筏板有限元基础适用于大底盘、多塔的新设计方法

筏板有限元基础

适用于大底盘、多塔的

新设计方法

1内容1，大底盘高层建筑基础设计简介2，上部结构荷载的正确使用3，上下部结构共同作用4，沉降、内力计算及地基模型的选择5，大底盘高层建筑基础交互设计6，厚板有限元计算改正7，变刚度调平设计方法应用介绍2一、大底盘多塔楼高层建筑基础设计简介1，大底盘多塔楼高层建筑应用现况

每年城镇竣工的建筑面积达5亿平方米。大底盘多塔楼高层建筑、地下商场、地下车库建筑以及大跨空间、多层地下结构的出现，在目前住宅小区建设以及大型公建项目中都占有非常重要的地位，其面积可达总竣工建筑面积的10%。

3工程实例：北京巴黎城（北京院）

43层，大底盘尺寸210m×200m

4工程实例：北京西雅图（冶研院）

34层，大底盘尺寸230m×220m

5沉降图6例：北化东四环西区住宅及商业工程（地基所）

18层，大底盘尺寸138m×103m7工程实例：上海陆家嘴金融贸易区X2地块（茂尔盛maunsell深圳公司）

35层，大底盘尺寸127m×160m82、给地基基础设计与施工带来的问题（1）上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大，荷载不均匀，基底反力不均匀，基础底板的不均匀变形。设计不当会引起基础开裂。例如国贸二期工程底板裂缝，防水失效；昆明建筑大厦梁板式筏基开裂，底板防水失效。92、给地基基础设计与施工带来的问题（2）目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝，二是设置施工“后浇带”，待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”砼。（北京降水费用：在6个月以内100~120元/平米，6~12个月150~170元/平米）（3）高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接103,JCCAD软件1112二、上部结构荷载载的正确使用用PM荷载TAT,SATWE,PMSAP荷载子结构的凝聚聚荷载“一次加荷””，“模拟施工1”，“模拟施施工2”，“模拟施施工3”活荷载楼层折折减一层荷载作用用点标高1314活载楼层不折折减151，荷载楼面折折减系数的影影响在PM交互输入的楼楼面折减不但但影响梁的设设计也影响柱柱与基础的设设计（与楼层层折减系数连连乘）规范：荷载楼楼面折减系数数应只影响梁梁。2，基础设计是是否不考虑地地震效应组合合（在地基规规范3.0.4没有提地震效效应组合）？？基础设计应考考虑地震效应应组合。抗震震设计应依据据抗震规范，，桩基设计还还应依据桩基基规范，有地地方规范(规程)应优先按地方方规范设计。。（类比：荷荷载规范中也也没有提地震震效应组合））163，地震效应组组合会发生竖竖向力增加或或减小（力不不平衡）按静力概念理理解地震效应组合合与风荷载组合，认为竖向力力不应增加或或减小。实际际发现力不平平衡。原因是底层地地震内力是通通过CQC方法得到，CQC是一种用于单单个构件的地地震内力统计计方法，将CQC以后的内力作作为荷载来进进行整体分析析是一种近似似，就会发生生力不平衡的的这种现象。。174，SATWE等增加“模拟拟施工3”，基础设计如如何取用？“模拟施工3”实是分层刚度分层加载载方法“模拟施工1”实是整体刚度分层加载载方法“模拟施工3”大大改善了“一次加荷””与“模拟施施工1”中的竖向刚度度不均匀造成成竖向荷载传传递不合理现现象。“施工模拟2”是专为基础设设计生成，是是一种人工近近似。建议：优先采用“施施工模拟3”+上下部结构共共同作用采用“施工模模拟1”+上下部结构共共同作用采用“一次加加荷”+上下部结构共共同作用“施工模拟2”（不应考虑上上下部结构共共同作用）竖向刚度不均均匀结构举例：框架架剪剪力力墙墙结结构构，，内内砼砼筒筒体体+外钢钢框框架架结结构构18MNQ荷载载作作用用点点标标高高M’=M+Q*HH19一层层上上部部结结构构荷荷载载作作用用点点标标高高影响响：：独独基基，，桩桩承承台台；；作作用用：：剪剪力力换换算算成成弯弯矩矩H1H2GABCD20三，，上上下下部部结结构构共共同同作作用用TAT,SATWE,PMSAP刚度度1.上部部结结构构计计算算时时假假设设基基础础不不变变形形，，是是固固端端约约束束：：实际际结结构构的的基基础础会会沉沉降降且且可可能能不不均均匀匀。。