合理设计高层建筑基础筏板厚度

住宅建筑筏板基础冲切控制分析

摘要：近年来，住宅高层建筑得到了快速发展，在体量和数量上都急速增长。在这个过程中发现了一些基础厚度明显偏大的情况，经过仔细分析发现冲切控制成为比较重要的环节，因此本文就在基础设计中,利用好基础冲切来进行厚度控制，达到结构安全同时又经济的双重效果以供参考。

关键词：筏板基础；冲切控制；经济性

引言

经济性近年已经成为工程建设工作中最重要的一个考核环节，而基础的造价和比重在整个土建总量的比重也是非常大，因此在结构设计中基础的选型和优化显得尤为重要。

1工程概况

建筑功能为住宅，总建筑面积为12336平方米；结构形式采用混凝土剪力墙结构，建筑大屋面结构高度为75.32m、地上26层、地下室1层。项目抗震设防烈度为8度二组、场地类别为II类，全埋地下室不存在开敞情况，也无不良地质情况为抗震一般地段；基本风压为0.65。地基持力层为稍密卵石层，基础天然筏板基础。在初步设计中，筏板基础采用C30抗渗混凝土，整体厚度达到1200mm，边角位置局部加厚，总厚度达到了1800mm(如下图1.1原方案)。根据设计经验，对于普通住宅来说整体偏厚，因此对此进行了深入的分析。

图1.1

2基础冲切严重影响筏板厚度

2.1存在的问题

1）由上图1.1原方案可知，筏板右侧加厚区，总厚度高达1800mm，但是筏板的北侧挑出长度为850mm、东侧挑出长度为1350mm、南侧挑出长度仅仅为800mm；同时查看冲切计算结果时仅为1.03的富余度，距离规范安全1.00红线一步之遥。至此发现了问题所在，筏板挑出长度太短导致，也就是筏板厚度h0+墙厚一半为1950mm，大于所有挑出长度，导致冲切椎体落在筏板的边界以外，从而导致冲切计算时按临截面Fl增大，只有通过不断的加厚来弥补。

2）再来看看规范的定义就更加明确了；根据《建筑地基基础设计规范》GB

50007-2011，8．4．7条“平板式筏基柱下冲切验算时应考虑作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩产生的附加剪力。对内柱取轴力设计值减去筏板冲切破坏锥体内的基底净反力设计值，对基础边柱和角柱冲切验算时，其冲切力应分别乘以1.1和1.2的增大系数。距柱边h0/2处冲切临界截面的最大剪应力τmax应按式(8．4. 7-1)、式(8．4. 7-2)进行计算(图8．4．7)。板的最小厚度不应小于500mm。”可知筏板基本组合的冲切力Fl,规范考虑为：“对内柱取轴力设计值减去筏板冲切破坏锥体内的基底净反力设计值，对边柱和角柱，取轴力设计值减去筏板冲切临界截面范围内的基底净反力设计值；”重点就在于是按扣除冲切椎体内的基底净反力设计值，还是取临界面的净反力设计值；临界面的净反力设计值会较小Fl就会变大算出来的结果就不容易满足。

超高层建筑的超厚筏板基础施工技术

发表时间：2018-10-19T10:11:40.703Z 来源：《防护工程》2018年第12期 作者： 李崇聪

[导读] 随着筏板基础大体积混凝土的应用,其厚度越来越大,因此,对超厚筏板基础的施工技术提出了更高的要求。本文结合工程实例，对其超厚筏板基础施工技术进行了研究。

李崇聪

东莞市建安集团有限公司 广东东莞 523000

摘要：随着筏板基础大体积混凝土的应用,其厚度越来越大,因此,对超厚筏板基础的施工技术提出了更高的要求。本文结合工程实例，对其超

厚筏板基础施工技术进行了研究。

关键词：筏板基础;施工技术;温度控制

引言

随着全国经济水平的提高,各地均兴起超高层建设热潮。筏板基础在建筑工程中能够充分满足地下大空间开发,保证了地基承载力,也减少了地基基础沉降量,对于地基的不均匀沉降有着非常重要的作用。因此，作为工程应用过程中主要基础方案,应对其施工技术加强重视。

