20层楼筏板基础设计计算手稿.doc

前言筏板基础有埋深深、刚度大、整体性强、抗震能力好等优点,不仅能充分发挥地基承载力，减小基础沉降量，调整地基不均匀沉降，而且可满足地下大空间(如地下停车场、地下仓库、地下商场等)的要求。因此，筏板基础作为建筑结构(尤其是高层和超高层建筑)首选的基础方案，应用越来越广泛。但是，由于筏板基础的受力和变形与诸多因素有关，到目前为止，人们对筏基的受力机理还不十分清楚，致使筏基在实际应用中，不同设计人员设计的筏基(如厚度、配筋等)相差悬殊，从而给工程造成浪费或隐患。本文以某工程为实例，对高层建筑筏板基础的选型和设计方法进行讨论，供同行商榷参考。1.工程概况某办公大楼，地面以上20层，地下1层，框架剪力墙结构，基础占地面积1800m2。建筑物总荷重580000kn，即要求地基平均承载力为322kpa。基坑开挖深度7.1m。根据勘察资料，其土层分布自上而下为粘性土，强风化泥质粉砂岩，中风化泥质粉砂岩，局部强风化与中风化岩层。2.基础选型一般的高层建筑，常需在地下设置车库、人防、设备用房、水池等，并由其使用功能决定其层高和层数。这些条件基本确定了底板的埋置深度，然后根据该深度结合场地的岩土条件进行基础选型，确定选择天然筏板基础的可能性。本地区由于特定的地理环境，形成了一种典型的上软（填土、淤泥、砂石）下硬（风化残积土和风化软岩）的岩土结构地层，且其软土层厚薄不一，基础埋深变化较大，所以高层建筑大多采用桩基，采用桩基是设计人员对这种地层结构基础选型的第一选择，设计风险小，计算简单；缺点是桩长较长，投资较天然地基大。对本工程，地质勘察资料的建议也是桩基，但我们发现，该区域地下室开挖后板底标高下的岩土层已基本露出强风化或中风化岩层，通过对地基承载力和沉降的初步分析，这两项指标基本能满足要求，是有可能采用天然筏板基础型式的，没必要非桩基不可。再经过反复试算对比，采用天然地基上的筏板基础方案。3.筏板基础的结构设计3.1筏板基础地基承载力的确定天然地基承载力特征值的经验值fak，通常由下列方法确定：(1)据地质勘察部门提供的报告。(2)据场地的地质情况，参照岩土工程手册或有关规范确定。(3)现场荷载试验或静力触探试验。之后按照有关规范，经宽深修正得到修正后的地基承载力特征值fa。风化岩土在取样时的扰动和失水会使室内土工试验结果出现偏差，采用原位试验（如标贯、压板试验等）结合室内土工试验来综合评定，这样结果会更接近实际情况。有资料对本地区不同岩土层的现场压板试验和原位标贯试验以及建筑沉降观测结果反复分析，得到风化岩土地基承载力特征值的经验值fak与实测标贯击数n的关系为：fak=(1215)n风化残积土取高值，强风化软岩取低值。可用此值和其它方式取得的值对比，综合确定。3.2筏板基础天然地基变形计算及差异沉降的处理对高层建筑，地基变形往往起决定性的控制作用，对变形的验算必不可少。根据该地区工程经验，采用传统的分层总和法计算残积层、全风化及强风化层的地基沉降量往往偏大，其主要原因是土样扰动使测得的土地压缩模量偏小。采用土的变形模量作为计算参数，地基的沉降量与实测结果较为接近。本工程按下式计算：00()pbsae=式中：s地基最终变形量；0e土的变形模量；0p基底附加压力（相应于荷载效应永久组合标准值）。b基础宽度；a为经验系数，取0.30.5。本工程根据当地经验，取a=0.4。当地基压缩层各土层压缩性差别较大时，变形模量改用各土层加权变形模量。