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筏板基础设计在高层建筑中的应用
作者:颜东红
来源:《城市建设理论研究》2013年第13期
摘要:筏板基础在许多结构类型中得到广泛应用,无论是多层还是高层建筑,也无论是住宅还是公建等商业建筑。筏板基础刚度大,整体性好,本文针对目前高层建筑中比较常用的筏板基础的设计进行了介绍。
关键词:高层建筑;筏板基础设计
中图分类号:[TU208.3] 文献标识码:A 文章编号:
1前言
目前高层建筑的地下部分通常被用来做停车场,这样就不允许设置过多的墙体,这样箱型基础就不适合;筏板基础不仅可以满足地基承载力的要求,又可以有效的满足对地下大空间的要求,施工起来也相对简单,使其成为高程建筑中比较理想的基础形式,也得到了众多
高层建筑人员的青睐,被广泛的应用于各种高层建筑中。
2筏板基础的设计
2.1筏板基础承载力的确定
天然筏板基础属于补偿式基础,因此地基的确定有两种方法。一是地基承载力设计值的直接确定法,它是根据地基承载力标准值按照有关规范通过深度和宽度的修正得到承载力设计值,并采用原位试验(如标惯试验、压板试验等)与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩土的特性。二是按照补偿式基础分析地基承载力。一般的建筑都设有地下室,施工时地下部分土体将被挖除,地基承载力可考虑结构自重减掉被挖出土体的重量,即地基附加应力。只要地基承载力大于附加应力,再考虑规范的提高系数,即满足设计要求,如果筏基底板适当向外挑出,则有更大的可靠度。
2.2天然筏板基础的变形计算
地基的验算应包括地基承载力和变形两个方面,尤其对于高层或超高层建筑,变形往往起着决定性的控制作用。目前的理论水平可以说对地基变形的精确计算还比较困难,计算结果误差较大,往往使工程设计人员难以把握,有时由于计算沉降量偏大,导致原来可以采用天然地基的高层建筑,不适当地采用了桩基础,使基础设计过于保守,造价提高,造成浪费。采用各向同性均质线性变形体计算模型,用分层总和法计算出的自由沉降量往往同实测的地基变形量不同,这是受多种因素的影响造成的。
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/7c356396.html, 高层建筑平板式筏板基础设计计算 作者:赛里曼.海切木汉 来源:《城市建设理论研究》2013年第23期 摘要:高层建筑基础选型是整个结构设计中的一个重要组成部分,直接关系到工程造价、施工难度和工期。本文以湖北某高层住宅楼的基础设计为例,介绍高层建筑基础的选型和筏板基础的设计方法。 关键词:高层建筑;基础选型;筏板基础设计 中图分类号:TU97文献标识码: A 文章编号: 1引言 高层建筑地下室通常作为地下停车库,建筑上不允许设置过多的内墙,筏板基础能充分发挥其地基承载力,刚度大整体性好,调整不均匀沉降,更好的满足停车库的空间使用要求,同时施工难度小,缩短工期,降水及支护费用相对较低等优点,在高层建筑中广泛应用。本文以湖北某高层住宅楼的基础设计为例,介绍高层建筑基础的选型和筏板基础的设计方法。 2筏板基础结构设计 2.1 工程地质概况 本工程地下室1层,地上17层,采用框架-核心筒结构。根据岩土工程勘察报告,场地土分布自上而下分别为:①素填土层,厚度1.7~2.6m; ②粘土层,厚度6.4~7.1m, 标贯击数为15~17击; ③粉质粘土层,厚度2.7~4.0m, 标贯击数为10~11击;④粘土层,厚度2.6~19.8m, 标贯击数为12~17击; 2.2 基础结构方案选择 根据地基土质、上部结构体系、柱距、荷载大小、使用要求以及施工条件等因素的不同,筏形基础可分为梁板式和平板式两种类型。与梁板式筏基相比,平板式筏基具有抗冲切及抗剪切能力强的特点,且构造简单,施工便捷;对于框架-核心筒结构宜采用平板式筏形基础。本工程基础占地面积为1142m2,总荷载为210792KN,即要求地基平均承载力为185kPa。从地层剖面分析,地下室开挖后板底标高下的土层为硬-坚硬状粘土,标贯击数为15~17击,经深度及宽度修正后,地基承载力特征值fa≥300kPa,可满足要求。地基的验算包括地基承载力和变形两个方面,对于高层建筑,变形往往起着决定性的控制作用。本工程初步分析结果表明,
高层建筑基础工程 我们研究学习高层建筑基础的有关知识,首先必须知道什么是高层建筑?中国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类:第一类为9~16层(最高50米),第二类为17~25层(最高75米),第三类为26~40层(最高100米),第四类为40层以上(高于100米)。公元前280年古埃及人建造了高100多米的亚历山大港灯塔。523年在中国河南登封县建成高40米嵩岳寺塔。现代高层建筑兴起于美国,1883年在芝加哥建起第一幢高11层的保险公司大楼,1931年在纽约建成高101层的帝国大厦。第二次世界大战以后,出现了世界范围的高层建筑繁荣时期。1970~1974年建成的美国芝加哥西尔斯大厦,约443米高。高层建筑可节约城市用地,缩短公用设施和市政管网的开发周期,从而减少市政投资,加快城市建设。 与低中层建筑相比,高层建筑施工面临着更多的难题,主要有以下几点:第一,高层建筑一般建在人口稠密经济发达的闹市区,而这就给施工带来了不便。要求施工单位在较小的空间内布置施工所需器械,而且还得注重工程的经济性,时间性。尽量压缩施工平面占地,减少现场设备,材料,制品储存量,要按照施工进度合理安排各阶段的现场布置,节约施工用地。 第二,高空作业量大,精度要求高,垂直运输量大,安全隐患多。高层建筑随着施工的进行,作业高度越来越大,材料运输量增加,这