差异异沉沉降降会会对对上上部部结结构构产产生生次次内内力力。2.不同同结结构构形形式式对对差差异异沉沉降降的的反反应应是是不不同同的的。。3.地基基规规范范条条文文中中相相关关内内容容2122上部部结结构构刚刚度度的的影影响响1，按按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚聚的上上部部结结构构刚刚度度进进行行计计算算TAT,SATWE,PMSAP刚度度凝凝聚聚的的过过程程实实际际上上是是将将上上部部结结构构作作为为整整个个上上下下部部结结构构的的子子结结构构，，对对于于基基础础筏筏板板计计算算是是一一个个准准确确解解。。2，倒楼楼盖盖模型型上部部结结构构为为刚刚性性（（计计算算局局部部内内力力））3，不考考虑虑上部部结结构构刚刚度度上部部结结构构刚刚度度为为023巴黎黎城城单单塔塔计计算算24考虑虑上上部部的的沉沉降降图图不不考考虑虑上上部部的的沉沉降降图图25配筋筋值值比较较考虑虑上上部部不不考考虑虑上上部部（（mm2/m）X上筋筋49554184Y上筋筋59927694X下筋筋94149461Y下筋筋6945823426四、、基基础础沉降降、、内内力力计计算算及及地地基基模模型型的的选选择择沉降降=附加加压压应应力力引引起起的的沉沉降降+回弹弹再再压压缩缩计计算算桩基基可可不不考考虑虑回回弹弹再再压压缩缩27桩基基沉沉降降计计算算方方法法一、、半半经经验验实实体体深深基基础础法法二、、从从单单桩桩出出发发考考虑虑群群桩桩作作用用的的沉沉降降计计算算法法建筑筑地地基基基基础础规规范范GB5007-2002桩基基规规范范JGJ94-94上海海地地基基规规范范DBJ08-11-19992829四、、沉降降、、内内力力计计算算及及地基基模模型型的的选选择择算例例：：油油罐罐设设计计板厚1.1米桩长长36米油罐罐直直径径26.44米荷载载300kPa30313233位置（离中心距m）02.424.827.229.1212.02比值中心处结果桩数1713192430总桩94上海规范沉降12612512011197801.575MINDLIN解沉降（mm）10510410196.791.285.11.234M=1952kNm/mMINDLIN解桩反力（kN）1338137214261449163025391.898A=6862mm2/m修正解沉降（mm）98.197.997.195.894.192.41.065M=620kNm/m修正解桩反力（kN）1529155016051692183721051.377A=2364mm2/mWINKLER解沉降（mm）92.793.093.894.991.197.40.952M=-840kNm/mWINKLER解桩反力（kN）1779178618011822184518691.051A=2761mm2/m34沉降降比比较较35桩反反力力比较较36五、、大底底盘盘高高层层建建筑筑基基础础交互互输输入入1、工工程程拼拼装装2、筏筏板板复复杂杂情情况况介介绍绍3、提提供供多多种种优优化化布布桩桩方方式式4、DWG图转转桩桩位位5、外外接接荷荷载载371、工工程程拼拼装装望望京京B11-1项目目B区（（34层））382、筏筏板板复复杂杂情情况况介介绍绍不等等高高，，不不等等厚厚开大大天天井井情情况况水浮浮力力抗水水架架空空板板设置置后后浇浇带带393、桩桩布布置置方方式式的的选选择择桩筏筏下下桩桩布布置置的的特特点点桩位位的的随随意意性性，，桩桩位位自自成成网网格格桩位位与与荷荷载载的的相相关关性性———就地地消消化化常用用方方式式：：单单桩桩布布置置，，单单桩桩拷拷贝贝，，围围桩桩承承台台。。梁下下布布桩桩———筏板板应应后后布布或或不不布布。。优化化布布桩桩———可对对桩桩筏筏基基础础先先按按承承台台桩桩布布置置，，然然后后再再删删除除承承台台404、DWG图转转桩桩位位(万豪豪世世纪纪中中心心)41万豪豪世世纪纪中中心心场区区原原设设计计为为嘉利利来来世世贸贸广广场场，由由地地上上33层办办公公楼楼（（A1座，，高高度度约约128m）、、24层办办公公楼楼（（A2座））、、11~15层公公寓寓楼楼、、4层群群楼楼及及外外围围大大面面积积纯纯地地下下车车库库组组成成，，各各部部分分均均设设三三层层地地下下室室，，基基础础埋埋深深为为14.7~18.0m。