深圳市高盛建筑设计有限公司
摘要：本文结合工程实例，对高层建筑筏板基础设计要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。
关键词：高层结构；筏板基础；结构选型；设计要点
一、前言
近年来，随着我国城镇化建设的不断推进，城市人口不断增加，城市建筑高度也在不断增加。而对于高层建筑而言，基础设计至关重要，随着建筑高层的增加，其基础受力问题会变得更为复杂，此时无论是在基础刚度、强度还是稳定性等方面均会要求更高，故探析高层建筑结构筏板基础设计现实意义重大。某工程为高层商住楼建筑，地下二层，地上三十二层，总建筑面积约57000m2，建筑总高度99.95米。本工程建筑结构的安全等级为一级，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10.5m。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。抗震设防烈度为6度。下面就对该高层建筑筏板基础结构设计要点进行分析与探讨，以供同仁参考。
二、高层建筑基础选型分析
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。本工程地基基础设计等级为甲级。本工程地下二层，塔楼部分基础底面埋深约10.5米，满足规范对采用天然地基房屋1/15高度的埋深要求。塔楼基底在绝对标高68.1米左右，持力层为强风化泥岩、粉砂岩⑦层，该持力层土质工程性质较良好，地基承载力较高，地基承载力特征值为300kPa。经宽、深修正后的地基承载力特征值fa＝530kPa，塔楼地上高32层，2层地下室，三层裙楼，标准层荷载按14.5kPa考虑，其他按18kPa考虑，则塔楼基底平均压力约为14.5×30+18×5+1.8×25=570kPa，塔楼筏板每边悬挑2米可满足承载力要求。裙楼基底在绝对标高69.6米左右，持力层为圆砾⑥，该持力层土质工程性质较良好，地基承载力较高，地基承载力特征值为350kPa，经宽、深修正后的地基承载力特征值fa＝580kPa。裙房存在抗浮问题，采用设置岩石锚杆进行抗浮处理。根据以上分析，本工程采用天然地基方案，基础采用平板式筏形基础。
三、高层建筑筏板基础的设计要点探讨
（1）筏板基础的平面布置。尽量使上部结构的荷载合力重心与筏板的形心重合。当受条件 限制无法重合时，控制竖向荷载作用下基底边缘最大与最小压应力之比不大于1.2。当需
将底板外挑时，要综合考虑各因素确定各边外挑尺寸，尽量减小偏心，以免基础端部基底反力过大而产生不利影响。本工程结构布置及荷载基本对称，根据承载力需要及初定的板厚，底板从周边均外挑1500mm（柱外边起）。
（2）筏板基础厚度的确定。筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定，决定板厚的关键因素是冲切。一般经验按地面上楼层数估算，每层约需板厚5～7cm。计算确定，主楼筏板厚1.5m，裙房筏板厚0.8m。主楼部分有四根柱用于结构布置，轴力大于其他中柱，1.5m板厚还不能满足其抗冲切要求。从结构经济合理角度，为少量几根柱位而将整个筏板加厚是应该避免的，采取的处理措施是在轴力较大的柱位处设置暗梁，配置箍筋抗冲切。按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中的公式计算冲切：
同时满足二式。式中各项定义见《混凝土结构设计规范》。经计算，在柱的四向暗梁的端部1500mm 长范围设置箍筋Ф 14@150（6肢箍），满足了对筏板的冲切要求，从而保证主楼筏板厚度仍然取1.5m。
（3）筏板基础的计算分析。本工程筏板基础采用PMPK系列软件的JCCAD模块进行计算。考虑上部结构影响（共同作用计算），采用弹性地基梁板模型（桩和土按WINKLEN模型）计算。关键点在于选择合理的地基基床系数。地基基床系数与土的类型及下卧土层类别、基础面积的大小和形状、基础的埋置深度等因素有关。据工程经验，参考邻近楼栋的筏基沉降结果，取基床系数为K=450/0.03=15000KN/M。计算结果显示，地基平均反力标准值为415Kpa，最小反力标准值为390Kpa，最大反力标准值为442Kpa，均小于450Kpa。承载力满足要求。建筑物地基沉降变形均匀，平均沉降为27.8mm。
（4）裙房基础的设计。因为裙房的单柱荷载相比高层主楼要小很多，所以，没有必要选择厚筏基础，选择薄板配柱下独立扩展基础便可满足要求。这里须注意的是，裙楼独立柱基的沉降量和主楼筏板基础的沉降量必须保持同步，即控制沉降差处于允许值的范围之内。须按照公式对主楼的沉降量S进行计算，再按照各柱的荷载N值与S值反算出各个独立柱基础的面积A。
（5）构造措施。筏板采用双向双层通长钢筋，墙柱下板底处如配筋量不足，则附加短筋，保证通长钢筋占最大配筋量的1/3以上；板面只有很少的板块需附加短筋，短筋在本跨内拉通。筏板混凝土强度C35，抗渗等级S8。筏板长边尺寸67米，超过规范规定的最大伸缩缝间距。由于板较厚，混凝土凝结早期的水化热和收缩开裂难以控制。经过方案比较，最后决定采用SY-G型或HEA型膨胀抗裂剂（代替水泥量）的无缝设计，筏板混凝土内掺8％SY-G型膨胀抗裂剂；筏板中部设2米宽膨胀加强带，采用C40混凝土，内搀12％SY-G型或HEA型膨胀抗裂剂。搀入膨胀抗裂剂的混凝土在凝结早期产生微膨胀，抵消混凝土凝结早期的收缩，防止裂缝产生，提高防渗性能。采用无缝施工，可以使筏板混凝土一次浇筑完，缩短了工期，也避免有缝施工带来的不良影响。采用无缝施工的筏板要特别注意养护，养护期不少于14天。
（6）筏板基础的抗浮问题。由于高层建筑较高的地下水位和较大的底板埋深可能会使底板位置发生浮托力作用，故需要在筏板基础设计中考虑抗浮锚杆的设置，至于如何设计方可避免或最大限度降低其影响，可根据其不同成因予以处理：①在地下室施工的过程中进行有序排水或者是限制水位，确保基础底板以下不会形成浮托力；②当地下室与地面上对应有限几层的结构完成之后，筏板基础底板上的结构自重要大于实际的上浮力，此时，整体基础结构可以保持稳定；③地下室在施工的过程中可以确保基坑干燥，基础与地下室结构以及地上2层结构的施工可以顺利完成。这里需要注意的是，对于某些地下室较大且较深，但是地面以上层数较少的建筑，就应该按照上述总体平衡的原则对抗浮锚杆进行计算确定。另外，对于地下室的面积较大而主体塔楼面积相对较小的建筑，须对裙房部位的浮托力能否和结构自重保持平衡进行验算，达不到要求时须对抗浮锚杆进行设置。
四、结语
总之，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、施工难易程度和工期，因此应认真研究场地岩土性质和上部结构特点，通过综合技术经济比较确定。高层建筑的基础选型应因地制宜，除基础应满足现行规范允许的沉降量和沉降差的限值外，整体结构应符合规范对强度、刚度和延性的要求，选用桩基或筏基都不是绝对的，而安全可靠、经济合理才是基础选型的标准。
参考文献：
[1]张睿，王伟力．对高层建筑结构筏板设计有关问题的探析[J]．建筑工程，2015（3）：123—129．
[2]孙逊．高层建筑中筏板基础设计的运用研究[J]．中华民居，2014（6）：23-24.
论文作者:胡志国
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/26
标签：基础论文; 结构论文; 高层建筑论文; 地基论文; 底板论文; 荷载论文; 工程论文; 《建筑模拟》2019年第1期论文;