对垂直运输设备的高度,运量,安全可靠性提出了更高的要求。施工全过程要做好安全防护工作,特别是百米以上高空落物打击事故要求施工单位高度重视。此外,防火,用水,用电,通信,临时厕所等这些在中低层建筑施工时易解决的问题,在高层,特别是超高层建筑施工时难度较大。 第三,基础开挖深度大,支护结构费用高。一般随着建筑物高度增加,其基础开挖深度也要相应的加深,而且城市施工又无条件放坡开挖,因此支护结构工程量大,特别是周边临时建筑物,地下管道,城市道路都对支护结构的强度,位移变形有很高要求。使得本是临时结构的支护结构所用费用增加,有的达数百万,因支护不当引发的工程事故也很多,费用较大。 高层建筑因为荷载很大,通常采用底面积较大的天然地基基础形式或深基础形式,常用的基础形式有:梁式基础、筏形基础、箱形基础、桩基础、地下连续墙基础,以及这些基础的联合使用。在高层建筑基础形式的选择中要考虑的因素有:(1)上部结构的类型,整体性和结构刚度;(2)地下结构的使用功能要求;(3)地基的工程地质条件;(4)抗震设防要求;(5)施工技术,基础工程造价和工期;(6)周围建筑物和环境条件。 条形基础是指长度远大于其宽度的一种基础形式,按上部结构形式,可分为墙下条形基础和柱下条形基础,当建筑物荷载较大且地基土较软时,为增强基础的整体刚度,减少不均匀沉降,可在纵横方向设置双向条形基础,称为正交格形基础,柱下钢筋混凝土条形基础、
梁板式筏形基础设计 1、工程概况与工程地质条件 衡阳市平安小学综合楼法上部结构为框架结构,下部为粉质黏土,地下水位埋深1.500m。基础面积为16m×61m,采用梁板式筏形基础,基础埋深5、2m,基础混凝土强度为C30,底板厚800mm,钢筋采用HRB235级钢。基础梁受力筋为HPB335,箍筋采用HPB235级钢筋。上部结构竖向荷载见表7、1;基础平面布置图见图7、1;地质情况见第1部分第一节。 1、1、柱荷载 图1、1竖向标准荷载分布图 柱荷载基本组合 kN 柱号荷载(kN) 柱号荷载(kN) 柱号荷载(kN) 柱号荷载(kN) 合力(kN) A1 2112B12631 C1 2877 J1 2282 9902 A2 3775B2 4491C2 4648 J2 378516699 A3 3839B3 4321 C3 4371 J3 359316124A4 3105 B43520 C4 3634 J42974 13233 A5 3105 B5 3520 C5 3634 J5 297413233
图2基础平面布置简图
2设计尺寸与地基承载力验算 2、1基础底面地下水压力得计算确定混凝土得防渗等级 地下水位位于地面以下1.5米处,此处不考虑水得渗流对水压力得影响。 查《混凝土防渗规范》将底板混凝土防渗等级确定为S6。 2、2基础底面尺寸得确定 由柱网荷载图可得柱得标准组合总荷载为: =90398kN 其合力作用点:,基础左右两边均外伸0、5m 3.6)22934235302375922340[(90398 1 ??+?+?+??= = ∑∑i i i c N y N y =7、5m 基础下边外伸长度0、5m ,为使合力作用点与基础形心重合,基础总宽度为: 则:基础上边外伸长度为: 由以上计算,可得基础底面面积为: 基础底面积为,上部基本组合总荷载为111916kN,基低净反力 2、3地基承载力得验算 按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》规定: 地基受力层不存在软弱粘性土得建筑物且不超过8层高度在25m 以下得一般民用框架房屋可不进行地基及基础得抗震承载力验算。仅演算一般情况下得地基承载力。 先对持力层承载力特征值进行计算:
前言 筏板基础有埋深深、刚度大、整体性强、抗震能力好等优点,不仅能充分发挥地基承载力,减小基础沉降量,调整地基不均匀沉降,而且可满足地下大空间(如地下停车场、地下仓库、地下商场等)的要求。因此,筏板基础作为建筑结构(尤其是高层和超高层建筑)首选的基础方案,应用越来越广泛。但是,由于筏板基础的受力和变形与诸多因素有关,到目前为止,人们对筏基的受力机理还不十分清楚,致使筏基在实际应用中,不同设计人员设计的筏基(如厚度、配筋等)相差悬殊,从而给工程造成浪费或隐患。本文以某工程为实例,对高层建筑筏板基础的选型和设计方法进行讨论,供同行商榷参考。 1.工程概况 某办公大楼,地面以上20 层,地下1 层,框架——剪力墙结构,基础占地面积1800m2。建筑物总荷重580000KN,即要求地基平均承载力为322Kpa。基坑开挖深度7.1m。根据勘察资料,其土层分布自上而下为粘性土,强风化泥质粉砂岩,中风化泥质粉砂岩,局部强风化与中风化岩层。 2.基础选型 一般的高层建筑,常需在地下设 置车库、人防、设备用房、水池等,并由其使用功能决定其层高和层数。这些条件基本确定了底板的埋置深度,然后根据该深度结合场地的岩土条件进行基础选型,确定选择天然筏板基础的可能性。本地区由于特定的地理环境,形成了一种典型的上软(填土、淤泥、砂石)下硬(风化残积土和风化软岩)的岩土结构地层,且其软土层厚薄不一,基础埋深变化较大,所以高层建筑大多采用桩基,采用桩基是设计人员对这种地层结构基础选型的第一选择,设计风险小,计算简单;缺点是桩长较长,投资较天然地基大。对本工程,地质勘察资料的建议也是桩基,但我们发现,该区域地下室开挖后板底标高下的岩土层已基本露出强风化或中风化岩层,通过对地基承载力和沉降的初步分析,这两项指标基本能满足要求,是有可能采用天然筏板基础型式的,没必要非桩基不可。再经过反复试算对比,采用天然地基上的筏板基础方案。 3.筏板基础的结构设计 3.1筏板基础地基承载力的确定 天然地基承载力特征值的经验值fak,通常由下列方法确定: (1)据地质勘察部门提供的报告。(2)据场地的地质情况,参照岩土工程手册或有关规范确定。 (3)现场荷载试验或静力触探试验。之后按照有关规范,经宽深修正得到修正后的地基承载力特征值fa。风化岩土在取样时的扰动和失水会使室内土工试验结果出现偏差,采用原位试验(如标贯、压板试验等)结合室内土工试验来综合评定,这样结果会更接近实际情况。有资料对本地区不同岩土层的现场压板试验和原位标贯试验以及建筑沉降观测结果反复分析,得到风化岩土地基承载力特征值的经验值fak 与实测标贯击数N 的关系为: fak=(12~15)N 风化残积土取高值,强风化软岩取低值。可用此值和其它方式取得的值对比,综合确定。3.2筏板基础天然地基变形计算及差异沉降的处理 对高层建筑,地基变形往往起决定性的控制作用,对变形的验算必不可少。根据该地区工程经验,采用传统的分层总和法计算残积层、全风化及强风化层的地基沉降量往往偏大,其主要原因是土样扰动使测得的土地压缩模量偏小。采用土的变形模量作为计算参数,地基的沉降量与实测结果较为接近。本工程按下式计算: 00 ( )pbSaE=式中:
高层建筑一般采用什么基础 一、高层建筑一般采用基础形式: 一般适用于高层建筑或在软弱地基上造的上部荷载较大的建筑物。当基础的中空部分尺寸较大时,可用作地下室。 在进行箱形基础基坑开挖时,如地下水位较高,应采取措施降低 地下水位至基坑底以下(500)mm。箱形基础是由钢筋混凝土的底板、顶板和若干纵横墙组成的,形成中空箱体的整体结构,共同来承受上部结构的荷载。箱形基础整体空间刚度大,对抵抗地基的不均匀沉降有利。 高层建筑结构有几种不同的基础类型,但实际在选择应用上一般 会应该根据上部结构类型,地基土质条件、有无抗震设防、施工技术和场地环境等因素,经综合考虑后,选择安全可靠和经济技术合理的基础形式。为了有利于高层建筑结构的整体稳定,常选用整体性较好的箱形基础,筏形基础和交叉梁基础。 二、高层建筑有几种基础 当基础直接埋置在微风化或未风化的岩石上时,也可以采用单独 柱基和条形基础。与高层相连的低层裙房基础,常采用交叉梁基础,单独柱基加拉梁。按构造形式可分为条形基础、独立基础、满堂基础和桩基础。 1、满堂基础:(包括阀形基础和箱形基础),将这个建筑物的下部做成整块钢筋混凝土基础。现代建筑的主要基础形式,主要适用于
地基承载力较低的小高层和高层建筑,特点:就是造价高,受力面积大,受力均匀,适合建地下室。 2、独立柱基础:这个可是现在仍在广泛使用的基础啊,适合多层建筑使用,承载能力不比满堂基础,但造价低 3、条形基础:当建筑物采用砖墙承重时,墙下基础常连续设置,形成通长的条形基础。现在不常用了,除了围墙,呵呵。 4、钢筋混凝土预制(灌注)桩:这种桩在施工现场或构件场预制,用打桩机打入土中,然后再在桩顶浇注钢筋混凝土承台。其承载力大,不受地下水位变化的影响,耐久性好。但自重大,运输和吊装比较困难。打桩时震动较大,对周围房屋有一定影响。此外:(1)按使用的材料分为:灰土基础、砖基础、毛石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础。 (2)按埋置深度可分为:浅基础、深基础。埋置深度不超过5M 者称为浅基础,大于5M者称为深基础。 (3)按受力性能可分为:刚性基础和柔性基础。
梁板式筏形基础设计 1.工程概况和工程地质条件 衡阳市平安小学综合楼法上部结构为框架结构,下部为粉质黏土,地下水位埋深1.500m。基础面积为16m×61m,采用梁板式筏形基础,基础埋深5.2m,基础混凝土强度为C30,底板厚800mm,钢筋采用HRB235级钢。基础梁受力筋为HPB335,箍筋采用HPB235级钢筋。上部结构竖向荷载见表7.1;基础平面布置图见图7.1;地质情况见第1部分第一节。 1.1.柱荷载 图1.1竖向标准荷载分布图 柱荷载基本组合kN
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2设计尺寸与地基承载力验算 2.1基础底面地下水压力的计算确定混凝土的防渗等级 地下水位位于地面以下1.5米处,此处不考虑水的渗流对水压力的影响。 查《混凝土防渗规范》将底板混凝土防渗等级确定为S6。 2.2基础底面尺寸的确定 由柱网荷载图可得柱的标准组合总荷载为: i N ∑()22417291930811865?+++= ()22934353037592340?++++ ()22839348836292135?++++ ()22525312530711722?++++ =90398kN 其合力作用点:0=c x ,基础左右两边均外伸0.5m 3.6)22934235302375922340[(90398 1 ??+?+?+??= = ∑∑i i i c N y N y 7.8)22839234882362922135(??+?+?+?+ ]15)22525231252307121722(??+?+?+?+ =7.5m 基础下边外伸长度0.5m ,为使合力作用点与基础形心重合,基础总宽度为: ()()m y b c 1625.75.025.0=?+=?+= 则:基础上边外伸长度为:m 5.05.01516=-- 由以上计算,可得基础底面面积为: 219760.6116m A =?= 基础底面积为2 976m ,上部基本组合总荷载为111916kN,基低净反力 Pa A N p j k 7.114976111916 == = ∑ 2.3地基承载力的验算 按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》规定:
