大底盘框架_核心筒结构筏板基础荷载传递特征的试验研究

第32卷 增刊2 岩 土 工 程 学 报 Vol.32 Supp.2 2010年8月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Aug. 2010大底盘框架—核心筒结构筏板基础荷载传递特征的试验研究石金龙，滕延京(中国建筑科学研究院地基基础研究所，北京 100013)摘 要：通过两台1∶6大比例室内模型试验，对单体高层框架—核心筒结构和带1跨2层裙房的大底盘高层框架—核心筒结构在正常工作状态下荷载传递规律进行研究。

试验结果表明，大底盘模型地基反力曲线呈“盆形”分布，单体模型地基反力则呈“鞍形”分布。

相同上部荷载作用条件下，大底盘模型主楼中部地基反力值与单体模型中部地基反力值基本相等。

地基反力由中部核心筒逐渐向主楼和裙楼的边柱、角柱传递，横轴方向柱下地基反力增速最快。

正常工作状态下，大底盘模型裙房下地基反力平均值约为核心筒下地基反力平均值的1/2。

关键词：大底盘高层框架-核心筒结构；筏板基础；荷载传递中图分类号：TU470 文献标识码：A 文章编号：1000–4848(2010)S2–0089–04作者简介：石金龙(1976–)，男，河北衡水人，工学博士，从事地基—基础—上部结构共同作用研究。

E-mail: shijinlong207@。

Study on upper load transfer of frame-core walls with large thick raftfoundation under high-rise building complexSHI Jin-long, TENG Yan-jing(Institute of Foundation Engineering, China Academy of Building Research, Beijing 100013, China) Abstract: Through model test with a large scale of 1∶6, characteristics of load transferring for single frame-core walls structure (Model 1) and frame-core walls structure with single span and two-storey annex (Model 2) are studied. Tests show that subgrade reaction curves of Model 2 present basin shape, and curves of Model 1 present saddle shape. Under the same upper loads, subgrade reaction at central of main building in Model 2 is almost equal to that of Model 1. Subgrade reaction transfers from core walls to side and corner columns of main and annex building gradually, with a maximum increasing rate at transverse direction. Under normal working condition, average subgrade reaction of annex is half of that under core walls.Key words: frame-core walls structure with large thick raft foundation; raft foundation; load transfer0 引 言带裙房（或地下室）的大底盘厚筏基础是近年来应用比较广泛的基础形式。

大底盘厚筏基础，顾名思义，就是一幢或多幢高层建筑及其裙房整体连接，位于同一块大厚度的筏板基础上。

高层框架—核心筒结构的核心筒承受的竖向荷载大，导致筏基厚度相应增大。

在实际工程中，某些建筑的筏基厚度可达到3 m甚至更大。

对于正常使用状态下的高层框架—核心筒结构，筏板内力及底层核心筒、框架柱在共同作用下的荷载分担比例及工作机理，尤其是在上部结构施工阶段荷载不断增加过程中的内力重分布是该类结构基础设计的重要问题。

因此，在目前大底盘厚筏基础应用日益广泛的情况下，开展上部结构—筏基—地基三者共同作用条件下有关底层核心筒、框架柱内力重分布状态的研究是很有必要的。

通过系列模型试验，常规体型、异形体型及其组合的高层框架或框筒下大底盘厚筏基础的地基压力和变形特征等相关研究已经取得了很多成果，大部分已经应用于实际工程中，取得了良好的经济效益和社会效益[1]。

本文通过1∶6模型试验，对带1跨2层裙房的大底盘高层框架—核心筒结构在正常工作状态下荷载传递规律进行了研究，作为对比，同时进行了1台───────收稿日期：2010–04–2190 岩 土 工 程 学 报 2010年同样结构形式、无裙房结构的单体模型试验。

1 试验模型及加载按实际结构尺寸进行模型设计，采用相似理论，用量纲分析法推导出相似准数。

取模型比为1∶6，模型具体尺寸见图1。

筏板混凝土等级为C25，上部结构各构件混凝土等级为C40，模型配筋见图2，位移计的布置如图3所示。

±0.0000.5001.0001.5002.0002.5003.0003.5004.000图1 模型尺寸示意图 Fig. 1 Sketch of model dimension图2 模型配筋图Fig. 2 Reinforcement of model图3模型位移计平面布置图Fig. 3 Arrangement of displacement meters试验采用“工字钢梁＋锚担＋高强钢筋”模式完成加荷工作，采用无线传输型多通道静力载荷测试仪JCQ-503E ，配合高压油泵、千斤顶等设备进行加荷，并按设定荷载值自动补荷以保持稳压。

