当采用天然地基时培训讲学

1、当采用天然地基时，筏板基础埋深不宜小于建筑物地面以上高度的1/12,当筏板下有桩基时不宜小于建筑物地面以上高度的1/15，桩长度不计入埋深。但对于非抗震设计的建筑物或抗震设防烈度为6度时，筏基的埋深可适当减小；在遇到地下水位很高的地区，筏基的埋深也可适当减小。一般情况下，为了防止建筑物的滑移，设置一层地下室是必要的，这在建筑使用上也常常需要。当基础落在岩石上，为设置地下室而需要开挖大量石方时，也允许不设地下室，但是，为了保证结构的整体稳定，防止倾覆和滑移，应采用地锚等必要的措 施。咼层建筑基础埋深的几个问题讨论已发表于中外建筑1问题的提出2009年上海市闵行 区“莲花河畔景苑” 13层 的楼房

2、整体倒塌（见图1），根据中国工程院院 士江欢成为首的专家组 初步调查结果，“房屋倾 倒的主要原因是，紧贴7 号楼北侧，在短期内堆土 过高，最高处达10米左 右；与此同时，紧邻大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度4.6米，大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒”。从初步调查结果表明，大楼倾覆倒塌的破坏机理可以 这样分析：大楼嵌固端结构计算模型不满足结构力学的三个 平衡方程，、。大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，即，导致桩基剪切破坏，基础型式发生变化 （桩承台已成为条形基 础作用在土层上 ） ，与此同时，紧邻大楼南侧的地下车库基坑深度 4.6 米，

3、 南侧基础埋深为零，在荷载倾斜作用下地基整体失稳。出现 ，大楼 沿着嵌固端转动， 最后倾覆倒塌。 这一事故的主要责任虽然不是勘察设计失 误造成的，但它能给从事勘察设计的工程技术人员什么样的重要启示？是值 得我们深思的。在该事故发生后，笔者曾试想过，假如参与该工程设计、勘察、施工、 监理的工程技术人员在目睹事故之前那种极其危险的施工现场时， 有某一位 工程技术人员能用专业知识分析一下该楼嵌固端的实际受力模型， 就会发现 问题，今天震惊全国的房屋倒塌事件也就不会发生。又假如，紧邻大楼南侧 的地下车库基坑没有开挖， 大楼保持有一定的基础埋深， 也许不会出现该楼 整体倾覆倒塌在这些假设的过程中，引发了

4、笔者对高层建筑基础埋深的 思考，本文就高层建筑基础埋深的几个问题进行一些探讨。2. 高层建筑基础埋深的作用和要求高层建筑由于质心高、荷载重，除了满足地基基础设计的一般规定外， 在我国现行的高层建筑混凝土结构技术规程（以下简称为砼高规） 第 12.1.7 条，明确规定，“基础应有一定的埋深，在确定埋深时，应考虑 建筑的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素、埋置深度可从室外地 坪算至基础底面，并宜符合下列要求：1） 天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15 ；2）桩基础可取房屋高度的 1/18 。”砼高规在大量科学研究和工程实践总结的基础上，对基础埋深做出 了相应规定，是出于下列四个方面的考

5、虑：1）提高基础的稳定性 , 防止基础在水平风力和水平地震作用下发生滑移 和倾斜；2）提高地基的承载力，减少基础的沉降量；3）增大地下室外墙的土压力、摩擦力，限制基础的倾斜，使基底下土反 力的分布趋于平缓；4）增大阻尼，减少输入加速度，减轻地震灾害；在工程设计中， 有少数工程技术人员对高层建筑基础埋深的作用认识不 足，暂且不谈上述 2）、 3）、4）方面的研究和探讨，有些工程实际的基础 埋深达不到规范要求的安全度， 不满足抗倾覆和滑移要求， 甚至危及到基础 整体稳定性，例如：房屋四周地坪标高不同时，主楼与裙房设沉降缝、伸缩 缝时，基础埋深的起算面采用最高侧的室外地坪，类似于选择“莲花河畔景 苑