高层建筑筏板基础选型分析 发表时间:2016-10-17T17:17:00.110Z 来源:《基层建设》2016年12期作者:莫剑国[导读] 摘要:基础选型在整个建筑结构设计中占重要地位,合理的基础选型不仅可以节约造价,还能缩短工期。本文根据实际工程案例,对不同的筏基形式进行分析,选取最为经济合理的基础。深圳市建筑设计研究总院有限公司摘要:基础选型在整个建筑结构设计中占重要地位,合理的基础选型不仅可以节约造价,还能缩短工期。本文根据实际工程案例,对不同的筏基形式进行分析,选取最为经济合理的基础。关键词:高层建筑;基础选型;筏板一、工程概况 某建筑面积约为6300m2,抗震设防烈度为 6 度,设计基本地震加速度 0.05g,场地类别为Ⅱ类;特征周期 Tg 为 0.35s,结构体系为框架结构,抗震等级为三级。地下室顶板覆土为800~1400mm,±0.000相当于绝对标高+200.400,室内外高差0.50m。塔楼为两栋小高层住宅,层高为3m。 二、工程地质 根据地勘报告,结构设计地下水位较低(黄海高程为+ 197.000),场内分布有1~2m 杂填土,杂填土底下有6~8m 粉质粘土,其地基土承载力特征值为fak =200KPa(粉质粘土底下无软弱层)。为了节约造价,采用筏板基础的基础形式,不建议采用桩基础。根据地勘报告,设计拟采用四种不同形式的筏板基础方案:(1)方案一:采用无梁筏板方案:小高层住宅采用 1300mm厚无梁筏板,单层商业及纯地下室采用 750mm 厚无梁筏板;(2)方案二:采用梁板式筏板和无梁筏板方案:小高层住宅采用梁板式筏板,筏板厚度为 600mm;单层商业及纯地下室采用750mm 厚无梁筏板;(3)方案三:采用梁板式筏板和无梁筏板(加柱墩)方案:小高层住宅采用梁板式筏板,筏板厚度为 600mm;单层商业及纯地下室采用 350mm 厚无梁筏板(加柱墩);(4)方案四:采用梁板式筏板和独基加防水板方案:小高层住宅采用梁板式筏板,筏板厚度为 600mm;单层商业及纯地下室采用柱下独基加防水板。 三、基础设计方案比较本项目两栋小高层住宅与地下车库在地下室底板合为一体,基础底板受力情况复杂。由于地下水位较低,施工时可采取降水措施(地下室顶板及覆土完成后方可停止降水),且在使用期间其上部恒载总重大于水浮力,故可不考虑地下水浮力的影响。单层商业及纯地下室部分,上部结构荷载(含顶板及覆土)产生的附加应力与土自重产生的应力相差不大,因而理论上沉降S=0。由于小高层住宅部分产生的附加应力较大,所以理论上小高层与单层商业和纯地下室有沉降差存在,故计算时需考虑其沉降差的影响。(1)采用无梁筏板方案底板设计采用无梁筏板方案。由于筏板钢筋配筋量大部分是构造配筋,在柱底下的钢筋用量明显较大,筏板厚度由冲切计算控制,为满足冲切计算要求,筏板板厚较厚。板厚分两种:单层商业和纯地下室筏板厚度为 750mm,小高层住宅下筏板厚度为1300mm。底板大范围配筋量为:750mm厚的筏板配筋为 1500mm2,1300mm厚的筏板配筋为 2600mm2。经过计算,小高层住宅下的筏板钢筋用钢量大约为 85t/m2,混凝土用量每平米约为1.3m3;单层及纯地下室下的筏板钢筋用钢量大约为 50t/m2,混凝土量每平米约为0.75m3。 (2)采用梁板式筏板和无梁筏板方案因采用第一种方案,小高层住宅底下筏板板厚较厚(1300mm),筏板钢筋配筋量大部分是构造配筋,在柱底下的钢筋用量明显较大,筏板板厚由冲切计算控制。为了减少筏板板厚及钢筋用钢量和增加小高层住宅基础的整体性,故将小高层住宅底下无梁筏板基础改用梁板式筏板基础的型式,这样柱底冲切计算局部由地基梁来承担,以减少筏板厚度和钢筋用量;单层商业和纯地下室部分还是采用方案一的无梁筏板型式。板厚分两种,单层商业及纯地下室筏板厚度为 750mm,小高层住宅下筏板厚度为 600mm;地基梁截面尺寸均采用统一截面 800mm×1200mm,地基梁布置如(图1)所示: 图1地基梁布置图 图 2 柱墩布置示意图
PKPM软件JCCAD筏板基础设计步骤举例 一、地质资料输入 1、PKPM软件的JCCAD部分进行基础设计时,不一定要输入地质资料。 对于无桩的基础,如果不进行沉降计算,则可以不输入地质资料;如果要进行沉降计算,则需要输入地质资料。输入土的力学指标包括:压缩模量、重度。 对于有桩基础,如果不进行单桩刚度及沉降计算的话,可以不输入地质资料;否则就要输入。输入土的力学指标包括:压缩模量、重度、状态参数、内摩擦角和粘聚力。 2、在PKPM软件主界面“结构”页中选择“JCCAD”软件的第一项“地质资料输入”,程序进入地质资料输入环境,如下图所示: 3、土层布置
给地质资料命名之后,开始进行土层布置,点击右侧菜单“土层布置”,如下图所示: 弹出土层参数对话框,显示用于生成各勘测孔柱状图的地基土分层数据,如下图所示:4、输入孔点
单击“孔点输入”→“输入孔位”,以相对坐标和米为单位,逐一输入所有勘测孔点的相对 位置。孔点输入结束后,程序自动用互不重叠的三角形网格将各个孔点连接起来,并用插值法将孔点之间和孔点外部的场地土情况计算出来。如下图所示: 程序要求孔点形成的三角形网格互不交叉,互不重叠。如孔点位置十分复杂,程序自动形成的网格不能满足上述要求,可以通过“网格修改”命令由人工修改完成。 点击“修改参数”,点取已输入的孔点,弹出孔点土层参数对话框,如下图所示。对话框中显示的是标准孔点的土参数,应按各勘测孔的情况修改表中的数据,如土层低标高、土层参数、空口标高、探孔水头标高等。空口位置一般不采用绝对坐标,不必修改孔口坐标。如某一列各勘测孔的土参数相同,可以选择“用于所有点”,以减少修改土层参数的工作量。
