某高層筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

馬志亮

【摘要】筏板基礎(chǔ)在高層建筑中屬于比較經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)形式，文中通過(guò)PKPM程序JCCAD模塊的計(jì)算模型，計(jì)算了筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力，并附以手工驗(yàn)算，得出最后實(shí)際配筋。

【關(guān)鍵詞】筏板基礎(chǔ)

1、工程概況

目前廣東地區(qū)高層建筑通常采用樁基礎(chǔ)，但施工過(guò)程中可能會(huì)受到許多不確定因素影響，在滿足安全，經(jīng)濟(jì)和適用的前提下可以考慮采用筏板基礎(chǔ)。

某高層商業(yè)樓位于廣州市白云區(qū)，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主體建筑長(zhǎng)81.6米，寬49.2米，地下室為車庫(kù)和設(shè)備間，地上三層為大空間商業(yè)，其上有兩座7層塔樓，屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高37.9米，首層高5.1米，二三層高4.5米，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.4米。在塔樓間設(shè)置兩條沉降后澆帶，在建筑物中間設(shè)置1條溫度后澆帶。

本工程抗震設(shè)防烈度7度，地震加速度0.10g，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，抗浮設(shè)計(jì)水位-1.5米，地下室頂面標(biāo)高0.000，室內(nèi)外高差0.3米，地下室底板面標(biāo)高-4.5米，地板底面標(biāo)高-5.8米，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)乙級(jí)。

場(chǎng)地土層情況見(jiàn)表1：

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)宇一版地質(zhì)條件而言，采用筏板基礎(chǔ)的高層建筑基礎(chǔ)工程（包括基坑支護(hù)和開(kāi)挖施工）的費(fèi)用約占建筑總造價(jià)的10%～20%，施工工期約占建筑總工期的20%～25%。若采用樁基礎(chǔ)，則其所占比例分別達(dá)到20%～30%和30%～40%?？梢?jiàn)筏板基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。尤其建筑物有地下室，筏板基礎(chǔ)亦可以做為建筑物地下室防水地板。本工程初步設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，考慮到場(chǎng)地內(nèi)有1各鉆孔發(fā)現(xiàn)溶洞，結(jié)合該地區(qū)地下溶洞較為廣泛，優(yōu)化設(shè)計(jì)為梁式筏板基礎(chǔ)。

2、筏板基礎(chǔ)計(jì)算

本工程地基持力層為（2-1）粉質(zhì)粘土層，地基土承載力特征值150KPa。

2.1抗浮計(jì)算

地下室底板板底標(biāo)高-5.8米，抗浮設(shè)計(jì)水位-1.5米。

底板恒重：0.05*20+0.65/25=17.25KN/m2

底板水浮力計(jì)算：（5.8-1.5）*10*1.1-17.25=30.055KN/m2

由于地下室車道板均在建筑物內(nèi)部，則車道板底不需要另作抗浮設(shè)計(jì)。

2.2基礎(chǔ)持力層顏色

按照PKPM模型計(jì)算結(jié)果，取JCCAD模塊中上部荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合下，柱底最大內(nèi)力值，將最大柱軸向力平均于每個(gè)板塊內(nèi)，基底壓力去最大值為169 KPa。

基礎(chǔ)持力層為粉質(zhì)粘土層，修正后的土層承載力特征值為

Fa=fak+ηbγ（B-3）+ ηdγh（d-0.5）

=150+1.5*9*3+0=190.5 KPa 大于169 KPa

故基礎(chǔ)持力層滿足工程設(shè)計(jì)要求。

2.3底板計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本工程筏板厚度采用0.60米，縱橫向均外挑1.5米。

2.3.1基礎(chǔ)底板偏心計(jì)算

在荷載準(zhǔn)永久組合作用下，偏心距計(jì)算：（取Y方向計(jì)算）根據(jù)PKPM計(jì)算結(jié)果有emax=760mm，底板面積A=B*L=8384.8 m2，基礎(chǔ)地面邊緣抵抗距W=B*L2/6=38147.8 m3。0.1W/A=0.1*38147.8/8384.8=870mm，滿足emax≤≤0.1W/A ，滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.4.2要求。

2.3.2筏板板沖切承載力計(jì)算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.4.11，8.4.12條 Fl≤0.7βhpftμmh0