6、”七号楼北侧堆土的坡顶面。土力学大量的实验表明，在中心受压且土质 均匀时， 地基破坏面是四周对称挤出。 如果土质不均匀或荷载有偏心或荷载 倾斜作用时，地基内的滑动面则不对称，或向一侧挤出。如果高层建筑的嵌 固面不在一个水平面时， 高的一侧不仅不能作为嵌固面， 还会造成荷载偏心 或荷载倾斜作用。 它的受力机理与规范给出的高层建筑基础埋深限值的基本 假设存在相悖。土力学实验同时揭示，基础埋深对滑动面的形状有很大的影响，当埋深 较大时， 在重心荷载下滑动面一般不出露至地面， 只封闭在基础底面附近不 太大的范围内，此时还可利用基础埋深的被动土压力来抵抗高层建筑倾覆弯 矩和水平作用。 砼高规中规定的基础

7、埋深取值是基于工程实践和科学成 果，并来自北京市勘察设计研究院张在明等在分析北京八度抗震设防区内高 层建筑地基整体稳定性与基础埋深的关系的研究，以两栋分别为 15层和 25 层的建筑， 考虑了地震作用和地基的种种不利因素， 用圆弧滑动面法进行分 析，其结论是：从地基稳定的角度考虑， 当 25 层建筑物基础埋深为 1.8m 时， 其稳定安全系数为 1.44 ，如埋深为 3.8m（1/17.8 ）时，则安全系数达到 1. 64，从而给出了一个最基本的指导性指标。 考虑高层建筑地震作用下结构的 动力效应与基础埋置深度关系较大， 软弱土层时更为明显， 因此高层建筑基 础应有一定的有效埋置深度，箱形和筏

8、板基础可取房屋高度的 1/15 ；桩基 础可取房屋高度的 1/18 。因此，基础埋深的起算面不仅应选取嵌固面的最低标高处，同时还应计 算高侧的土压力作用对地基整体稳定性的影响。 道理十分简单， 高层建筑其 形态近似于一根嵌固在地面的巨型电线杆。电线杆基坑某一方向存在缺口， 当荷载超过允许值时， 首先电线杆就将会向该方向倾倒， 高层建筑也是如此。3. 基础埋深的计算方法砼高规中规定，基础埋深一般从室外地面算起 , 天然地基算至基础 底面，桩基础算至承台底面。对于一些埋置比较复杂的高层建筑基础，在不 少的相关资料中均有论述，本文作一个简单归纳：1） 房屋四周地坪标高不同时的基础埋深起算面，应按室外

9、最低的地坪 起计，详见（图 2）2）主楼与裙房设沉降缝、 伸缩缝时。如（图 3）所示，主楼 与裙房之间设有沉降 缝或伸缩缝，设缝的一 侧是起不到嵌固作用的。因此（图3a）基 础的有效埋深为零。（图3b）中间主楼的 基础埋深的起算面， 应 选择裙房地下室底板 的顶面。目前在一些设计中， 采用在缝中回填砂石， 企图限制建筑的侧向 变形，为达到改变基础埋深的起算面。这种做法是不可取的，设缝的 主要目的是让结构自由变形，特别是当伸缩缝、沉降缝兼抗震缝时， 对缝宽有一定的要求， 其目的是为了减少在地震发生时两个不同结构单元的碰撞造成房屋严重破坏。而填砂能起到限制侧向变形的作用， 设缝无法实现其预期目标，