筏板基础设计分析2009 1 筏板基础埋深及承载力的确定 天然筏板基础属于补偿性基础, 因此地基的确定有两种方法. 一是地基承载力设计值的直接确定法. 它是根据地基承载力标准值按照有关规范通过深度和宽度的修正得到承载力设计值, 并采用原位试验(如标惯试验、压板试验等) 与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩土的特性. 二是按照补偿性基础分析地基承载力. 例如: 某栋地上28 层、地下2 层(底板埋深10m ) 的高层建筑, 由于将原地面下10m 厚的原土挖去建造地下室, 则卸土土压力达180kpa, 约相当于11 层楼的荷载重量;如果地下水位为地面下2m , 则水的浮托力为80kpa, 约相当于5 层楼的荷载重量, 因此实际需要的地基承载力为14 层楼的荷载. 即当地基承载力标准值f ≥ 250kpa 时就能满足设计要求, 如果筏基底板适当向外挑出, 则有更大的可靠度. 2 天然筏板基础的变形计算 地基的验算应包括地基承载力和变形两个方面, 尤其对于高层或超高层建筑, 变形往往起着决定性的控制作用. 目前的理论水平可以说对地基变形的精确计算还比较困难, 计算结果误差较大, 往往使工程设计人员难以把握, 有时由于计算沉降量偏大, 导致原来可以采用天然地基的高层建筑, 不适当地采用了桩基础, 使基础设计过于保守, 造价提高, 造成浪费.采用各向同性均质线性变形体计算模型,用分层总和法计算出的自由沉降量往往同实测的地基变形量不同, 这是受多种因素的影响造成的. (1) 这种理论的假定条件遵循虎克定律, 即应力—应变呈直线关系, 土体任何一点都不能产生塑性变形, 与土体的实际应力—应变状态不相一致; (2) 公式中S = 7S6 z iAi- z i- 1Ai- 1ES i[ 2 ] 采用的计算参数系室内有侧限固结试验测得的压缩模量ESi , 试验条件与基础底面压缩层不同深度处的实际侧限条件不同; (3) 利用公式计算的建筑物沉降量只与基础尺寸有关, 而实测沉降量已受到上部结构与基础刚度的调整. 采用箱型基础或筏板基础的高层建筑物,由于其荷载大、基础宽, 因而压缩层深度大,与一般多层建筑物不同, 地基不是均一持力层. 因此在地基变形计算的公式中引入了一个沉降计算经验系数7S. 通过实际沉降观测与计算沉降量的比较, 适应高层建筑物箱型基础与筏板基础的沉降计算经验系数, 主要与压力和地层条件相关, 尤其与附加压力和主要压缩层中(0. 5 倍基础宽度的深度以内) 砂、卵石所占的百分比密切相关. 由于该系数7S 仅用于对附加压力产生的地基固结沉降变形部分进行调整, 所以《建筑地基基础设计规范》规定可根据地区沉降观测资料及经验确定.计算高层建筑的地基变形时, 由于基坑开挖较深, 卸土较厚往往引起地基的回弹变形而使地基微量隆起. 在实际施工中回弹再压缩模量较难测定和计算, 从经验上回弹量约为公式计算变形量10%~ 30% , 因此高层建筑的实际沉降观测结果将是上述计算值的1. 1~ 1. 3 倍左右. 应该指出高层建筑基础由于埋置太深,地基回弹
your name your caption here 超高层建筑的桩筏基础设计理论——工程实践是检验设计理论的标准 同济大学赵锡宏 同济大学建筑设计研究院巢斯
your name your caption here 提要 ?根据上海60层的长峰商场,66层的 恒隆广场,88层的金茂大厦和101层的上 海环球金融中心等的实测桩箱和桩筏基础 变形以及正在建造121层的上海中心大厦 的计算变形分析的宝贵数据,论证超高层 建筑的桩筏基础不是刚性,不宜继续采用 刚性偏心受压的公式计算桩顶的反力; 阻 尼器或深埋桩筏基础对风载影响桩顶反力 进行宏观探讨. 此外,对桩筏基础设计提出 一些建议,试图构成桩筏基础设计理论与 方法的蓝图。 提要
your name your caption here 前言在上海,近十几年来,高层建筑飞跃发展,见图1。 图1 上海高层建筑的今昔比 前言
前言 your name your caption here ?在中国土地上,拥有508m高的台北-101层 (Taipei-101)高楼和492m高101层的上海环球金融中心(Shanghai World Financial Center, SWFC)的高楼,这是中国人的骄傲。 ?现在,565.6m高121层的上海中心大厦 (Shanghai Tower)正在建造中,这样,与旁边88层的金茂大厦(Jinmao Building)和101层的上海环球金融中心(SWFC)将构成三足鼎力逞天下的 英姿,又是中国人的骄傲,见图2。
your name your caption here 左为上海环 球金融中心 中为金茂大 厦 右为上海中 心大厦 图 2 上海的三幢超高层大楼 前言
高层建筑桩筏基础变刚度调平设计分析 发表时间:2019-07-29T15:21:03.733Z 来源:《建筑学研究前沿》2019年7期作者:陈勇 [导读] 我国高层建筑当中很大部分的上部结构为框剪、框筒结构,其刚度相对较弱、荷载不均。 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明 650051 摘要:新修订的中华人民共和国行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)中明确指出,要减少差异沉降和承台内力的变刚度调平设计是重要修订内容之一,通过调整桩基布置,使得基底反力分布模式与上部结构的荷载分布一致,可减小筏板内力,实现差异沉降、筏板内力的最小化。随着城市化进程的加快,高层建筑工程建设项目越来越多,探讨高层建筑桩筏基础变刚度调平设计有着重大的意义。本文主要分析了高层建筑桩基变刚度调平中的问题及其优化对策。 关键字:高层建筑;桩筏基础;变刚度调平;设计 我国高层建筑当中很大部分的上部结构为框剪、框筒结构,其刚度相对较弱、荷载不均,整个高层建筑的基础多采用桩筏、桩箱的类型进行基础施工,建成后很容易出现碟形沉降。而高层建筑的桩基变刚度调平优化是一种非常有效的基础优化形式,高层建筑桩基变刚度调平通过调整桩基竖向支承刚度,促使桩基沉降趋向均匀,显著降低基础、承台内力,上部结构次应力。