1995年，，进进行行了了基基坑坑土土方方开开挖挖和和33层办办公公楼楼（（A1座））桩桩基基施施工工，，办办公公楼楼区区域域工工程程桩桩总总数数约约2000根，，φ400的预预应应力力管管桩桩，桩桩长长约约6~7m，桩顶顶标标高高约约在在23.30m左右右，，桩桩中中心心距距为为1.2m，设计计单单桩桩竖竖向向承承载载力力标标准准值值为为1000kN。此后后原原工工程程因因故故停停工工，，基基坑坑废废弃弃并并陆陆续续被被回回填填。。2003年北京京美邦邦亚联联公司司承接接该项项目，，对设设计方方案重重新进进行了了调整整，定定位为为办公公、酒酒店高高层建建筑及及大底底盘商商用裙裙房结结构的的大型型综合合性建建筑体体。其其中酒酒店部部分地地上34层，建建筑高高度128.2m，地下3层，基基础埋埋深18.20m，位置局局部对对应于于原A1座33层办公公楼。。裙房房地上上3~5层，地地下3层，框框筒结结构，，桩筏筏基础础。425、外接接荷载载CCTV435、外接接荷载载445、外接接荷载载455、外接接荷载载464、外接接荷载载47地震48六、厚厚板有有限元元计算算改正正（一））筏板板计算算前处处理（二））筏板板“后后浇带带”计计算（三）筏板计计算后后处理理49（一））筏板板计算算前处处理基础筏筏板中中厚板板有限限元计计算前前处理理特点点：(1)单元尺尺寸可可调节节,能解决决任意体体量的的筏板板单元元划分分(2)调用上上部结结构底底层柱柱、墙墙及筏筏板上上的梁梁肋构构成初初网格格,形成房房间(3)用四边边形(8节点)及三角角形(6节点)高精度度等参参单元元进行行自动加加密(4)减少人人工干干预，增加加可操操作性性50工程实实例：：北京京巴黎黎城43层，大大底盘盘尺寸寸210m××200m51网格划划分图图52网格划划分图图（局局部））53工程实实例：：望京B11-1项目B区34层，大大底盘盘尺寸寸176m××47m54网格划划分图图55网格划划分图图（局局部））56（二））筏板板“后后浇带带”计计算57计算原原理计算时时分成成“后浇浇带””前内力计计算与与“后浇浇带””后内力力计算算。“后浇浇带””前内内力是是按独独立的的几块块板分分开计计算，，相互互不连连接，，不传传递弯弯矩与与剪力力。“后浇浇带””后内内力是是按整整体计计算弯弯矩与与剪力力。总内力力是将将前后后内力力进行行叠加加。通过设设置加加荷比比例系系数来来模拟拟“后后浇带带”浇浇注时时间。考虑““后浇浇带””的计计算使使内力力更加加合理理，配配筋更更加节节省。。58工程实实例：：北京京恒富家园59设后浇浇带60设置加加荷比比例系系数0.0=不设设1.0=永永久设设0.5=完完成一一半61不设后后浇带带（系数为为0）沉沉降图图连续续62不设后后浇带带（系数为为0.5）沉沉降图图在后后浇带带处不不连续续63（三）筏板计计算后后处理理JCCAD提供以以下筏筏板配配筋模模式：：(1)板带方方式配配筋；；(2)分区域域均匀匀配筋筋；(3)新板带带方式式配筋筋（新新增））64新板带带方式式配筋筋6566七、变刚度度调平平设计计方法法应用用介绍绍对于高高层建建筑桩桩筏、、桩箱箱基础础，按按传统统设计计理念念是只只重视视满足足总体体承载载力和和沉降降要求求，忽忽略上上部结结构、、承台台、桩桩、土土的相相互作作用共共同工工作特特性，，采用用均匀布布桩，甚至至对边边角桩桩实施施加强强，由由此导导致基础沉沉降呈呈蝶形形分布布、反反力呈呈马鞍鞍形分分布，，主裙裙差异异变形形显著著，基基础整整体弯弯距和和核心心区冲冲切力力过大大，虽然然基础础板配配筋较较多，，但有有的基基础板板和上上部结结构仍仍有裂裂缝出出现乃乃至影影响正正常使使用。。针对上上述情情况，，提出出变刚刚度调调平设设计新新理念念。67调平设设计基本内内涵基本内内涵是是：首首先，，考虑虑框筒筒、框框剪结结构的的荷载载与刚刚度分分布特特点和和相互互作用用引起起的应应力场场不均均，实实施变变刚度度布桩桩（视视地质质条件件实施施，变变桩长长、桩桩径、、桩距距）强强化核核心区区，弱弱化核核心区区外围围；对对于刚刚度相相对弱弱化区区考虑虑桩土土共同同分担担荷载载。68调平设设计作作法对于主主楼裙裙房联联体建建筑，，则按按强化主主体弱弱化裙裙房的原则则设计计，主主体采采用桩基，裙房房则应应首选选天然地地基，其次次为复合地地基、、疏短短桩基基。采用JCCAD程序进进行上上部结结构、、承台台、桩桩、土土的共共同作作用分分析，，调整整布桩桩，使差异沉降降趋于最小小，合理确定定箱、筏承承台的板厚厚与配筋。。69巴黎城单塔塔计算（均均匀/非均匀布桩桩）70考虑上部的的沉降图（（均匀/非均匀布桩桩）71考虑上部刚刚度的配筋值均匀布桩非非均均匀布桩（（