第高層建筑結構設計試卷【高層建筑平板式筏基的結構設計】

摘要：本文首先分析了平板式筏基的設計條件，據此，又對平板式筏基的結構設計進行了簿要的分析。關鍵詞：高層平板式筏基設計隨著我國經濟的飛速發展，城市里高層建筑也在迅猛發展，且大部分都是住宅、賓館或辦公寫字樓型的高層建筑。這類建筑，柱網布置一般比較規整，柱荷載不大，上部建筑結構剛度比較好。其基礎在設計過程中，需要著重考慮基礎的設計條件、結構選型(樁基、樁筏基、筏基等形式)，天然地基的充分利用和解決相鄰建筑物基礎沉降影響等問題。高層建筑地下室通常作為地下停車庫，建筑上不允許設置過多的內墻，因而限制了箱型基礎的使用；筏板基礎既能充分發揮地基承載力，調整不均勻沉降，又能滿足停車庫的空間使用要求，因而就成為較理想的基礎型式。筏板基礎主要構造型式有平板式筏板基礎和梁板式筏板基礎，平板式筏板基礎由于施工簡單，在高層建筑中得到廣泛的應用。

一、平板式筏基的設計條件

基礎的設計，必須滿足以下三個條件的要求：1、基礎承受的荷重，不得超過地基的允許承載力，以保證安全。2、基礎的總沉降量及差異沉降量必須控制在一定限值之內，以保證上部結構不致損壞。3、必須預先估計新建房屋本身及其在施工過程中的必要操作對毗鄰房屋的影響，以便采取必要的保護措施。在保證安全使用的條件下，還要考慮它的綜合經濟效果。要求工期短、費用省，而這個費用和工期都不是僅僅考慮基礎的本身，而是考慮到整個建筑物的建造和運行。

在確定基礎型式時，應當通盤考慮地基、基礎及上部結構的剛度以及施工順序，恰當地估計在整個施工和使用過程中可能發生的基礎沉降及差異沉降。在此僅析天然地基上平板式筏基的設計條件：

在天然地基上應用平板式筏基，除了以上所述的條件外，最重要的是上部建筑荷載組合下總體軸力、彎矩等作用下，基底的最大壓應力必須小于修正后地基承載力。這類筏基絕大部份是作為補償式基礎，只要持力層承載力高，又無軟弱下臥屋，且建筑面積的剛度中心與基礎形心接近或重合時，均可考慮采用平板式筏基。

二、平板式筏基的結構設計

1、地基基礎結構方案選擇

高層建筑常用的基礎結構型式為樁基礎，①采用預應力管樁基礎，以強風化花崗巖為樁端持力層，由于場地基巖埋深相對較淺，地下室開挖后，最短有效樁長僅為2m左右，且場地局部地段在殘積層中存在中風化巖孤石，對預應力管樁施工帶來困難。②采用人工挖孔樁基礎，以中微風化花崗巖為樁端持力層，人工挖孔樁成孔時要穿過堅硬土層進入穩定、完整的基巖需要降水和爆破，且要等到齡期后才能進行樁的檢測和驗收，施工周期長，工程投資高，同時，人工挖孔樁還存在施工危險眭高，容易對周邊建筑物造成影響等缺點。

2、筏板基礎的平面布置

盡量使建筑物重心與筏基平面的形心重合。筏基邊緣宜外挑，挑出寬度應由地基條件、建筑物場地條件、柱距及柱荷載大小、使地基反力與建筑物重心重合或盡量減少偏心等因素綜合確定，一般情況下，挑出寬度為邊跨柱距的1／4～1／3。

3、選用恰當的地基棱型和計算方法

一個筏基可以包括兩個獨立的受力系統：一是底板，另一是加勁結構系統。底板的板底應力應符合公式的要求：Pkmax＝(Fk+Gk)／A+M／W≤1.2fa。

平板筏基的內力分析，理論上有剛性板法和彈性地基梁、板法。對于剛性板法，它可按倒樓蓋的假定進行設計，以板底凈反力作為分布荷載，柱(墻)視為支座進行內力分析，計算筏板由局部彎曲引起的內力。雖然可以不考慮整體彎曲，但在端部附近范圍內擬增大基底反力10％-20％；對于相鄰柱間荷載與柱間距變化不大時，也可采用條帶法計算。