1.工程概况

某工程由主楼、裙楼组成，地下室3层，裙楼12层，主楼55层，建筑面积137241.81m2，其中地下室建筑面积23261.03m2，主要作为酒店和办公场所。主楼采用“钢框架+核心筒+伸臂桁架+环带桁架”结构体系，采用筏板基础，结构高度266m，建筑效果如图1所示。钢结构总

体用钢量大约2万t，抗震设防烈度为8度。

主楼筏板基础平面尺寸为56.70m×60.31m，筏板面积为3420m2，筏板基础位于深度达26.3m的深基坑内。主楼筏板厚度分别为8.9，

4.5，3.5m，裙楼筏板基础厚度为1.0m，混凝土强度等级为C45P8，主楼筏板混凝土浇捣量为15000m3。筏板基础钢筋均采用HＲB400级钢筋，具有直径大、层数多、钢筋密集等特点。4.5m厚筏板基础的配筋主要分为上、下2层，上层配筋为4排󰀀32@150双层双向，下层配筋也

为4排󰀀32@150双层双向，中间夹16@150双层双向的构造配筋层。

小高层建筑筏板基础的设计方法研讨

广州地区由于用地紧张，高层建筑密集，因此常需设置车库、人防、设备用房和水池等地下室，并由其使用功能决定地下的层高和层数。设计中经常遇到小高层，多层建筑设置地下室的情况，按照惯用的设计方法，采用独立基础或桩基础，地下室底板仅作为地下围护结构抵抗水压力，这种设计方法往往造成经济上的浪费。因为通常作为围护结构的底纹厚度是300mm~400mm，配筋率在0.26％～0.32％之间（单面）。而作为筏板基础的底板往往无需增加底厚，配筋率提高至0.35％～0.64％（单面），便完全能够满足设计要求，从而省去了原设计中基础工程的费用，大大降低了造价。而广州地区位于珠江三角洲前缘，风化软岩埋藏较浅，在多数带地下室的小高层建筑物的基础作？均推荐采用筏板基础。

由于小高层的基础选型（筏板基础）是有建筑功能决定，所以，此类筏板基础设计具有以下几个特点：

1：持力层选择范围较大。

除淤泥，淤泥质土等极为不利的土层，几乎所有土层均可作为筏板基础的持力层。因为地下室具有一定的埋浇？且广州的地下水位较高，天然筏板基础具有补偿性。

例如，对于某栋地上10层，地下一层的小高层，挖去原地面下4.5m厚土层，相当于卸去80kpa土压力。约相当于5层半楼的重量；如果地下水位为地下2m，则水托浮力为25kpa，约相当于一层半楼的重量。因此，实际需要的地基承载力仅相当于3层楼的重量，即当地基承载力fr≥45kpa。这是一个任何土层均能满足的承载力要求。如果建筑物为大底板建筑物或筏板适当外挑，则可靠性更大。

对于变形控制，由于附应力较小，一般均能控制在1cm以内，即便遇到软弱下卧层或者局部软土，筏板的基础也是一种较合适的记住形式，能够较好的抵御不均匀沉降。

2：宜采用梁板式筏板基础。

由于小高层柱轴力较小（一般在1000t以下），对于单柱采用梁板式的筏板基础已能满足底板的抗冲切、受剪、受弯的要求。而平板式筏板受冲切控制板厚较厚，不宜采用。而且由于小高层的内部空间要求较灵活，柱距裙层的界限不清，也决定了不宜采用等厚的平板筏基。而采用较灵活类似上部结构反向布置的梁板式筏板基础。