变刚度调平需要优化桩土支承刚度分布,实施强化与弱化结合,减沉与增沉结合,长桩与短桩并用,刚性桩复合地基与天然地基并用。 1高层建筑桩基变刚度调平中的问题与分析 通过大量高层建筑的实际观测发现仅加大基础抗弯刚度是不能有效减小差异沉降的效4年最大差异沉降为0.0041m,超过《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)的0.002m要求,出现差异化变形、结构开裂等方面的问题,主要还是传统设计方式中的理念问题,一般原因是:高层建筑设计过程中过分注重了天然地基的利用;在设计桩筏过程中,未能及时注意到桩型、结构等问题,荷载大小分布存在不匹配的情况,未能充分利用复合桩基对系统的刚度分布进行调整,以便减小差异沉降,或对桩反力分布、利用筏板刚度调整荷载减小差异沉降的期望过高。 2减沉设计 (1)桩长及桩身断面选择:选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层,桩端持力层压缩性应相对较低,在承台产生一定沉降时桩仍可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力;选择桩身断面应使桩身结构强度确定的单桩容许承载力与地基土对桩的极限承载力二者匹配,以充分发挥桩身材料的承载能力。 (2)承台埋深及其地面尺寸的初步确定:首先按外荷载全部由承台承担时其极限承载力仍有一定安全储备的原则,先初步确定承台的埋深及其底面尺寸,然后确定减沉设计的用桩量,再验算承台的初步尺寸,并给予调整。 (3)不同用桩数量时桩基沉降计算:根据初定的承台埋深及其底面尺寸,原定若干种不同的用桩数量方案,分别计算相应的沉降量,从而得到沉降s与桩数n的关系曲线,减少沉降桩基础的桩距一般应大于6d,桩的分布与建筑物竖向荷载相对应。 (4)按建筑物容许沉降量确定实际用桩数量:根据沉降s与桩数n的关系曲线,按建筑物容许沉降量确定桩基实际所需的用桩数量。在用桩数量确定后,再按已经选定的桩数和初步确定的承台埋深及底面尺寸计算其极限荷载,验算安全系数或调整承台埋深及底面尺寸,以确保合理的安全度。 3变刚度调平设计 3.1变刚度调平设计的内容 在桩筏变刚度调平设计中,群桩刚度与单一筏板刚度的比值kpr最为关键。最合适的kpr值与桩筏面积比有关,且当有关桩筏面积比范围为16%~25%时,kpr值接近于1。当桩筏面积比较大时,为减少沉降差,kpr值应稍微增加。考虑到桩的非线性,比完全弹性分析所得到的稍大(约50%),kpr值可能更为合适。为减小桩的承载能力明显发挥(大于50%)后的沉降差,只要kpr=1的条件满足,任何实际桩长都可采用。当然为获得桩承载特性的合理发挥,桩的承载力应以侧摩阻力为主,而不是桩端阻力。研究表明,桩的总承载力发挥的强度与桩的极限承载力的比值m不应超过0.8,以避免沉降差明显增加,在m<0.8范围内,最合适群桩实际分担荷载相当于2.5倍-3倍群桩区域上的总荷载,仅为整个筏板上总外荷载的40%-70%。 对无限大地基上的局部区域,其沉降应与该区域的荷载成正比,而与其刚度成反比。地基局部区域沉降较大,是该处荷载较大而刚度较小所致。削减该处的荷载或增大该处的刚度就可以减少该处的沉降。高层建筑桩筏基础的荷载分布是由上部结构确定的。而上部结构由于受到功能的限制,一般很难进行调整。只能调整基础的刚度,对于桩筏基础,可通过变化板厚、设置肋梁,缩小墙距等调整基础刚度分布。但费用往往很高,因此减少某处的沉降或进行调平设计主要是针对筏底布桩与筏底地基土。 调整地基桩土刚度分布不仅可行而且调平效果显著,是变刚度调平设计的中心内容。首先,主裙楼的地基基础可采用不同形式,以适应上部结构荷载的分布状况。当采用桩基和复合地基时,可通过调整布桩及处理范围形成桩土变刚度分布。是改变桩的平面布置、桩数、桩长、桩径以改变桩土刚度,还是采用复合地基改变筏底地基土和桩?土界面的性质,选择的标准只能是技术可行性与经济合理性。一般来讲,对桩筏基础,桩在基础中占主导地位,改变基桩的参数效果显著。 3.2变刚度调平设计的步骤 (1)按建筑物性质、荷载、地质条件等进行初始布桩并确定板厚。 (2)对上部结构、桩筏基础与地基共同作用进行分析,绘制沉降等值线。 (3)对沉降等值线进行分析,当天然地基总体沉降不大而局部沉降过大时,根据具体条件,对沉降过大部分采用局部加强处理。如采用筏底布桩或复合地基,在桩基沉降较小部位,应抽掉一部分桩;或视土层情况适当缩短桩长或减小桩径。对沉降较大的部位,应适当加密布桩或视土层情况,适当增加桩径桩长,重新形成刚度体系。 (4)进行共同工作迭代计算,直至沉降差减到最小。在此过程中,可根据沉降等值线,判断主裙楼间是否设置后浇带或沉降缝,是否需对基础板厚和构造进行调整等。显然,调平设计的关键在于合理地计算桩筏基础的沉降分布与沉降差。因此,调平设计的沉降分析比减
梁板式筏形基础设计 2.1工程概况和设计依据 本工程为长沙市信德商场的梁式筏板基础。筏板基础的工程地质条件详见中表1.1。本筏板设计主要依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002,《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》JGJ 6-99进行设计。 2.2 基础形式的选择 本工程中上部柱荷载平均在4599kN,较大,且粘土层的承载力较低,故使用独立基础,条形基础和桩基础无法满足地基承载力的要求。 经综合考虑,选择筏板基础,既充分发挥了地基承载力,又能很好地调整地基的不均匀沉降。本工程上部荷载平均在4599kN,较大且不均匀,柱距为9m,较大,将产生较大的弯曲应力,肋梁式筏基具有刚度更大的特点,可以很好的抵抗弯曲变形,能够减小筏板厚度,更适合本工程。 2.3基础底面积的确定 地基承载力验算采用标准组合,地下室柱下荷载标注组合由PKPM导出的, 即 表2.2 竖向导荷 柱号 荷载 (KN) 柱 号 荷载 (KN) 柱 号 荷载 (KN) 柱 号 荷载 (KN) 柱 号 荷载 (KN) 合力 A1 2219 B1 3261 C1 3056 D1 3578 E1 2654 14768 A2 3357 B2 4512 C2 4113 D2 4813 E2 3549 20344 A3 3133 B3 4216 C3 4357 D3 4526 E3 3179 24176 A4 3142 B4 4230 C4 4354 D4 4496 E3 3203 19431