10、两者自相矛盾，还会造成双重危害。3) 当地下室有通长采光井时。两种情况， 第一种，采光井挡土墙和地下室外墙没有连接或连接 很弱时，基础埋深起算面应从采光井底地坪起算。第二种，采光井挡 土墙与地下室外墙有可靠的连接， 能起到约束作用， 可从建筑物四周 最低室外地坪起算。见(图 4)图4 设采光井时埋深的计算4. 岩石地基上基础的抗倾覆、抗滑移设计在砼高规 12.1.7 条中提到 “当建筑物采用岩石地基或采取有效措施 时，在满足地基承载力、稳定性要求及本规程第 12.1.6 条规定的前提下， 基础的埋深可不受本条第 1、2 款的限制。当基础可能产生滑移时，还应采 取有效的抗滑移措施。”由于场地土的

11、复杂性和工程的多样性，凡是高层均 套用 1/15 、1/18 的基础埋深，对有些工程实施起来相当困难，特别对有些 工程是不具备可操作性的。因此， 2002 版砼高规的修订中在第 12.1.7 条中增加了部分内容， 即当建筑物采用岩石地基或某些底座较大的高层建筑 而使用功能又无多层地下室要求时， 施工不便且不经济， 对基础埋置深度的 限值给予了放宽，即不受 1/15 、1/18 埋深的限制。但也不是简单的降低基 础埋深的要求， 必须满足基本条件和采取有效措施， 验算分析能满足建筑安 全要求，方可实施。1) 放宽基础埋深限制的基本要求砼高规第 12.1.5 条，“在地基土比较均匀的条件下，箱形基础

12、及 筏形基础的基础平面形心应尽量与上部结构的荷载重心相重合， 当偏心难以 避免，应对其偏心距加以限制，以满足公式 。”砼高规第 12.1.6 条，“高宽比大于 4 的高层建筑，基础底面下不 出现零应力区； 高宽比不大于 4的高层建筑， 基础底面与地基之间零应力区 面积不超过基础底面面积的 15%”。控制上部结构的荷载重心与基础平面形心的偏心距e、控制基础底面零应力的出现是适当放宽基础埋深的基本条件。 其目的是使高层建筑在水平和 竖向荷载作用下，地基压应力不致过于集中。一般情况下，满足了上述基本 要求，高层建筑的抗倾覆能力具有足够的安全储备。2）进行计算分析 对于上部结构的抗倾覆验算，我国现行的

13、计算软件较为完善，但对基础 嵌固端的抗倾覆验算分析，目前还没有相应的 计算软件，主要通过人工建立相应的简化计算 模型进行分析计算。例如，基础的抗滑移验算应保证,抗倾覆验算应保证，基础实际受力详见图 6，计算分析模型详见图 5。，即，即式中，F为上部结构水平地震作用和风荷载作用对基础的水平总推 力；Ea主动土压力qa其产生的合力，Ea=q*Ha/2 ；qa非倾覆侧（BB'侧）主动土压力；HaBB'侧室外地坪至倾覆点 A'垂直距离；Ep被动土压力qp产生的合力，Ep= qp*Hp/2 ；HAA'侧室外地坪至倾覆点 A'垂直距离;qp 倾覆点侧（AA'

14、侧）被动土压力；Ft基底抗滑移的力，天然基础，Ft为基 底摩擦力，桩基，Ft为桩基的抗水平剪力，应验 算桩基抗剪承载力；M上部结构传至基础的倾覆力矩；M主动土压力q倾覆点A'产生的弯矩，Mp被动土压力qp对于倾覆点A'产生的弯矩, ；M上部结构重力W产生的抗抗倾覆力矩+抗拔桩的抗倾覆弯矩（若上部结构自重不满足平衡条件时，采取措施加设的抗倾覆弯矩）；W上部结构自重；b基底宽度；qt 基底反力，对于箱形和筏板基础，根据咼规要求，不宜出现零应力区域，对于桩基础，考虑边缘桩基参与抗倾覆时，可存 在负应力区；3）米取有效措施箱形和筏板基础应满足砼高规相关规定的要求。特别是筏板基础向 外有

