高层建筑工程中筏板基础的设计方法

高层建筑工程中筏板基础的设计方法

摘要：在高层建筑工程设计过程中，基础选型是结构设计中非常重要的一个环节，对工程施工难度、工程施工造价、施工工期等均有比较大的影响。筏板基础

具有刚度大、埋设深度大、抗震性佳等优点，是高层建筑工程中常用的基础结构。基于此，本文重点对高层建筑工程中伐板基础的设计方法分析和探讨。

关键词：高层建筑工程；筏板基础；设计方法

在高层建筑设计过程中，建筑结构基础至关重要，在进行基础设计时，需要从技术和经

济方面进行考虑。当前，高层建筑地下部分主要用于停车场，因此在设计时不允许设置墙体

过多，所以采用箱形基础就不合适。而使用伐板基础不仅可以达到高层建筑地基承载要求，

而且可以达到大空间要求。施工比较简单，是一种比较理想的高层建筑基础结构形式，在高

层建筑设计中应用广泛。

1确定高层建筑筏板基础的埋深和承载力

当前，我国大型城市用地日益紧张，城市中高层建筑也比较密集，在确定高层建筑基础

结构时，需要结合建筑的功能要求对建筑层高和层数进行确定，如此一来就可以确定出高层

建筑的基础埋深，然后根据建筑场地土层特点和基础埋深对基础结构类型进行选择，并根据

实际情况分析是否可以选用天然筏板基础。对于地下水位比较高的地区或者需要布置一定埋

设深，天然筏板基础或桩筏基础作为一种补偿性基础，在对地基基础结构进行确定时，主要

采用下述两种方法：一是根据补偿性基础特点对地基承载力进行分析，二是按照地基承载力

设计值来进行确定。可以按照相关规范要求和地基承载力标准值，修正基础深度和宽度，最

后得到地基承载力。在对高层地下岩土性质进行分析时，可以采用压板试验、土工试验和标

贯试验相结合的方法来进行判断。比如，无锡双新科技园区1号楼，地下结构为两层，地上

结构24层。在进行地下室施工时，将原地面下10m下的原土挖去后进行地下室的建造。此

时卸土压力会达到180kPa。相当于十层楼荷载重量。当地下水位处于地面下两米时，地下水

浮托力会达到80KPa，相当于五层楼荷载重量。所以，要求地基承载力只需要承受十层楼的

荷载。也就是说，为了满足设计要求，只需要承载力标准值f≥250KPa可以达到要求。如果适

当挑出筏基底板，则可以保证高层建筑的可靠性。当然实际设计过程中还是采用了桩筏基础，增加可靠度，减少了不均匀沉降。目前已经建成，效果还是比较好。

2 计算天然筏板基础变形

在验算天然筏板基础时，主要包括变形和地基承载力两个方面。特别是对于超高层建筑

或高层建筑来说，建筑变形发挥着重要的控制作用。在对地基变形进行计算时，想要实现精

确性计算时难度还比较大，存在的计算误差相对来说也比较大，设计人员无法准确把我尺度，常常会因为计算得到的沉降量大于实际沉降量使原有的天然基础高层建筑使用的桩基础不合理，导致筏板基础的设计比较保守，增加了基础造价，造成资源浪费。当使用各向同性均质

线性变形体计算模型时，地基实际产生的变形量和分层总和法计算出来的自由沉降量会有所

不同[1]。出现这种情况的原因比较多。在对高层建筑地层变形进行计算时，因为基坑的开挖

深度比较深，并且卸土的厚度比较厚，会因为地基回弹变形而导致地基出现微量的隆起。

在施工过程中，回弹再压缩模量的计算难度比较大。一般来说，实际回弹量约为公式计

算得到的回弹量的10%~30%，所以实际观测到的沉降结果是计算值的1.2~1.3倍左右。

高层建筑基础设计时，由于结构基础的埋设深度过深，需要考虑地基回弹再压缩变形的

影响，并且需要重点进行考虑和分析。在进行高层建筑筏板基础计算时，高层建筑具有埋设

深度大、基础面积大，受地基回弹因素影响比较大的特点，有时可以将基础看作补偿基础，

此时附加压力可以看成零或者忽略不计，这和实际情况并不符合。因为基坑的面积非常大，

在开挖基坑的过程中会使坑底出现回弹。当建筑无荷载重量达到一定值后，基础结构依然会

出现沉降变形。为了保证实际变形和沉降计算结果接近，在进行计算时，将总荷载作为地基

沉降计算压力得到的计算结果更加的合理，并且更适用于大基础结构。采用上述方法进行设

计时，不仅对补偿基础技计算过程中存在的问题进行了考虑，而且也使大面积基坑坑底回弹

压缩问题得到了解决。按照《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ-99）中的规范要求，沉降量除了要使用室内压缩模量进行计算以外，还需要按照压缩模量E0进行计算（压缩模

