50年后有效直徑徑為Φ22，即配筋5400mm2可滿足抗拔承承載力要求。2、樁基沉降驗驗算主要方法：■實體深基基礎(chǔ)方法（《地基規(guī)范》）■Mindlin應(yīng)力公式法■等效作用用實體深基礎(chǔ)礎(chǔ)法（《樁基規(guī)范》）■實體深基基礎(chǔ)方法（《地基規(guī)范》）計算假定：1、等效作用面面位于樁端平平面（將樁基基承臺、樁群群與樁間土作作為實體深基基礎(chǔ)）2、等效作用面面積為樁基承承臺投影面積積（不考慮沿沿樁身的應(yīng)力力擴散）；3、等等效效作作用用附附加加壓壓力力取取承承臺臺底底附附加加壓壓力力4、等等效效作作用用面面以以下下（（等等代代實實體體深深基基底底以以下下））的的應(yīng)應(yīng)力力分分布布按按彈彈性性半半空空間間Boussinesq解確確定定■Mindlin應(yīng)力力公公式式法法結(jié)合合工工程程實實際際應(yīng)應(yīng)用用情情況況，，將將樁樁端端、、樁樁側(cè)側(cè)的的荷荷載載分分布布假假定定為為三三種種基基本本模模式式：：樁的的端端阻阻力力和和側(cè)側(cè)摩摩阻阻力力比比等效效作作用用實實體體深深基基礎(chǔ)礎(chǔ)法法（（《樁基基規(guī)規(guī)范范》）：：1、按按Mindlin解和和Boussinesq解分分別別計計算算同同一一虛虛擬擬樁樁基基（（距距徑徑比比Sa/d，長長徑徑比比l/d，樁樁數(shù)數(shù)n，基基礎(chǔ)礎(chǔ)長長寬寬比比Lc/Bc）的的沉沉降降SM/SB，將將等等效效系系數(shù)數(shù)Ψe＝SM/SB，制制成成表表格格；；2、計計算算樁樁基基沉沉降降時時，，先先按按傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的Boussinesq實體體深深基基礎(chǔ)礎(chǔ)分分層層總總和和法法計計算算得得S’（SB），，將將其其乘乘以以等等效效沉沉降降系系數(shù)數(shù)Ψe和經(jīng)經(jīng)驗驗系系數(shù)數(shù)Ψ，得得到到計計算算沉沉降降。。沉降降計計算算經(jīng)經(jīng)驗驗系系數(shù)數(shù)：：計算算中中未未考考慮慮的的樁樁端端刺刺入入Sp、樁樁身身壓壓縮縮Se、樁樁端端上上涌涌再再刺刺入入Sp’、土土參參數(shù)數(shù)與與實實際際差差異異等等的的影影響響，，均均需需由由沉沉降降經(jīng)經(jīng)驗驗系系數(shù)數(shù)反反映映。。實體深深基礎(chǔ)礎(chǔ)方法法（《地基規(guī)規(guī)范》）Smax=165mm實體深深基礎(chǔ)礎(chǔ)方法法（《地基規(guī)規(guī)范》）Smax=165mmMindlin應(yīng)力公公式法法Smax=108mmMindlin應(yīng)力公公式法法Smax=108mm等效作作用實實體深深基礎(chǔ)礎(chǔ)法《樁基規(guī)規(guī)范》Smax=48.33、筏板板計算算常用計計算模模型：：①支承于于彈簧簧上的的彈性性板有有限元元分析析法②倒倒樓蓋蓋模型型（上上部結(jié)結(jié)構(gòu)剛剛度無無窮大大）③基基于Mindlin應(yīng)力解解的單單向壓壓縮分分層總總和法法①支承于于彈簧簧上的的彈性性板有有限元元分析析法將筏形形承臺臺板進進行有有限元元劃分分，筏筏板采采用板板單元元模擬擬（MINDLIN理論的的中厚厚板）），樁樁作為為彈簧簧考慮慮，采采用有有限元元法求求解彈彈性支支座的的位移移、反反力及及板的的彎矩矩。單樁剛剛度：：按《樁基規(guī)規(guī)范》公式估估算；；按靜載載荷試試驗實實測Q-s曲線群樁中中的單單樁剛剛度：：基于MINDLIN應(yīng)力解解和疊疊加原理，，考慮慮群樁樁效應(yīng)應(yīng)，求求得群群樁中中的單樁樁剛度度。②倒倒樓蓋蓋模型型：假定上上部結(jié)結(jié)構(gòu)剛剛度無無窮大大，不不考慮慮筏板板的整整體彎彎曲。?？赡苣艽嬖谠诓话舶踩蛞蛩?。。③基基于Mindlin應(yīng)力解解的單單向壓壓縮