筏板

2.1 筏板基礎(chǔ)的平面布置

盡量使建筑物重心與筏基平面的形心重合。筏基邊緣宜外挑，挑出寬度應(yīng)由地基條件、建筑物場(chǎng)地條件、柱距及柱荷載大小、使地基反力與建筑物重心重合或盡量減少偏心等因素綜合確定，一般情況下，挑出寬度為邊跨柱距的1/4～1/3。

2.2 筏板基礎(chǔ)的地基承載力驗(yàn)算

假定地基均勻，筏板為剛性板，基底反力按直線分布，在豎向荷載作用下，基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：

Pvkmax=

Pvkmin=--

其中：ex、ey── 豎向構(gòu)件合力作用點(diǎn)的偏心距

Wx、Wy ── 基底截面抵抗矩

豎向荷載作用下，基礎(chǔ)底面應(yīng)力按下式控制：

≤1.2

Pvkmax≤fa

其中：fa ──修正后的地基承載力特征值

風(fēng)荷載或地震荷載組合下，基礎(chǔ)底面應(yīng)力按下式控制：

Pmax=Pvkmax ≤1.2fa(1.2faE)

Pmin=Pvkmin-≥0

其中：faE──調(diào)整后的地基抗震承載力

2.3筏板基礎(chǔ)厚度的確定

筏板基礎(chǔ)的厚度由抗沖切和抗剪強(qiáng)度確定，同時(shí)要滿足抗?jié)B要求，局部柱距及柱荷載較大時(shí)，可在柱下板底加墩或設(shè)置暗梁且配置抗沖切箍筋，來(lái)增加板的局部抗剪切能力，避免因少數(shù)柱而將整個(gè)筏板加厚。除強(qiáng)度驗(yàn)算控制外，還要求筏板基礎(chǔ)有較強(qiáng)的整體剛度。一般經(jīng)驗(yàn)是筏板的厚度按地面上樓層數(shù)估算，每層約需板厚50mm~80mm。本工程塔樓地上21層，筏板厚度為1100mm；部分軸力較大的柱，柱下板底加墩，柱墩厚度為1600mm。

2.4筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析

筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析常用簡(jiǎn)化計(jì)算方法，其最基本的特點(diǎn)是將由上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基3部分構(gòu)成的一個(gè)完整的靜力平衡體系，分割成3個(gè)部分，獨(dú)立求解。倒樓蓋法是應(yīng)用得最廣泛的一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法。倒樓蓋法適用于地基比較均勻、筏板基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)較大、柱軸力及柱距相差不大；其缺點(diǎn)是完全不能考慮基礎(chǔ)的整體作用，也無(wú)法計(jì)算撓曲變形，夸大上部結(jié)構(gòu)剛度的影響。

上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者的關(guān)系是相互影響、相互制約的關(guān)系。把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者作為一個(gè)共同工作的整體的計(jì)算方法，其最基本的假定是上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)、基礎(chǔ)與地基連接界面處變形協(xié)調(diào)，整個(gè)體系符合靜力平衡。對(duì)于基礎(chǔ)，由于考慮了上部結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，使其整體彎曲變形和內(nèi)力減小，而取得較為經(jīng)濟(jì)的效果；對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，由于考慮了因基礎(chǔ)變形引起的變形，這種變形將使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次應(yīng)力，考慮了這種次應(yīng)力，結(jié)構(gòu)將更安全。

上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基共同作用分析法在筏板基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算中得到廣泛運(yùn)用，該分析法基礎(chǔ)按彈性地基上板考慮，地基模型一般采用文克爾地基、彈性半空間地基和壓縮層地基等地基模型，常用數(shù)值分析方法為有限元法、有限差分法等，其中有限元法較為常用。

根據(jù)共同作用的分析原理，由節(jié)點(diǎn)平衡條件有如下方程：

( [ Kb ] [ Ks ] ) {δ} = { F }

其中：[ Kb ] ── 整個(gè)結(jié)構(gòu)(包括基礎(chǔ))的剛度矩陣

[ Ks ] ──地基剛度矩陣

{δ}──節(jié)點(diǎn)位移列向量

{ F }──荷載列向量

求解上述方程，得到節(jié)點(diǎn)位移，由節(jié)點(diǎn)位移求得筏板基礎(chǔ)基底反力和內(nèi)力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，按有關(guān)規(guī)范可驗(yàn)算筏板基礎(chǔ)的地基承載力、變形及計(jì)算構(gòu)件的配筋。