底板厚取600mm，h0=560mm，P=8626/8.1*8.2=130 KN/m2

扣除底板自重后凈反力Pn=P-0.6*25=115 KN/m2

Fl =Pn*A（陰影）=115*（7.6-0.56*2）*（7.7-0.56*2）=4903 KN

0.7βhpftμmh0=0.7*1.0*1.43*10-3*（7600-560+7700-560）*2*560=15897 KN

Fl≤0.7βhpftμmh0 滿足抗沖切要求

2.3.3筏板板斜截面受剪承載力計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.4.12-3條 VS≤0.7βhsft（ln-2h0）h0

VS =Pn*A（陰影）=115*（0.1+6.58）*3.24）/2=12405 KN

0.7βhsft（ln-2h0）h0=0.7*1.0*1.43*10-3*（770-2*560）*560=3688 KN

VS≤0.7βhsft（ln-2h0）h0 滿足斜截面受剪承載力要求

2.4筏板內(nèi)力計(jì)算

2.4.1本工程上部結(jié)構(gòu)屬于框架結(jié)構(gòu)，上部剛度較好，柱網(wǎng)及荷載均勻，柱網(wǎng)為8.1mx8.1m，相鄰柱荷載及柱間距變化不超過(guò)20%，地基土比較均勻，基礎(chǔ)筏板厚度0.6米，基礎(chǔ)梁高1.3m，高跨比l/h=8.1/1.3=6.23.根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.4.14，8.4.15條，地基反力可按直線分布，基礎(chǔ)梁的內(nèi)力可按連續(xù)梁計(jì)算，此時(shí)，邊跨跨中彎矩及第一內(nèi)支座的彎矩值乘以1.2的系數(shù)。故本工程筏板計(jì)算按倒樓蓋模型計(jì)算。

2.4.2人工補(bǔ)充驗(yàn)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.3.2條，第3款對(duì)于交點(diǎn)上的柱荷載，可按靜力平衡條件及變形協(xié)調(diào)條件進(jìn)行分配。本工程柱網(wǎng)及荷載均勻，地基土比較均勻，柱下荷載按照基礎(chǔ)梁線剛度比值進(jìn)行分配，計(jì)算基礎(chǔ)梁配筋。

例：取其中一柱跨計(jì)算，平面布置如右圖

柱底力N=3220KN

梁線剛度計(jì)算： 左= 右=I/L=bh3/12/8100=500*13003/12/8100=11.3*106mm3

上= 下=I/L=bh3/12/8200=600*13003/12/8200=13.4*106mm3

荷載分配比例：

S左=S右=11.3/（11.3*2+13.4*2）=0.229

S上=S下=13.4/（11.3*2+13.4*2）=0.271

分配到基礎(chǔ)梁上荷載：

F左=F右=N*S=3220+0.229=737.4KN

F上=F下=N*S=3220+0.229=737.4KN

分配后荷載簡(jiǎn)圖如右圖

根據(jù)柱腳內(nèi)力在各個(gè)方向分配的力，按照連續(xù)梁計(jì)算基礎(chǔ)梁內(nèi)力。用理正結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算，并根據(jù)規(guī)范調(diào)整第一跨彎矩，得出配筋。

本工程板配筋根據(jù)靜力計(jì)算手冊(cè)，按照四邊固定板計(jì)算。板底實(shí)際配筋為ф16@200雙向通長(zhǎng)布置，板面為ф16@200雙向通長(zhǎng)，支座處底板另加ф20@200附加鋼筋。

2.5筏板基礎(chǔ)沉降計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》3.0.2條，第2款，設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)的建筑物，應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì)。規(guī)范5.3.5條及公式計(jì)算得出：

2.5.1根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，土層參數(shù)如右表

筏板基礎(chǔ)尺寸為：l=84m，b=52m

Z1/b=4.6/52=0.1 l/b=84/52=1.6

Z2/b=10.5/52=0.2 查附錄K.01-2 得出а1=0.25 а2=0.249

查表5.3.5可得 ψs取0.4

根據(jù)PKPM基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果，得出P0=120KPa

規(guī)范公式5.3.5條

S=ψs*s`=ψs*

=ψs*[P0*（4.6*0.25）/5.69+ P0*（10.5*0.249-4.6*0.25）/7.82]

=ψs*P0*0.389=18.9mm

本工程已經(jīng)竣工，實(shí)際測(cè)量大樓沉降量為14.5mm。

2.6結(jié) 論

PKPM程序JCCAD計(jì)算式偏小需要用手工驗(yàn)算，取手工驗(yàn)算的結(jié)果進(jìn)行配筋。

參考文獻(xiàn)

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