浅析高层建筑筏板基础的设计

浅析高层建筑筏板基础的设计
筏板基础因具有埋深深、刚度大、整体型强、抗震能力好等优点而被广泛应用，鉴于关于筏板基础设计的理论不是太完整而存在许多设计不合理的地方，本文就如何选择和设计筏板从选型、埋深、变形及抗浮锚杆的设置四个方面进行了简单的分析，并给出工程实例进行简单的论证。

标签筏板基础；高层建筑；设计
随着现代产业化的发展，高层建筑如雨后春笋办涌现出来。

建筑物高度的增加，引起水平荷载产生的弯矩饿剪力迅速增大，导致倾覆力距成倍增长，甚至起着控制设计的作用。

因此，基础设计就显得至关重要，需要根据上部结构形式，建筑场地的工程地质条件、施工条件、材料供应条件及其他相关条件进行综合考虑。

筏板基础因具有埋深深、刚度大、整体型强、抗震能力好等优点而被广泛应用，但由于设计人员理解上的差异而存在许多设计不合理的地方，本文就如何选择和设计筏板从选型、埋深、变形及抗浮锚杆的设置四个方面进行了简单的分析，并给出工程实例进行简单的论证。

1 筏板基础的选择依据
基础选型除了应满足现行规范允许的沉降量和沉降差的限制外，整体结构也应符合规范对强度、刚度和延性的要求，其中最主要的则是选型要安全可靠、经济合理。

筏板基础适用于低级很软弱，承载能力低，而上部结构传来的荷载又很大的情况，采用十字条形基础无法提供足够的底面积，而采用桩基又明显超过工程的实际需要。

一般的高层建筑，常需在地下设置车库、人防工程、设备用房和水池等地下室，并有其适用功能要求决定地下室的层高和层数，这就基本确定了基础底板的埋置深度，然后，在更加改深度结合建筑场地的岩土工程特点减小基础选型，研究选择筏板基础的可能性。

2 筏板的设计及注意事项
2.1 筏板基础埋深及承载力的确定
地下室具有一定的埋深及地下水位的不同，天然筏板基础一般属于补偿性基础，因此地基的确定有二种方法：
2.1.1 地基承载力设计之的直接确定法。

根据地基承载力标准值按照有关规范同归深度和宽度的修正得到承载力设计值，并采用原位试验与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩石的特性，原因是取样时的扰动和失水会严重影响土
工试验，综合评定可以最大限度的减小误差。

2.1.2 按照补偿性基础分析地基承载力。

比如一栋地上28层、地下2层（底板深埋10m）地高层建筑，挖建地下室卸图土压力约为180Kpa，假设水位为-2m，其浮托力越为80Kpa，则初步估计当地基承载力标准值f≥250Kpa时即可以满足设计要求，如果筏基底板适当向外挑出，则可靠度更大。

2.2 筏板基础天然地基变形计算
对高层建筑来说，地基变形往往起着决定性的控制作用。

目前对地基变形的理论研究还不是太透彻，计算结果误差较大，因此，往往使工程人员难以把握，导致计算误差过大，才采用了不适当的基础结构。

当前的地基变形验算主要有二种方法，一般是经过二种的互相验证才可以取得较好的效果。

2.2.1 采用室内压缩模量Es计算沉降量。

该方法的前提假设是遵循应力—应变成直线关系，土体任何一点都不能产生塑性变形。

其计算公式为。

该公式表明建筑物的沉降量只与基础尺寸有关，而实际上沉降量还受到上部结构、基础刚度及地质条件等因素的影响，因此，在计算过程中引入了一个沉降经验系数。

同时在实际施工过程中还存在着回弹变形，其回弹量约为计算值得10%～30%。

因此，对于高层建筑在计算地基沉降变形中，基地回弹变形不仅不应忽视，而应给予重视。

2.2.2 采用压缩模量E0计算沉降量。

正是因为考虑到基地的回弹情况，为了使沉降计算与实际变形相接近，采用总荷载作为基地沉降計算压力比用附加压力计算更趋于合理。

因此，《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》出了规定采用压缩模量Es计算外，还规定了压缩模量E0，基本解决了土样扰动的问题。

2.3 筏板基础地基变形的规律
通过对建筑物沉降结果的观察，我们可以发现，基础的纵向挠曲曲线的形状呈“U”形状。

因此，对于筏板基础来说，如果看成是许多点的组合，说明建筑物四周个点沉降量受到其他各点荷载的影响较小，中不各点沉降量受到其他各点荷载的影响较大；如果把筏板基础看成一个整体的话，则是在相同的地基承载力下，中部沉降量大于四周的沉降量。

从筏板基础的刚性上来看：刚性筏板在荷载下主要是整体沉降，挠曲变形很小，一般小于3‰；而对于有线刚度的筏板基础除了整体沉降以外还会产生不小的挠曲变形，其挠曲程度随筏板的刚度而变化。

对于相同厚度的筏板基础，随着其表面积的增大，筏板的刚度也随之下降，挠曲变形也随之增大。

因此，在实际设计中，应该在满足结构使用要求的前提下，尽量减小筏板的表面积，增大刚度，降低挠曲程度，提高筏板的抗冲切能力。

2.4 筏板基础抗浮锚杆的设置
抗浮锚杆的设置是一个值得讨论的问题。

在进行筏板基础设计时，特别是埋深较大时，不少设计人员往往因为担心浮托力的影响而设置锚杆。

而实际上，只要地下室及上部结构的荷载足够克服地下水浮力时，锚杆的设置就没有多大必要了。

筏板所承受的付托力只是缝隙水压力，空隙水压力，其实际压力强度小于静水压力；同时底板和岩土已经粘结成了整体，也具有一定的抗浮托力。

所以，在实际工程中，只要进行有序的排水或限制水位，筏板基础基本不会产生浮托力。

当然对于一些特殊情况，如地下室较大、较深，上部结构层数不多，则应进行设置抗浮锚杆。

2.5 裙房基础的设计
一般裙房都不具有太高的层数或太大的荷载，无需采用厚筏基础。

但是，一定要注意裙房基础的沉降量要与主楼筏板基础的沉降量保持协调。

一般是先计算出主楼的沉降量S，在反算出裙房基础的表面积，并与自身承载力相验证。

3 工程实例
3.1 工程概况
某商场用楼是由五层裙房结合一种二十四层主楼组合而成，地下室为二层。

总占地面积为7640m2，总建筑面积4.82万m2，其中地下建筑面积1.4万m2。

主楼采用框筒结构，裙楼采用框架结构。

初步估计单柱柱底竖向压力为17000kN。

勘测资料显示：地基岩土自上而下可分为硬塑状第四系老粘土层及三叠系刚性基岩层。

土层成因：上部为碎屑堆积，冲、积洪而成，下部是经高压固结成岩。

3.2 设计分析
本工程地下室板下的岩土层砂石、碎石层，具有较高的承载力，沉降量小；同时考虑到施工难度及整体荷载的要求，选用基础埋深-8.5~-10m的筏板基础。

对于局部分布沙砾的地段采用沙砾挖除、回填砂卵石并夯实的措施。

该建筑场地的地下水主要为第四系松散层中的上层滞水，即地表水。

所以，没有设置抗浮锚杆。

采用的措施是加强地表水排放，在基坑周围做好回填工作，防止地表水的渗入。

在进行变形分析时，采用了弹性板法。

其结果如表1所示，完全符合相关标准的要求。

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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。