15、延伸时，应充分考虑因倾覆点外移对外挑筏板的作用力。桩基础应满足砼高规的相关规定，特别是应按照四周边缘桩基承载力分析的结果，合 理选择桩形和桩的配筋构造，不宜采用预应力管桩。高层建筑基础设计的几点体会作者：赵建宁I来源：甘肃省建筑设计研究院I发布用户： admin i发布时间：10年03月16日汀阅读：394次（摘要:目前城市建设中建造了大量的高层建筑，这里仅对高层建筑基础设计中遇到的常见问题提出自己的一些体会，以供工程设计参考。关键词高层建筑基础设计基础计算一、基础形式的选择根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002的规定，凡10层及10层以上或房屋高度在28m的建筑物都称为高层建筑，且

16、在本规范第447条规定高层建筑宜设地下室。故高层建筑一般情况下应结合建筑功能要求设置地下室，若确属建筑专业功能要求不需设置或层数及层高超过规范要求不多的情况下可不设置地下室，但必须满足高规第条基础埋置深度的要求，并在基础设计时可参考兰州市区抗震设计规程DB62/T25-3037-2006第431条的要求采取一定的加强措施，例如增设双向基础拉梁、建筑物四周设地下室外墙等。不设地下室的高层建筑基础可采用加强基础整体刚度措施的单独基础、条形基础、桩基础等。高层建筑在设置地下室时一般采用桩筏基础、筏板基础、箱形基础等，采用那种基础形式应该是基础设计考虑的首要问题，在具体的设计工作中可按以下步骤进行。首

17、先，详细阅读该工程建设场地的岩土工程勘察报告，根据场地的地层分布及各层地基承载力特征值确定明确的持力层；其次根据持力层的位置及建筑专业确定的上部结构类型、层数、地下室层高初步选定基础形式， 并核查是否满足该种基础形式的基本要求：如最小桩长的要求、基础埋深的要求；最后根据上部结构的荷载及地基承载力特征值进行基础估算，同时要考虑持力层下是否有软弱下卧层、基础施工的工艺方法、邻近建筑物基础的影响等，以保证基础形式的 选择是最佳选择，避免给以后设计带来不必要的返工。下表为笔者实际工作中一些高层建筑的基础形式列表。其中，兰州凯地怡苑2号楼，原建筑方案地下1层，地下室层高为 4.2米，地上11层，房屋高度

18、32.45米，框架剪力墙结构。根据该场地的岩土工程勘察报告， 卵石层埋深8.5米，地下水位埋深8.1米，基础设计时若选择桩基础则桩长与桩径比不满足规范的要求，且受地下水的影响卵石层下继续下挖特别容易塌挖方，若选择筏板基础则地下层高过高，经多方面经济比较并与建设单位沟通后将地下室层数改为2层设置，基础采用筏板基础。由此可见，基础形式的选择需综合考虑各方面的因素，方能事半功倍。工程名称层数结构体系持力层深度基础形式中广萃英大厦地下2地上 30框架-剪力墙结构8.2m梁板式筏基永利大厦A座地下2地上 31框架-核心筒结构7.5m平板式筏基省新华书店住宅地下2地上 30剪力墙结构7.2m桩筏（静压桩）

19、凯地怡苑2号楼地下2 地上 11框架-剪力墙结构8.5m平板式筏基铜城人家7号楼地上 10框架结构1.5m独立基础华亭煤业3号楼地上 13框架-剪力墙结构7.8桩基础二、主、裙楼基础的处理高层建筑基础的埋置深度不宜大于邻近的原有建筑物基础，否则应按照建筑地基基础设计规范GB50007-2002第542条的要求退开一定的距离或采取一定的加强措施，确保 在施工期间及投入使用后相邻建筑物的安全和正常使用。高层建筑主楼因建筑功能的要求带有层数较低的裙房，当采取有效措施使二者基础的沉降差在允许范围之内或通过计算确定差异沉降产生的基础及上部结构的内力和配筋时，可以不设置沉降缝。此时应注意主、裙楼层数的差额