運(yùn)用上述設(shè)計(jì)原理，計(jì)算筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力及驗(yàn)算地基變形，關(guān)鍵在于選擇合理的地基基床系數(shù)。地基基床系數(shù)與土的類型及下臥土層類別、基礎(chǔ)面積的大小和形狀、基礎(chǔ)的埋置深度等因素有關(guān)。

有關(guān)資料和工程經(jīng)驗(yàn)表明，地基壓縮層為風(fēng)化殘積土層、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)，采用傳統(tǒng)的分層總和法計(jì)算地基的最終沉降量，由于土樣的擾動(dòng)使測(cè)得的土壓縮模量偏小，計(jì)算結(jié)果往往偏大；而采用土的變形模量作為計(jì)算參數(shù)，計(jì)算結(jié)果則與實(shí)測(cè)結(jié)果接近。本工程筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，采用有限元法，將筏板基礎(chǔ)劃分為許多小塊，采用土的變形模量計(jì)算各小塊的地基基床系數(shù)Ki：

Ki=

式中：aibi──第i小塊筏板基礎(chǔ)的面積

αi──地基應(yīng)力影響系數(shù)

hi──第i小塊土層厚度

E0i──第i小塊土變形模量

土的變形模量E0可由現(xiàn)場(chǎng)壓板載荷試驗(yàn)得到。當(dāng)無(wú)條件試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于殘積土、全風(fēng)化巖及強(qiáng)風(fēng)化巖，可用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N'按下式估算：

E0=(2.0~3.0)N'

本工程筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析，將筏板基礎(chǔ)劃分為1m×1m的板單元，筏板基礎(chǔ)底面地基土變形模量E0i=36MPa，計(jì)算得地基基床系數(shù)為5000kN/m，同時(shí)，考慮五層上部結(jié)構(gòu)的影響，采用通用有限元程序SAP2000進(jìn)行內(nèi)力分析，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型詳圖如下。

計(jì)算結(jié)果：本工程筏板配筋為雙層雙向Φ25@200拉通，局部?jī)?nèi)力較大處加密至Φ25@100 ；建筑物地基沉降變形均勻，最大值為50mm。

4.5筏板基礎(chǔ)的配筋構(gòu)造

筏板板筋宜雙向雙層配置，局部柱距較大及內(nèi)力較大處鋼筋間距可局部加密，配筋率≥0.15%。筏板厚度變化處或標(biāo)高變化處，宜采用放斜角平滑過(guò)渡，避免應(yīng)力集中。

高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，其設(shè)計(jì)合理與否，關(guān)系到建筑物的安全和使用及施工工期和投資額度。本文通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)高層建筑基礎(chǔ)的選型進(jìn)行探討，并著重介紹平板式筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基共同作用，運(yùn)用有限元法分析筏板基礎(chǔ)內(nèi)力進(jìn)行全面闡述，希望得到進(jìn)一步的總結(jié)和修正。

1.1工程地質(zhì)概況

本工程設(shè)地下室1層，塔樓地上20層，采用剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地土層分布自上而下分別為：①人工填土層，厚度0.5m~3.0m；②沖洪積土層，厚度0.60m；③可塑狀殘積土層，厚度1.6m~8.30m，標(biāo)貫擊數(shù)為8~16擊；④硬塑狀殘積土層，厚度2.2m~12.0m，標(biāo)貫擊數(shù)為18~29擊；⑤巖石全風(fēng)化帶，厚度2.40m~8.60m，標(biāo)貫擊數(shù)為30~46擊；⑥巖石強(qiáng)風(fēng)化帶，厚度0.60m~12.0m，標(biāo)貫擊數(shù)為50~65擊；⑦巖石中風(fēng)化帶，厚度1.10m~2.13m，天然單軸極限抗壓強(qiáng)度24.55MPa~49.55MPa；⑧巖石微風(fēng)化帶，厚度1.0m~1.60m，天然單軸極限抗壓強(qiáng)度43MPa~120MPa。