按照模型尺寸计算得到，主楼层（不含裙房）恒载为26.3 kN ，计算得到楼层均布恒载为1.65 kN/m 2。

取楼层活载为恒载的20%，装饰荷载为恒载的10%，则楼层均布活载为0.33 kN/m 2，装饰荷载为0.17 kN/m 2，则楼层总均布活载为0.50 kN/m 2，楼层总均布荷载为2.15 kN/m 2，故1～8层模型每个柱网格施加总活载为0.88 kN ，8层以上每层楼层施加总荷载为34.2 kN 。

通过计量铁砖和沙袋施加模型1～8层活载，8层以上楼层的荷载是通过模型顶部加载板上分布的8个1000 kN 千斤顶来实现的，核心筒内铁砖直接放在十字交叉梁上[2]。

2 筏板变形分析图4为大底盘模型纵向中轴线沉降变形曲线（包含1～8层楼层活载以及反力梁设备自重施加后的总沉降量3 mm ）。

从图中可以看出，在前几级荷载作用下，筏板已呈现不均匀下降，“盆形”变形特征逐渐显现。

随着荷载的增加，筏板的平均沉降量增加，核心筒与外围框架柱、裙房柱的差异沉降越来越大，“盆形”沉降特征越来越显著，核心筒部分仍呈均匀沉降。

图4模型纵向中轴线沉降变形曲线Fig. 4 Settlement curves alone longitudinal axis of model增刊2 石金龙，等. 大底盘框架—核心筒结构筏板基础荷载传递特征的试验研究 91图5为大底盘模型主楼纵向中轴线、横向中轴线、裙房⑥轴挠曲变形曲线，从图5中可以看出，在前几级荷载作用下，纵向中轴线的挠曲变形值就大于后两者的挠曲变形值，这说明大底盘模型纵向刚度小，最容易首先发生挠曲变形，核心筒外侧相邻梁、板是容易较早破坏的部位。

横向柱轴线挠曲变形值大于⑥轴挠曲变形值，⑥轴挠曲线几乎呈直线分布，这说明大底盘模型在上部荷载作用下，横向挠度很小。

挠曲值由中部向端部逐渐减小，边端挠曲值几乎为零。

图5 大底盘模型主楼纵向、横向中轴线及裙房⑥轴挠度曲线 Fig. 5 Deflection curves of longitudinal, transverse and annex ⑥3 地基反力分析图6为大底盘模型纵向中轴线地基反力变化曲线，从图6中可以看出，在荷载作用下，纵向中轴线的地基反力分布大体呈抛物线形，地基反力由中部核心筒向外围逐渐减小。

图6 大底盘模型纵向中轴线地基反力变化曲线 Fig. 6 Subgrade reaction curves along longitudinal axis图7为大底盘模型④轴地基反力变化曲线，从图中可以看到，随着荷载增加，曲线由最初的“直线形”逐渐转变为“鞍形”，表明筏板横向刚度比纵向刚度大得多，产生纵向挠曲时，地基反力更多地向横轴方向传递。

同时也证明了主楼纵向外扩1跨裙房时，筏板刚度减小，柔性特征显现。

单体模型的纵横向尺寸一样，变形规律和地基反力规律亦相同，即大底盘模型的横向与单体模型的规律一致，大底盘模型的纵向由于裙房基础拓展，减小了其弯曲刚度，进而中部变形大，地基反力亦大。

图7 大底盘模型④轴地基反力变化曲线 Fig. 7 Subgrade reaction curves along axis ④图8为大底盘模型各柱下地基反力变化曲线，从中可以看出，地基反力曲线大致分为3组：①核心筒柱和横向边柱；②纵向边柱和主楼角柱；③裙房边柱和裙房角柱。

地基反力由大到小的排列顺序为：横向边柱>核心筒柱>主楼纵向边柱>主楼角柱>裙房角柱>裙房边柱。

图8 大底盘模型各柱下地基反力变化曲线 Fig. 8 Subgrade reaction curves under columns图9 大底盘模型各柱轴力变化曲线 Fig. 9 Axis force curves of model columns4 柱轴力分析图9为大底盘模型各柱轴力变化曲线，从图9中可以看到，各柱轴力大小顺序为：C4＞D4＞D6＞D5＞C5＞C6，核心筒柱C4的轴力远远大于外围边柱和角柱，横向边柱D4柱轴力值在外围柱中轴力是最大92 岩 土 工 程 学 报 2010年的，裙房边柱C6柱轴力值最小，表明核心筒柱承担了上部结构的大部分荷载，随着荷载的增加，荷载逐渐向外围柱传递，横向边柱所占比例最大。

这说明在结构、基础和地基共同作用中，荷载是按刚度原理进行分配的。

5 单体模型和大底盘模型地基反力、柱轴力对比分析为有效地比较单体模型和大底盘模型的地基反力及底层柱内力，只有两个模型上部施加荷载量相等。