某高层筏板基础设计实例

【摘要】筏板基础在高层建筑中属于比较经济的基础形式，文中通过PKPM程序JCCAD模块的计算模型，计算了筏板基础的内力，并附以手工验算，得出最后实际配筋。

【关键词】筏板基础

1、工程概况

目前广东地区高层建筑通常采用桩基础，但施工过程中可能会受到许多不确定因素影响，在满足安全，经济和适用的前提下可以考虑采用筏板基础。

某高层商业楼位于广州市白云区，为钢筋混凝土框架结构，主体建筑长81.6米，宽49.2米，地下室为车库和设备间，地上三层为大空间商业，其上有两座7层塔楼，屋面结构标高37.9米，首层高5.1米，二三层高4.5米，标准层层高3.4米。在塔楼间设置两条沉降后浇带，在建筑物中间设置1条温度后浇带。

本工程抗震设防烈度7度，地震加速度0.10g，场地类别为Ⅱ类，抗浮设计水位-1.5米，地下室顶面标高0.000，室内外高差0.3米，地下室底板面标高-4.5米，地板底面标高-5.8米，基础设计等级乙级。

场地土层情况见表1：

对于钢筋混凝土结构宇一版地质条件而言，采用筏板基础的高层建筑基础工程（包括基坑支护和开挖施工）的费用约占建筑总造价的10%～20%，施工工期约占建筑总工期的20%～25%。若采用桩基础，则其所占比例分别达到20%～30%和30%～40%。可见筏板基础的经济效益较为明显。尤其建筑物有地下室，筏板基础亦可以做为建筑物地下室防水地板。本工程初步设计为预应力管桩基础，考虑到场地内有1各钻孔发现溶洞，结合该地区地下溶洞较为广泛，优化设计为梁式筏板基础。

2、筏板基础计算

本工程地基持力层为（2-1）粉质粘土层，地基土承载力特征值150KPa。

2.1抗浮计算

地下室底板板底标高-5.8米，抗浮设计水位-1.5米。

底板恒重：0.05*20+0.65/25=17.25KN/m2

底板水浮力计算：（5.8-1.5）*10*1.1-17.25=30.055KN/m2

由于地下室车道板均在建筑物内部，则车道板底不需要另作抗浮设计。

2.2基础持力层颜色

按照PKPM模型计算结果，取JCCAD模块中上部荷载的标准组合下，柱底最大内力值，将最大柱轴向力平均于每个板块内，基底压力去最大值为169 KPa。

基础持力层为粉质粘土层，修正后的土层承载力特征值为

Fa=fak+ηbγ（B-3）+ ηdγh（d-0.5）

=150+1.5*9*3+0=190.5 KPa 大于169 KPa

故基础持力层满足工程设计要求。

2.3底板计算

根据经验，本工程筏板厚度采用0.60米，纵横向均外挑1.5米。

2.3.1基础底板偏心计算

在荷载准永久组合作用下，偏心距计算：（取Y方向计算）根据PKPM计算结果有emax=760mm，底板面积A=B*L=8384.8 m2，基础地面边缘抵抗距W=B*L2/6=38147.8 m3。0.1W/A=0.1*38147.8/8384.8=870mm，满足emax≤≤0.1W/A ，满足《建筑地基基础设计规范》8.4.2要求。

2.3.2筏板板冲切承载力计算

根据《混凝土结构设计规范》8.4.11，8.4.12条 Fl≤0.7βhpftμmh0

底板厚取600mm，h0=560mm，P=8626/8.1*8.2=130 KN/m2

扣除底板自重后净反力Pn=P-0.6*25=115 KN/m2

Fl =Pn*A（阴影）=115*（7.6-0.56*2）*（7.7-0.56*2）=4903 KN

0.7βhpftμmh0=0.7*1.0*1.43*10-3*（7600-560+7700-560）*2*560=15897 KN

Fl≤0.7βhpftμmh0 满足抗冲切要求

2.3.3筏板板斜截面受剪承载力计算

根据《建筑地基基础设计规范》8.4.12-3条 VS≤0.7βhsft（ln-2h0）h0

VS =Pn*A（阴影）=115*（0.1+6.58）*3.24）/2=12405 KN

0.7βhsft（ln-2h0）h0=0.7*1.0*1.43*10-3*（770-2*560）*560=3688 KN

VS≤0.7βhsft（ln-2h0）h0 满足斜截面受剪承载力要求

2.4筏板内力计算

2.4.1本工程上部结构属于框架结构，上部刚度较好，柱网及荷载均匀，柱网为8.1mx8.1m，相邻柱荷载及柱间距变化不超过20%，地基土比较均匀，基础筏板厚度0.6米，基础梁高1.3m，高跨比l/h=8.1/1.3=6.23.根据《建筑地基基础设计规范》8.4.14，8.4.15条，地基反力可按直线分布，基础梁的内力可按连续梁计算，此时，边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值乘以1.2的系数。故本工程筏板计算按倒楼盖模型计算。

2.4.2人工补充验算

根据《建筑地基基础设计规范》8.3.2条，第3款对于交点上的柱荷载，可按静力平衡条件及变形协调条件进行分配。本工程柱网及荷载均匀，地基土比较均匀，柱下荷载按照基础梁线刚度比值进行分配，计算基础梁配筋。

例：取其中一柱跨计算，平面布置如右图

柱底力N=3220KN

梁线刚度计算： 左= 右=I/L=bh3/12/8100=500*13003/12/8100=11.3*106mm3

上= 下=I/L=bh3/12/8200=600*13003/12/8200=13.4*106mm3

荷载分配比例：

S左=S右=11.3/（11.3*2+13.4*2）=0.229

S上=S下=13.4/（11.3*2+13.4*2）=0.271

分配到基础梁上荷载：

F左=F右=N*S=3220+0.229=737.4KN

F上=F下=N*S=3220+0.229=737.4KN

分配后荷载简图如右图

根据柱脚内力在各个方向分配的力，按照连续梁计算基础梁内力。用理正结构计算软件计算，并根据规范调整第一跨弯矩，得出配筋。

本工程板配筋根据静力计算手册，按照四边固定板计算。板底实际配筋为ф16@200双向通长布置，板面为ф16@200双向通长，支座处底板另加ф20@200附加钢筋。

2.5筏板基础沉降计算

根据《建筑地基基础设计规范》3.0.2条，第2款，设计等级为乙级的建筑物，应按地基变形设计。规范5.3.5条及公式计算得出：

2.5.1根据地质报告，土层参数如右表

筏板基础尺寸为：l=84m，b=52m

Z1/b=4.6/52=0.1 l/b=84/52=1.6

Z2/b=10.5/52=0.2 查附录K.01-2 得出а1=0.25 а2=0.249

查表5.3.5可得 ψs取0.4

根据PKPM基础计算结果，得出P0=120KPa

规范公式5.3.5条

S=ψs*s`=ψs*

=ψs*[P0*（4.6*0.25）/5.69+ P0*（10.5*0.249-4.6*0.25）/7.82]

=ψs*P0*0.389=18.9mm

本工程已经竣工，实际测量大楼沉降量为14.5mm。

2.6结 论

PKPM程序JCCAD计算式偏小需要用手工验算，取手工验算的结果进行配筋。

参考文献

[1] GB5007-2011 《建筑地基基础设计规范》

[2] GB50010-2010 《混凝土结构设计规范》

[3] JGJ6-2011 《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》

[4] 中国建筑科学研究院 PKPM、JCCAD用户手册及计算条件

[5] 北京理正软件设计有限公司 理正结构快速设计2013

[6] 建筑结构静力计算手册（第三版）