量E0由野荷载试验资料计算后得到），采用这两种方法进行计算，可以将试验土样扰动的

问题解决，载荷板下土中应力状态和实际情况较为接近。在进行设计时，设计人员可以根据

具体情况从中任选一种方法计算沉降。

根据建筑物沉降观测理论和沉降观测结果发现，对于立面高度布置基本一致、平面布置

规则的单幢建筑，当基底压缩图层范围内水平方向和竖向方向土层较为均匀时，基础纵向挠

曲曲线会会呈现为“U”形，在对水平方向上建筑荷载的分布规律进行研究时，如果采用筏板基础，可以将筏板基础划分成多个单元，如果不对小单元之间的影响，基础纵向挠度取线线形

和单位荷载重量曲线线形应吻合，也表现为“U”形。证明其他各点荷载对建筑四周各点沉降量产生的影响比较小，而各点荷载对中部各点的沉降量影响比较大[2]。如果采用整片筏板基础

作为高层建筑基础，在地基承载力相同的情况下，会使四周产生的沉降量比较小，而中部产

生的沉降量比较大，进而使基底土变形不够协调。经过试验发现，采用有限刚度筏板基础时，不仅会出现整体沉降，而且还会出现挠曲变形，筏板刚度不同产生的挠曲度也会有所差异。

而对于刚性筏板，会出现整体沉降，但是产生的挠曲变形非常小，挠曲变形的变形量没有超

过3‰。当筏板厚度一致时，随着长度和宽度不断增加，会降低筏板刚度。所以，在进行设

计时可以采用“独立柱基+板式筏基”结合的基础结构形式，即四周使用联合基础或独立基础，

中部使用筏基，降低筏板的宽度和长度，提高筏板的刚度。不仅可以使沉降变形挠曲程度降低，而且可以使筏板基础抗冲切能力提升，并使筏板基础中的钢筋应力降低，减少配筋量。

为了可以对各个部分的变形情况进行协调，并保持各个部分变形保持一致，还可以利用变形

验算对独立柱基的面积进行调整。不仅可以达到结构刚度要求，而且可以取得良好的经济效

益[3]。在进行高层建筑基础设计时，需要结合工程的实际情况，对多方面因素进行综合考虑，对天然地基的承载力进行充分利用。采用独立基础+板式筏基作为高层建筑的基础结构，工

程造价会比整片筏基节省35%~40%的费用，具有非常显著的经济效益。当高层建筑结构上部

荷载筏板基础分布均匀或地层分布不均匀造成筏板基础各部分沉降差异过大时，可以使用下

述方法进行处理：

（1）挖除露在外部地质比较差的土层，然后使用强度等级比较低的素混凝土进行换填，

并逐步形成厚度比较大的素混凝土，从而使地基的不均匀变形得到调整和改变。同时也可以

使用卵石、碎石等材料进行换填。经过振密处理和碾压处理后，可以使地基承载力得到提升。

（2）对柱网间距和上部结构荷载进行调整，降低基础底部压力差。

（3）对筏板基础的面积和形状进行调整，合理的布置悬臂板，使基底压力得到降低。

（4）提高底板的刚度和强度，使用暗梁或加强板带布置在大跨柱间。

3 设计筏板基础结构

在设计筏板基础结构时，一般采用平板式筏基和肋梁式筏基，主要包括厚度底板和横向

肋梁。通常基础肋梁不宜布置在底板上部，如果地基有其他方面的要求时，可以将肋梁布置

在筏板下部，从而使框架处在肋梁交点处。在对筏基进行设计时，需要重点考虑下述几个方

面的问题：

（1）根据抗冲切和抗剪切强度对底板厚度进行确定。当柱网之间的间隔距离比大时，为

了保证筏板基础的抗冲切强度，减少筏板厚度，可以在柱间布置加强板带。另外，可以利用

后张预应力钢筋来使用混凝土使用量和混凝土造价降低。

（2）要尽可能使筏基形心和上部结构荷载合力中心重合，从而将底板的尺寸和形状确定

出来。如果采用悬挑板进行底板设计，要对上述因素进行综合考虑，降低基础端基底反力过

大而影响基础弯矩。

（3）可以按照无梁楼盖设柱上布设跨中板带和上板带的方法计算无肋梁筏板基础配筋，

并使用有限元法进行准确计算。对于肋梁式筏基，如果肋梁的高度超过板厚，可以对肋梁的

配筋和底板的配筋分别进行计算[3]。即以肋梁作为固定支座，然后采用双向板对支座和跨中

弯矩进行计算，并对筏板跨中以及支座配筋进行适当的调整。

（4）结构构造配筋的基本要求。根据规范要求，筏板受力筋配筋率要可以达到0.15%，

将放射状附加钢筋布置在悬挑板角处。

4 设置筏板基础抗浮锚杆

在设计筏板基础时，一些设计人员会担心底板埋设深度过大、地下水位过高对底板产生

浮托力。所以，布设了抗浮锚杆。对于这一问题，在进行设计时需要考虑下述几个方面：（1）地下室上浮。地下室出现上浮主要是因为地下室结构和上部结构自身重量低于地下