A5 3193 B5 4255 C5 4096 D5 5419 E5 4545 21508 A6 2553 B6 3513 C6 3045 D6 3672 E6 2716 15499 合 力 17597 23987 23021 26504 19846 110955 基底面积: ㎡144032450=?=A 110955 255331933142313333572219271645453203317935492654=++++++??++++++=∑i N kpa A N P i 1.771440 110955 == = ∑ 修正后的地基承载力特征值(持力层): 查表得:)5.0()3(-+-+=d b f f m d b ak a γηγηηb=0.3 ηd=1.5 γ=20.3KN/ m 3 m3/55.9104 .104 .23.205.13.205.61.19KN m =-?+?+?= γ kpa P kpa f a 8.956.1039)5.000.2(55.95.1)36(3.203.01000=≥=-??+-??+= 符合条件,满足要求。 基础内力计算采用基本组合,地下室的柱荷载基本组合是由PKPM 导出的,即 11KQ Q G K G S S s γγ+= (2.1) 其中:G K G S ,4.1.2,1Q 1==γγ—恒载,K Q S 1—活载。 地下室(柱与基础相交处)基本组合下竖向荷载见表2.1。 表2.2 竖向导荷 柱号 荷载(KN) 柱 号 荷载 (KN ) 柱 号 荷载 (KN ) 柱 号 荷载 (KN) 柱号 荷载 (KN ) 合力 A1 2703 B1 4014 C1 3779 D1 4408 E1 3237 18141 A2 4125 B2 5633 C2 5158 D2 6009 E2 4366 25291
PKPM软件JCCAD筏板基础设计步骤举例PKPM软件JCCAD筏板基础设计步骤举例 一、地质资料输入 1、PKPM软件的JCCAD部分进行基础设计时,不一定要输入地质资料。 对于无桩的基础,如果不进行沉降计算,则可以不输入地质资料;如果要进行沉降计算,则需要输入地质资料。输入土的力学指标包括:压缩模量、重度。 对于有桩基础,如果不进行单桩刚度及沉降计算的话,可以不输入地质资料;否则就要输入。输入土的力学指标包括:压缩模量、重度、状态参数、内摩擦角和粘聚力。 2、在PKPM软件主界面“结构”页中选择“JCCAD”软件的第一项“地质资料输入”,程序进入地质资料输入环境,如下图所示: 3、土层布置
给地质资料命名之后,开始进行土层布置,点击右侧菜单“土层布置”,如下图所示: 弹出土层参数对话框,显示用于生成各勘测孔柱状图的地基土分层数据,如下图所示:4、输入孔点
单击“孔点输入”→“输入孔位”,以相对坐标和米为单位,逐一输入所有勘测孔点的相对 位置。孔点输入结束后,程序自动用互不重叠的三角形网格将各个孔点连接起来,并用插值法将孔点之间和孔点外部的场地土情况计算出来。如下图所示: 程序要求孔点形成的三角形网格互不交叉,互不重叠。如孔点位置十分复杂,程序自动形成的网格不能满足上述要求,可以通过“网格修改”命令由人工修改完成。 点击“修改参数”,点取已输入的孔点,弹出孔点土层参数对话框,如下图所示。对话框中显示的是标准孔点的土参数,应按各勘测孔的情况修改表中的数据,如土层低标高、土层参数、空口标高、探孔水头标高等。空口位置一般不采用绝对坐标,不必修改孔口坐标。如某一列各勘测孔的土参数相同,可以选择“用于所有点”,以减少修改土层参数的工作量。
高层建筑箱形与筏形基础技术规范JGJ6-99 1总则 1.0.1为了在高层建筑箱形和筏形基础的勘察、设计与施工中做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量,制订本规范。 1.0.2本规范适用于高层建筑箱形和筏形基础的勘察、设计与施工。 1.0.3箱形和筏形基础的设计与施工,应综合考虑整个建筑场地的地质条件、施工方法、使用要求以及与相邻建筑的相互影响,并应考虑地基基础和上部结构的共同作用。1.0.4高层建筑箱形和筏形基础的勘察、设计与施工除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。 2术语、符号 2.1术语 2.1.1箱形基础Box Foundation 由底板、顶板、侧墙及一定数量内隔墙构成的整体刚度较好的单层或多层钢筋混凝土基础。2.1.2筏形基础 Raft Foundation 柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋混凝土基础。 2.2符号 3地基勘察 3.1一般规定 3.1.1地基勘察应进行以下主要工作: (1)查明建筑场地内及其邻近地段有无影响工程稳定性的不良地质现象以及有无古河道和人工地下设施等存在; (2)查明建筑场地的地层结构、均匀性以及各岩土层的工程性质; (3)查明地下水类型、埋藏情况、季节性变化幅度和对建筑材料的腐蚀性;