對于彈性地基梁、板法，由于計算元素數量多，運算工作量大，通常采用計算機程序輔助設計。將筏板設成兩種基本單元――矩形彎曲板單元和板架梁單元，并提供三種地基模型：①文克爾地基模型；②分層總和法(又稱有限壓縮層)地基模型；③有樁基約束的地基，即復合地基模型。根據不同的土層地質情況，選用相應的地基模型：

文克爾地基模型，適用于軟土地基，壓縮層較薄的地基、砂土地基等，在實際使用時，重要的是選用適當的基床系數。

分層總和法地基模型，適用于地基較復雜、地基剛度變化大或需要計算沉降值的基礎。

復合地基模型，較適用于筏板下有樁的情況。

筏板的板厚，按現行規范提供的沖切計算公式確定。筏板厚度須滿足沖切承載力要求，且應驗算距內筒邊緣或柱邊緣hO處筏板的受剪承載力。當筏板厚度有變厚時，還應驗算變厚處筏板的受剪承載力。

筏板的加勁結構系統，是防止底板各支承點發生過大的差異沉降。除計算底板的應力外，還要計算建筑物沉降后對基礎底板形成的撓度，合理地選擇板厚及相應的配筋和布置暗梁，使其不致產生明顯的裂縫或滲漏。

4、筏板基礎厚度的確定

筏板基礎的厚度由抗沖切和抗剪強度確定，同時要滿足抗滲要求，局部柱距及柱荷載較大時，可在柱下板底加墩或設置暗梁且配置抗沖切箍筋，來增加板的局部抗剪切能力，避免因少數柱而將整個筏板加厚。除強度驗算控制外，還要求筏板基礎有較強的整體剛度。一般經驗是筏板的厚度按地面上樓層數估算，每層約需板厚50mm-80mm。本工程塔樓地上21層，筏板厚度為1100mm；部分軸力較大的柱，柱下板底加墩，柱墩厚度為1600mm。

5、筏板基礎的內力分析

筏板基礎的內力分析常用簡化計算方法，其最基本的特點是將由上部結構、基礎和地基3部分構成的一個完整的靜力平衡體系，分割成3個部分，獨立求解。倒樓蓋法是應用得最廣泛的一種簡化計算方法。倒樓蓋法適用于地基比較均勻、筏板基礎和上部結構剛度相對較大、柱軸力及柱距相差不大；其缺點是完全不能考慮基礎的整體作用，也無法計算撓曲變形，夸大上部結構剛度的影響。

上部結構、基礎和地基三者的關系是相互影響、相互制約的關系。把匕部結構、基礎和地基三者作為一個共同工作的整體的計算方法，其最基本的假定是上部結構與基礎、基礎與地基連接界面處變形協調，整個體系符合靜力平衡。對于基礎，由于考慮了上部結構的貢獻，使其整體彎曲變形和內力減小，而取得較為經濟的效果；對于上部結構，由于考慮了因基礎變形引起的變形，這種變形將使上部結構產生次應力，考慮了這種次應力，結構將更安全。

6、平板式筏基的結構構造

現行建筑《地基基礎設計規范》中，對平板式筏基的計算及構造作了詳細的規定。

鋼筋的配置，平板式筏基柱下板帶和跨中板帶的底部鋼筋應有1／2-1／3貫通全跨，且配筋率不應小于0.15％；頂部鋼筋應按計算配筋全部連通。為加強筏板的強度，可沿柱網下增設暗梁，每側比柱寬出50mm，梁高與板厚相同，利用筏板配箱作為暗梁縱向鋼筋，布置一定量的箍筋。以構成柱下暗梁。

平板式筏基板厚往往比較厚，宜每隔20-40m設置后繞帶，或按超長超寬大體積混凝土的進行無縫設計與施工。

平板式筏基具有許多優點，它能最大限度地發揮地基的承載力，并且具備足夠的剛度以調整不均勻沉降，或跨越地基局部的小溶洞或溶槽。它結構簡單，施工方便，工期短，對于上部建筑較規整的柱網和柱(墻)荷載不大的情況下，選用平板式筏基最為適宜；在當采用條基或交叉梁基礎難以滿足地基承載力或變形要求時，平板式筏基是一種很好的選