計算模型對基礎內(nèi)力的影響分析

孫振周

(南寧市建筑設計院，廣西 南寧 530002)

1 概述

在實際項目中，設計主樓基礎跟地下室基礎常常采用不同的模型，設計主樓基礎常采用整個塔樓加地下室相關范圍的模型，即本文下述模型四，設計地下室基礎常采用整個地下室模型加地上3層塔樓的模型，即本文下述模型三，即在模型階段難以體現(xiàn)主樓與地下室間的差異沉降。但在施工圖階段，通常沿主樓周邊設置沉降后澆帶來消除差異沉降的影響，導致模型無法模擬結構真實的受力狀態(tài)，使基礎的局部配筋不合理。本文以一工程實例從內(nèi)力角度分析后澆帶，差異沉降對地下室及主樓基礎的影響。

2 工程實例

南寧市某工程項目5棟塔樓帶2層地下室，基礎為整體式筏板基礎，上部模型如圖1所示。本文分析對象為9號主樓(33層剪力墻結構)及周邊2層地下室。底板面高程為88.200 m，抗浮設計水位為89.290 m。主樓基礎采用厚度為1 500 mm的筏板基礎，持力層為經(jīng)CFG樁處理的圓礫③層、黏土④層、強風化泥巖⑤層作為持力層，復合地基承載力為500 kPa，基床系數(shù)取為6萬；地下室底板采用厚度為400 mm的筏板基礎，柱下采用下柱墩，柱墩高度為200 mm～250 mm，持力層為粉質(zhì)粘土②層、圓礫③層、黏土④層，各層土的地基承載力特征值為220 kPa，250 kPa，230 kPa，基床系數(shù)取為2萬。

3 計算模型

本文選用四種計算模型對比分析，其考慮的因素，邊界設置條件等不盡相同，詳見表1。為對比分析各計算模型下地下室底板及主樓筏板的內(nèi)力，在9號主樓筏板內(nèi)選取7個點位，地下室底板選取10個點位，計算模型及各點分布如圖2所示。

表1 各計算模型異同

根據(jù)盈建科基礎設計軟件手冊YJK-F可知，后澆帶施工前的加荷載比例取值范圍為0～1，該取值與后澆帶沉降完成的比例相關，只對恒載計算起作用。后澆帶將筏板分割成幾塊獨立的筏板，程序將計算有、無后澆帶兩種情況，并根據(jù)兩種情況的結果求算內(nèi)力及配筋。實際結果=整體計算結果x(1-α)+分離計算結果xα。填0取整體計算結果(等同于沒有后澆帶)，填1取分離計算結果(等同于兩塊分開的板，計算結果恒載下的單工況彎矩為0)。本文在計算模型中后澆帶施工前的加荷載比例取為1，相當于主樓周邊的沉降后澆帶等主樓封頂沉降穩(wěn)定后再封閉后澆帶。

4 計算結果分析

1)地下室底板彎矩計算結果如表2，表3所示。

表2 恒載作用下地下室底板彎矩Mx kN·m/m

三種模型中，點2-3及2-4的Mx差別最大，因模型二中設置沉降后澆帶，主樓筏板及地下室底板被分割成兩塊獨立的板，地下室底板邊界條件已改變，與柱墩一起變形，出現(xiàn)了正彎矩。考慮整個上部結構的模型一，與僅考慮上部五層的模型三相比，主樓與地下室間的沉降差異較大，所以負彎矩Mx較大。由點2-2及點2-5的Mx可知，三模型的彎矩均為負彎矩，后澆帶對本跨底板內(nèi)力的影響變小。由點2-1及點2-6的Mx知，三模型彎矩基本相同，此兩點位置距主樓相對較遠，基本不受主樓沉降的影響。由以上分析可知在主樓臨近的第一跨，后澆帶改變了本跨底板的邊界條件，對本跨地下室底板的彎矩影響較大。對比分析地下室第一、二、三跨底板彎矩知地下室底板的點位距主樓越遠，底板彎矩受主樓沉降的影響越小。

表3 恒載作用下地下室底板彎矩My kN·m/m

同理，因設置沉降后澆帶，模型二與模型一，三相比，點2-8與點2-9的彎矩My相對較小。點2-7與點2-10距離主樓較遠，已基本不受主樓沉降及后澆帶的影響，三模型中My基本相同。

2)地下室底板配筋計算結果如表4,表5所示。因本項目的抗浮水頭較小，筏板厚度為400，配筋率為0.15%，經(jīng)計算各點的X,Y向底筋均為構造配筋，X,Y向面筋大部分為構造配筋，僅點2-2、點2-3、點2-8、點2-9需要根據(jù)計算配筋。

表4 地下室底板X向頂面鋼筋面積 cm2/m

表5 地下室底板Y向頂面鋼筋面積 cm2/m

相比模型二及模型三，模型一中點2-8，點2-9的面筋計算值較大，是因為主樓與地下室的沉降差異較大。在各模型下點2-1，點2-10距主樓較遠，受后澆帶及主樓沉降影響比較小，其配筋基本相同。同時可知模型二與模型三在各個點的配筋結果基本相同。

3)主樓筏板彎矩計算結果如表6,表7所示。

表6 恒載作用下主樓筏板彎矩Mx kN·m/m

表7 恒載作用下主樓筏板彎矩My kN·m/m

由表6點1-1，1-2，1-6，1-7及表7點1-2，1-3，1-4，1-6，1-7的計算結果可知，模型二與模型四的結果相近，與模型一結果差別較大，表6點1-3，1-4，1-5及表7點1-1，1-5不具有此規(guī)律，但由表中數(shù)據(jù)可知，模型二，模型四的受力狀態(tài)基本一致。

5 結論及建議

本文通過對比分析四種計算模型下的地下室底板及主樓筏板的內(nèi)力，得出以下結論及建議：

1)設置后澆帶改變了地下室底板的邊界條件，對本跨地下室底板內(nèi)力影響最大，距離后澆帶越遠影響越小。同時后澆帶亦能消除主樓與地下室的差異沉降。

2)主樓與地下室的差異沉降，會影響臨近主樓的地下室底板的內(nèi)力。設計應充分考慮沉降差異帶來的不利影響，設計中若沉降后澆帶設置在臨近主樓的第二跨，則與主樓相連的第一跨底板配筋應加強。

3)解決差異沉降可采取以下措施：一是設置沉降后澆帶消除;二是采取加強措施硬抗。

4)建議設計人員綜合考慮后澆帶，現(xiàn)場施工次序，基礎形式等因素選擇合適的計算模型分析設計。