(4)在抗震设防区应划分对建筑抗震有利、不利和危险的地段,判明场地土类型和建筑场地类别,查明场地内有无可液化土层。 3.1.2勘察报告应包括以下主要内容: (1)建筑场地的基本地质情况及分析; (2)地基基础设计和地基处理的建议方案; (3)天然地基或桩基的承载力和变形计算所需的计算参数; (4)场地水文地质条件、地下水埋藏条件和变化幅度。当基础埋深低于地下水位时,应就施工降水方案和对相邻建筑物的影响提出建议并提供有关的技术参数; (5)基坑开挖边坡稳定性的分析,必要时提出支护方案。 3.2勘探要点 3.2.1勘探点的布置应考虑建筑物的体型、荷载分布和地层的复杂程度,应满足评价建筑物纵横两个方向地层土质均匀性的要求. 注:1、取值应考虑土的密度、地下水位等条件、当为密实土,且地下水位埋较深时取小值,反之取大值; 2、在软土地区,取值时应考虑基础宽度,当b>60m时取小值;b≤20m时取大值。3.2.2.3抗震设防区的勘探点深度尚应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GBJ11)的要求; 3.2.2.4对不考虑群桩效应,端承型大直径桩的控制性勘探点深度应达到预计桩尖以下3~5m;当桩端(包括扩底端)直径大于1.5m时,控制性勘探点深度应大于或等于5倍桩端直径。当遇软层时则应加深至穿透软层。一般性勘探点应到桩端以下1~2m;3.2.2.5摩擦型桩基需计算地基变形时,可将群桩视为一假想实体基础,并自桩端开始计算压缩层深度来决定控制性钻孔的深度。当利用公式3.2.2/1估算控制性钻孔的深度时,基础埋深d应按桩尖的埋深取值。在计算深度范围内遇有坚硬岩层或密实的碎石土层时,钻孔深度可酌减。 3.2.3取土和原位测试勘探点的数量和取土数量应符合下列规定: 3.2.3.1取土和原位测试勘探点数量应占勘探点总数的1燉2~2燉3,且单幢建筑至少应有二个取土和原位测试孔; 3.2.3.2地基持力层和主要受力土层采取的原状土样每层不应少于6件,或原位测试次数不应少于6次。 3.3室内试验与现场原位测试 3.3.1室内压缩试验所施加的最大压力值应大于土的自重压力与预计的附加压力之和。压缩系数和压缩模量的计算应取自重压力至自重压力与附加压力之和的压力段,当需考虑深基坑开挖卸荷和再加荷对地基变形的影响时,应进行回弹再压缩试验,其压力的施加应模拟实际加卸荷的应力状态。 3.3.2剪力试验宜采用三轴压缩试验。当地基土为饱和软土或荷载施加速率较高时,宜采用三轴不固结不排水的试验方法;当荷载施加速率较低时,宜采三轴固结不排水的试验方法。 3.3.3确定一级建筑物或有特殊要求建筑物的地基承载力和变形计算参数,应进行平板载荷试验。建筑物安全等级按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GBJ7)划分。3.3.4确定软土地基的抗剪强度,宜进行十字板剪切试验。 3.3.5查明粘性土、粉土、砂土的均匀性、承载力及变形特征时,宜进行静力触探和旁压试验。 3.3.6判明粉土和砂土的密实度和地震液化的可能性时,宜进行标准贯入试验。3.3.7查明碎石土的均匀性和承载力时,宜进行重型或超重型动力触探。 3.3.8取得抗震设计所需的参数时,应进行波速试验。 3.4地下水
梁板式筏形基础课程设计计算书 一、 荷载计算 1. 假定不考虑风载与地震作用。不考虑地下水对基底的上浮力。 2. 基础承受的荷载根据建筑结构每平方米的重量估算。 (1)建筑每平米重量=10.8 kN/㎡ (2)建筑面积计算: 地上主体结构:(7.8.2×7.8.0+0.8)×(3×7.8.2.0+0.8)+(3×7.8.0+0.8)×2=97.8.20.7.84㎡ 97.8.20.7.84㎡×11=107.87.8.27.8.2.04㎡ 局部突出屋面的电梯机房,层高3.0m>2.2m , 建筑面积为a×b=7.8.2.0×7.8.0=42.00㎡ 总建筑面积=107.87.8.27.8.2.04+42.00=107.8.219.04㎡ (3)基础承受荷载=10.8×107.8.219.04=1137.8.288.80kN 二、 基础尺寸初步估算 1. 基础底板面积确定: 用荷载标准值,全反力(包括筏基底板自重),根据地下一层层高及建筑面积,设筏板厚0.7.8m ,基础埋深d=3.9+1.4-0.45=4.85 m ,基础板(7.8.2×7.8.0+0.8)×(3×7.8.2.0+0.8)+(3×7.8.0+0.8)×2=97.8.20.7.84㎡ 2. 基础梁尺寸确定: 计算梁高: mm l h 100066 6==≥ 计算梁宽: ? ?????∈h h b 21,31,h 为梁高。 梁宽取7.800mm ,梁高取1200mm 。 如图1所示:
图1 梁截面尺寸示意图(尺寸单位:mm ) 3.地基承载力特征值的修正 对于0.80.850.750.85L e =<=<,I 的粘性土,查承载力修正系数表得: 0.3, 1.6b d ηη==,则: 2 /48.341)5.085.4(186.1)36(183.0200) 5.0()3(m kN d b f f m d b ak a =-??+-??+=-+-+=γηγη 4.验算地基承载力 上部荷载总和为: ∑=kN F k 80.113788 筏基底板自重为:kN G k 00.14310256.000.954=??= 基底反力平均值: = k p = +∑A G F k k 970.64 14310.0013788.801+=134.282/kN m 2 /48.341m kN f a =< 所以地基承载力满足要求。 5.基础内力计算: 用荷载设计值(kN 88.15361435.180.113788=?),净反力(不包括筏基底板自重) 2 /02.16100 .95488.153614m kN A F P j ===∑ 三、 底板厚度确定