目…　

论高层建筑平板式筏基的　设计条件与设计方法　魏久明’　孙彩凤　１．依兰县建设工程质量监督站２．依兰县　摘要；平板式筏基为无梁体系，传力简捷，　整体刚度好，施工速度快，是框架结构常用的基础　形式。平板筏基类似于倒置的无梁楼盖，在柱间　设置板带是对的，但是在拄问和墙下设置暗梁我　看是没必要的。因为那是对无梁楼盖抗震构造要　求，对于基础底板，本身就不需要考虑抗震，或　者说基础构件不需要过多提高其抗震延性，所以　没必要设置暗梁。本文着重探讨平板式筏基在实　际设计中的若干问题。　关键词：高层平板式筏基设计　建筑物采用何种基础型式，与地基土类别及　土层分布情况密切相关。工程ｉ殳计中，常遇到这　样的地质情况，地下室底板下的岩土层为风化残　积土层、全风化岩层、强风化岩层或中风化软岩　层，因此，有可能采用天然基础。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，因而限制了箱型基础的使用；筏板基础　既能充分发挥地基承载力，调整不均匀沉降，又　能满足停车库的空间使用要求，因而就成为较理　想的基础型式。筏板基础主要构造型式有平板式　筏板基础和梁板式筏板基础，乎板式筏板基础由　于施工简单，在高层建筑中得到广泛的应用。　一，平板式筏基的设计条件　基础的设计，必须满足以下三个条件的要　求：ｌ、基础承受的荷重，不得超过地基的允许承　载力，以保证安全。２、基础的总沉降量及差异沉　降量必须控制在一定限值之内，以保证上部结构　不致损坏。３、必须预先估计新建房屋本身及其　在施工过程中的必要操作对毗邻房屋的影响，以　便采取必要的保护措施。在保证安全使用的条件　下，还要考虑它的综合经济效果。要求工期短、　费用省，而这个费用和工期都不是仅仅考虑基础　的本身，而是考虑到整个建筑物的建造和运行。　在确定基础型武时，应当通盘考虑地基、基　础及上部结构的刚度以及施工顺序，恰当地估计　在整个施工和使用过程中可能发生的基础沉降及　差异沉降。在此仅析天然地基上平板式筏基的设　计条件：　在天然地基上应用平板式筏基，除了以上所　述的条件外，最重要的是上郜建筑荷载组合下总　体轴力、弯矩等作用下，基底的最大压应力必须　小于修正后地基承载力。这类筏基绝大部份是作　为补偿式基础，只要持力层承载力高，又无软弱　下卧屋，且建筑面积的刚度中心与基础形心接近　或重合时，均可考虑采用平板式筏基。　二、平板式筏基的结构设计　１、地基基础结构方案选择　高层建筑常用的基础结构型武为桩基础，①　采用预应力管桩基础，以强风化花岗岩为桩端持　力层，由于场地基岩埋深相对较浅，地下室开挖　后，最短有效桩长仅为２ｍ左右，且场地局部地段　１　６０　＝０　Ｎ　Ｗ０辩　ｌ～　一　在残积层中俘在中风化岩孤石，对预应力管桩施　工带来困难。②采用人工挖孔桩基础，以中微风　化花岗岩为桩端持力层，人工挖孔桩成孔时要穿　过坚硬土层进入稳定　完整的基岩需要降水和爆　破，且要等到龄期后才能进行桩的检测和验收，　施工周期长，工程投资高，同时，人工挖孔桩还　存在施工危险性高，容易对周边建筑物造成影响　等缺点。　２、筏板基础的平面布置　尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。　筏基边缘宜外挑，挑出宽度应由地基条件、建　筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反　力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综　合确定，一般情况下，挑出宽度为边跨柱距的　１／４～１／３。　３、选用恰当的地基棱型和计算方法　一个筏基可以包括两个独立的受力系统：一　是底板，另一是加劲结构系统。底板的板底应力　应符合公式的要求：Ｐｋｍａｘ＝（Ｆｋ＋Ｇｋ）／Ａ＋Ｍ／　Ｗ≤１．２ｆａ。　平板筏基的内力分析，理论上有刚性板法　和弹性地基梁、板法。对于刚性板法，它可按倒　楼盖的假定进行设计，以板底净反力作为分布荷　载，柱（墙）视为支座进行内力分析，计算筏　板由局郜弯曲引起的内力。虽然可以不考虑整　体弯曲，但在端部附近范围内拟增大基底反力　１０％　２０％；对于相邻柱间荷载与柱间距变化不大　时，也可采用条带法计算。　