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      某高層筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

      2015-10-21 17:19:53馬志亮
      關(guān)鍵詞:筏板設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)力

      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)

      [1] GB5007-2011 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

      [2] GB50010-2010 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》

      [3] JGJ6-2011 《高層建筑筏形與箱形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》

      [4] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院 PKPM、JCCAD用戶手冊(cè)及計(jì)算條件

      [5] 北京理正軟件設(shè)計(jì)有限公司 理正結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)2013

      [6] 建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)(第三版)

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