1.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案選擇

高層建筑常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式為樁基礎(chǔ)，本工程巖土工程勘察報(bào)告中建議基礎(chǔ)型式采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)或人工挖孔樁基礎(chǔ)。①采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為樁端持力層，由于場(chǎng)地基巖埋深相對(duì)較淺，地下室開(kāi)挖后，最短有效樁長(zhǎng)僅為2m左右，且場(chǎng)地局部地段在殘積層中存在中風(fēng)化巖孤石，對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁施工帶來(lái)困難。②采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，以中微風(fēng)化花崗巖為樁端持力層，人工挖孔樁成孔時(shí)要穿過(guò)堅(jiān)硬土層進(jìn)入穩(wěn)定、完整的基巖需要降水和爆破，且要等到齡期后才能進(jìn)行樁的檢測(cè)和驗(yàn)收，施工周期長(zhǎng)，工程投資高，同時(shí)，人工挖孔樁還存在施工危險(xiǎn)性高，容易對(duì)周邊建筑物造成影響等缺點(diǎn)。

本工程塔樓基礎(chǔ)占地面積2230m2，塔樓總荷載重量為530260kN，即要求地基平均承載力為238kPa。從地層剖面及巖土性質(zhì)分析，地下室開(kāi)挖后板底標(biāo)高下的巖土層為硬塑狀殘積土，標(biāo)貫擊數(shù)為18~29擊，經(jīng)深度及寬度修正后，地基承載力特征值fa≥ 300kPa，可滿足要求。地基的驗(yàn)算包括地基承載力和變形兩個(gè)方面，對(duì)于高層建筑，變形往往起著決定性的控制作用。本工程初步分析結(jié)果表明，建筑物沉降也可滿足要求，因此，決定采用天然地基的片筏基礎(chǔ)。采用片筏基礎(chǔ)既可以避免因打樁引起的試樁、排污等問(wèn)題，又可以加快施工進(jìn)度，還能適當(dāng)降低工程造價(jià)。

筏板，在基礎(chǔ)工程中的一塊混凝土板，板下是地基，板上面有柱，墻等。因其如筏浮于土上面，而被形象地稱為筏板。建筑物采用何種基礎(chǔ)型式，與地基土類別及土層分布情況密切相關(guān)。工程設(shè)計(jì)中，常遇到這樣的地質(zhì)情況，地下室底板下的巖土層為風(fēng)化殘積土層、全風(fēng)化巖層、強(qiáng)風(fēng)化巖層或中風(fēng)化軟巖層，因此，有可能采用天然地基作為建筑物基礎(chǔ)。 2100433B

筏板基礎(chǔ)施工，混凝土澆筑完畢，應(yīng)灑水養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為（底板混凝土為抗?jié)B混凝土，養(yǎng)護(hù)周期不少于14天）。筏板基礎(chǔ)也屬于擴(kuò)展基礎(chǔ)的一種，一般用于高層框架、框剪、剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用條形基礎(chǔ)不能滿足地基承載力要求時(shí)，或當(dāng)建筑物要求基礎(chǔ)有足夠剛度以調(diào)節(jié)不均勻沉降。筏板基礎(chǔ)分為梁板式筏板基礎(chǔ)和平板式筏板基礎(chǔ)。

高層建筑地下室通常作為地下停車庫(kù)，建筑上不允許設(shè)置過(guò)多的內(nèi)墻，因而限制了箱型基礎(chǔ)的使用；筏板基礎(chǔ)既能充分發(fā)揮地基承載力，調(diào)整不均勻沉降，又能滿足停車庫(kù)的空間使用要求，因而就成為較理想的基礎(chǔ)型式。筏板基礎(chǔ)主要構(gòu)造型式有平板式筏板基礎(chǔ)和梁板式筏板基礎(chǔ)，平板式筏板基礎(chǔ)由于施工簡(jiǎn)單，在高層建筑中得到廣泛的應(yīng)用。