变形模量e0一般会有相关指标的统计关系或经验公式，可结合地区经验参考使用。如本地区，泥质软岩的变形模量e0与实测标贯击数n的关系可取为：e0=（2.02.5）n硬塑或坚硬状的风化残积土取低值，强风化软岩取高值。当设有多层地下室，挖深较大时，应考虑地基回弹再压缩变形的影响。由于本工程地下室仅一层，挖深不大，设计时忽略地基回弹再压缩变形的影响。本工程筏基底局部土层较差，范围较大。本来筏板基础由于自身所具有的整体性和刚性，即使在地基局部不均匀的情况下，也会由于跨越作用而调整部分不均匀沉降，但不均匀区范围不可过大。为稳妥起见，决定处理该软弱区域，措施是挖除较差的土层，用c10的素砼换填，以改变及调整其不均匀变形。同时，地下室的建筑功能要求裙楼与主楼连为一体，考虑到防水要求和基础的整体性，不希望设永久沉降缝。在天然地基上，主楼与裙楼之间的沉降差是很难避免的，为解决沉降差的问题，在主楼与裙楼之间设800mm宽后浇带，钢筋连通，到施工后期，沉降基本稳定后，才浇筑混凝土连为整体。后浇带设在自主楼边缘向外一跨处，确保地下室处裙房有一跨与主楼整体浇在一起，以减小高层下的附加应力。3.3筏板的形状和尺寸尽量使上部结构的荷载合力重心与筏板的形心重合。当受条件限制无法重合时，控制竖向荷载作用下基底边缘最大与最小压应力之比不大于1.2。当需将底板外挑时，要综合考虑各因素确定各边外挑尺寸，尽量减小偏心，以免基础端部基底反力过大而产生不利影响。本工程结构布置及荷载基本对称，根据承载力需要及初定的板厚，底板从周边均外挑1400mm（柱外边起）。3.4底板厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定，决定板厚的关键因素是冲切。一般经验按地面上楼层数估算，每层约需板厚57cm。计算确定，主楼筏板厚1.4m，裙房筏板厚0.8m。主楼部分有四根柱用于结构布置，轴力大于其他中柱，1.4m板厚还不能满足其抗冲切要求。从结构经济合理角度，为少量几根柱位而将整个筏板加厚是应该避免的，采取的处理措施是在轴力较大的柱位处设置暗梁，配置箍筋抗冲切。按混凝土结构设计规范（gb50010-2002）中的公式计算冲切：10101.050.350.8tmtmyvsvuffhffhfa+同时满足二式。式中各项定义见混凝土结构设计规范。经计算，在柱的四向暗梁的端部1500mm长范围设置箍筋14150（6肢箍），满足了对筏板的冲切要求，从而保证主楼筏板厚度仍然取1.4m。3.5抗弯配筋计算采用简化计算方法。简化计算方法最基本的特点是将上部结构、地基和基础三部分构成的一个完整的静力平衡体系分割成三个部分，进行独立求解。它仅满足了总荷载与总反力的静力平衡条件，而忽视了上部结构与基础之间、基础与地基之间的变形连续条件，与实际状态有偏差，因此基础内力与地基计算必然有偏差。资料显示，片筏基础中钢筋实际拉应力远小于理论计算所得的拉应力，实测钢筋应力都在50mpa左右，钢筋强度的发挥还不到1/6。即使按理论计算，底板最大弯距处的配筋也仅比最小配筋率略高，如本工程的筏板配筋，h=1.4m的用22100，h=0.8m的用22200。3.6配筋构造由于筏板基础的实际力学状态较难精确分析，因此必须重视构造要求。板的边角处是刚度和强度的薄弱区，该范围板的钢筋应力高于板的中心区域，设计时注意对该薄弱区域采取加强措施，可在四角增加适当的辐射状钢筋，在板边缘适当加大配筋量，也可适当