对于弹性地基梁、板法，由于计算元素数量　多，运算工作量大，通常采用计算机程序辅助设　计。将筏板设成两种基本单元——矩形弯曲板单　元和板架粱单元，并提供三种地基模型：①文克　尔地基模型；②分层总和法（又称有限压缩层）　地基模型；③有桩基约束的地基，即复合地基模　型。根据不同的土层地质情况，选用相应的地基　模型：　文克尔地基模型，适用于软土地基，压缩层　较薄的地基、砂土地基等，在实际使用时，重要　的是选用适当的基床系数。　分层总和法地基模型，适用于地基较复杂、　地基刚度变化大或需要计算沉降值的基础。　复合地基模型，较适用于筏板下有桩的情　况。　筏板的板厚，按现行规范提供的冲切计算　公式确定。筏板厚度须满足冲切承载力要求，且　应验算距内筒边缘或柱边缘ｈ０处筏板的受剪承载　力。当筏板厚度有变厚时，还应验算变厚处筏板　的受剪承载力。　筏板的加劲结构系统，是防止底板各支承点　发生过大的差异沉降。除计算底板的应力外，还　要计算建筑物沉降后对基础底板形成的挠度，合　理地选择板厚及相应的配筋和布置暗梁，使其不　致产生明显的裂缝或渗漏　４、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确定，　同时要满足抗渗要求，局部柱距及柱荷载较大　时，可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切　箍筋，来增加板的局部抗剪切能力，避免因少数　柱而将整个筏板加厚。除强度验算控制外，还要　求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏　板的厚度按地面上楼层数估算，每层约需板厚　５０ｒａｍ　８０ｒａｍ。本工程塔楼地上２１层，筏板厚度为　１１００ｒａｍ；部分轴力较大的柱，柱下板底加墩，柱　墩厚度为１６００ｒａｍ。　５、筏板基础的内力分析　筏板基础的内力分析常用简化计算方法，其　最基本的特点足将由上部结构、基础和地基３部　分构成的一个完整的静力平衡体系，分割成３个部　分，独立求解。倒楼盖法是应用得最广泛的一种　简化计算方法。倒楼盖法适用于地基比较均匀、　筏板基础和上部结构刚度相对较大、柱轴力及柱　距相差不大；其缺点是完全不能考虑基础的整体　作用，也无法计算挠曲变形，夸大上部结构刚度　的影响。　上部结构、基础和地基三者的关系是相互　影响、相互制约的关系。把上部结构，基础和地　基三者作为一个共同工作的整体的计算方法，其　最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连　接界面处变形协调，整个体系符合静力平衡。对　于基础，由于考虑了上部结构的贡献，使其整体　弯曲变形和内力减小，而取得较为经济的效果；　对于上部结构，由于考虑了因基础变形引起的变　形，这种变形将使上部结构产生次应力，考虑了　这种次应力，结构将更安全。　６、平板式筏基的结构构造　现行建筑《地基基础设计规范》中，对平板　式筏基的计算及构造作了详细的规定。　钢筋的配置，平板式筏基柱下板带和跨中板　带的底部钢筋应有１／２　ｌ／３贯通全跨，且配筋率不　应小于０．１５％；顶部钢筋应按计算配筋全部连通。　为加强筏板的强度，可沿柱网下增设暗梁，每侧　比柱宽出５０ｍｍ，梁高与板厚相同，利用筏板配箱　作为暗梁纵向钢筋，布置一定量的箍筋。以构成　柱下暗梁。　平板式筏基板厚往往比较厚，宜每隔２０　４０ｍ　设置后绕带，或按超长超宽大体积混凝土的进行　无缝没计与施工。　平板式筏基具有许多优点，它能最大限度地　发挥地基的承载力，并且具备足够的刚度以调整　不均匀沉降，或跨越地基局部的小溶洞或溶槽。　它结构简单，施工方便，工期短，对于上部建筑　较规整的柱网和柱（墙）荷载不大的情况下，选　用平板式筏基最为适宜；在当采用条基或交叉梁　基础难以满足地基承载力或变形要求时，平板式　筏基是一种很好的选择。　高层建筑基础设计是整个结构设计的重要一　环，其设计合理与否，关系到建筑物的安全和使　用及施工工期和投资额度。本文通过工程实例，　对高层建筑基础的选型进行探讨，并着重介绍平　板式筏板基础的结构设计，对考虑上部结构、基　础和地基共同作用，运用有限元法分析筏板基础　内力进行全面阐述，希望得到进一步的总结和修