20、，若层数相差超过10层，地基基础设计等级应确定为甲级，并根据规范要求做地基变形设计及变形验算。高层建筑主楼与裙房之间设沉降缝时，两者的基础埋深宜有一定的高差，根据地基土质情况一般不小于2m,沉降缝两侧应设置钢筋混凝土墙，缝隙宽度应考虑拆模板、防水层操作，在缝隙内在室外地面以下用 粗砂填实，使高层主楼地下室具有侧向约束。当主楼采用筏板基础，而裙楼基础采用桩基础或独立基础时，可将相邻处裙房的柱基置与筏板之上，并验算筏板的抗冲切力。 基础埋深的差异会给基坑开挖带来一定的影响，施工时应按照先主楼后裙楼的次序进行基础施工。考虑裙楼下地基土受到扰动，在设计时可将受到扰动的地基土清除，并用C15素混凝土填至

21、设计标高方可进行裙房基础的施工。主、裙楼 基础施工完毕后应及时回填，回填土的压实系数大于0.94。三、地基基础的计算地基基础计算时，需对岩土工程勘察报告中提供的天然地基承载力特征值进行修正，一般情况下都是按照地基规范第条修正的，公式为：fa=fak+n b y （b-3）+ n d y m（d-0.5）.其中d为基础埋置深度。注意如果采用独立基础或条形基础时，d应从室内地面标高算起。对于目前建筑工程大量存在的主裙楼一体的结构，对于主体结构地基承载力的修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取

22、小值。当多高层主楼周围为连成一体筏形基础的裙房时，基础埋置深度可取裙房基础底面以上所有竖向荷载（不计活载） 标准值F与土的重度丫之比.高层基础采用桩筏或筏板基础时，基础计算可采用中国建筑科学研究院PKPM CADE程部开发的JCCAE程序。程序对筏板基础按中厚板有限元计算各荷载工况下的内力、桩土反力、位移及沉降，根据内力包络求算筏板配筋。就计算过程中的问题，谈一点自己的看法。1. 在计算模型的选择时，1模型 （弹性地基梁板模型）是工程设计常用模型，虽然简 单，但受力明确，当考虑上部结构刚度时将比较符合实际情况。3模型（单向压缩分层总和法）的计算方法，参见地基规范GB50007-2002第条条的

23、规定，注意在地质资料输入时要根据地质勘察报告输入相应的土层参数，并要对地基计算深度按照地基规范第53.6条条进行复核。此模型计算结果会发现一些问题，如筏板边角处反力过大，个别部位筏板弯距过大并出现配筋过大或无法配筋等。大多数情况下选用以上两种模型进行计 算，其余两种模型可以根据实际工程参考使用。2. 上部结构影响的选则时，考虑上下结构共同作用计算比较准确反映实际受力情况，可以减少内力节省钢筋。 因平铺在地基上的大面积筏板基础在其平面外的刚度是很弱的。在上部结构不均匀荷载作用下容易产生较大的变形差，导致筏板内力和配筋的增加。考虑基础与上部结构工作的原理是把上部结构的刚度叠加到基础筏板上，使其基础平面外刚度大大增加，从而大大增加抵抗上部结构传来的不均匀荷载的能力，减少变形差，减少内力与配筋， 达到设计的经济合理性。3. 基础联为一体的高层建筑主楼及裙房之间可设置后浇带，计算时分成后浇带前内力计算与后浇带后内力计算。 后浇带前内力是按独立的几块板分开计算，相互不连接，不传递弯距与剪力。后浇带后内力是整体计算弯距与剪力，总内力是将前后内力进行叠加，通过设置加荷比例系数来模拟后浇带浇注时间，考虑后浇带的计算使内力进行更加合理，配筋更加节省。基础配筋时应对两种计算结果进行比较后合理选取。4. 基础计算的关键是基础的沉降问题。沉降试算的目的是对给定的参数进行合理性校核，其主要指标