筏板基础设计在高层建筑中的应用探讨

筏板基础设计在高层建筑中的应用探讨

常江

河北省电力勘测设计研究院 河北 石家庄 050031

摘 要:筏板基础可以有效地提高基础承载力，增强基础刚性，调整地基不均匀沉降，因而在多数高层建筑中广泛使用。本文阐述了高层建筑中筏板基础的设计方法及其应用过程。

关键词:筏板基础；高层建筑；设计；应用 一、筏板基础的定义 筏型基础又叫板型基础，即满堂基础。是把柱下独立基础或者条形基础全部用联系梁联系起来，下面再整体浇注底板。由底板、梁等整体组成。建筑物荷载较大，地基承载力较弱，常采用混凝土底板，承受建筑物荷载，形成筏基，其整体性好，能很好的抵抗地基不均匀沉降。筏板基础分为平板式筏基和梁板式筏基，平板式筏基支持局部加厚筏板类型；梁板式筏基支持肋梁上平及下平两种形式。一般说来地基承载力不均匀或者地基软弱的时候用筏板型基础。而且筏板型基础埋深比较浅，甚至可以做不埋深式基础。天然筏板基础属于补偿性基础, 因此地基的确定有两种方法. 一是地基承载力设计值的直接确定法. 它是根据地基承载力标准值按照有关规范通过深度和宽度的修正得到承载力设计值, 并采用原位试验(如标惯试验、压板试验等) 与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩土的特性. 二是按照补偿性基础分析地基承载力.

二、高层建筑中筏板基础的设计及应用过程 1．筏板基础埋深及承载力的确定

地下室具有一定的埋深及地下水位的不同，天然筏板基础一般属于补偿性基础，因此地基的确定有二种方法：

（1）地基承载力设计之的直接确定法。根据地基承载力标准值按照有关规范同归深度和宽度的修正得到承载力设计值，并采用原位试验与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩石的特性，原因是取样时的扰动和失水会严重影响土工试验，综合评定可以最大限度的减小误差。

（2）按照补偿性基础分析地基承载力。比如一栋地上28层、地下2层（底板深埋10m）地高层建筑，挖建地下室卸图土压力约为180Kpa，假设水位为-2m，其浮托力越为80Kpa，则初步估计当地基承载力标准值f≥250Kpa时即可以满足设计要求，如果筏基底板适当向外挑出，则可靠度更大。

2.筏板基础的沉降计算与分析

地基的验算包括承载力和变形两方面，目前对地基变形的精确计算还比较困难，采用各向同性均质线性变形体计算模型，用分层总和法计算出的自由沉降量往往同实测的地基变形量不同。这一是由于理论假定条件与实际状况不符，二是因为计算公式中 采用的计算参数、试验条件与实际条件不同造成；三是因为公式计算出的建筑物沉降量只与基础尺寸有关，而实测沉降量已受到基础刚度调整的影响。 因此，计算高层建筑的地基变形时，由于施工土层较厚往往引起地基的回弹变形而使地基微量隆起，地基回弹再压缩变形不但不应忽略，而应予以重视。在实际施工中回弹再压缩模量较难测定和计算，从经验上回弹量约为公式计算变形量10%至30%，高层建筑的实际沉降观测结果将是上述计算值的1.1至1.3倍左右。 其次，为了使沉降计算与实际变形接近，采用总负荷作为地基沉降计算压力比用附加压力P0计算更趋合理，这在近似考虑了深埋基础的同时，还解决了大面积开挖基坑坑底的回弹再压缩问题。当然，目前除规定采用一般的压缩模量ES计算沉降量外，又规定了按压缩

模量E0计算沉降量的方法，设计人员可以根据工程具体情况抉择。 3. 筏板基础的结构设计

筏板基础的主要结构形式有平板式筏基和肋梁式筏基, 包括等厚度或变厚度底板和纵横向肋梁. 一般情况下宜将基础肋梁置于底板上面, 如果地基不均匀或有使用要求时, 可将肋梁置于板下, 框架柱位于肋梁交点处. 在具体筏基设计时应着重考虑如下问题:

(1) 应尽量使上部结构的荷载合力重心与筏基形心相重合, 从而确定底板的形状和尺寸.当需要将底板设计成悬挑板时, 要综合考虑上述多方面因素以减小基础端部基底反力过大而对基础弯距的影响;

(2) 底板厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定. 柱网间距较大时可在柱间设置加强板带(暗梁加配箍筋) 来提高抗冲切强度以减少板厚, 也可采用后张预应力钢筋法来减少混凝土用量和造价. 决定板厚的关键因素是冲切, 应对筏基进行详细的冲切验算;

(3) 无肋梁筏板基础的配筋可近似按无梁楼盖设柱上板带和跨中板带(倒楼盖法) 的计算方法进行, 精确计算可用有限元法;对肋梁式筏基, 当肋梁高度比板厚大得较多时, 可分别计算底板和肋梁的配筋, 即底板以肋梁为固定支座按双向板计算跨中和支座弯矩, 并适当调整板跨中和支座的配筋;

(4) 构造配筋要求: 筏板受力筋应满足规范中0.15%的最小配筋率要求, 悬挑板角处应设置放射状附加钢筋等. 设计人员往往配置受力钢筋有余, 构造钢筋却配置不足. 4.裙房基础的设计

由于裙房的单柱荷载与高层主楼相比要小的多，因此无需采用厚筏基础，采用薄板配柱下独立扩展基础即可。这里需要强调的是，裙楼独立柱基的沉降与主楼筏板基础的沉降要相协调，即控制沉降差在允许值范围内。应根据公式计算主楼沉降量S，再按各柱的荷载N值和S值反算出各独立柱基础的面积A。 5.筏板基础抗浮锚杆的设置 当底板埋深较大时，不少设计人员担心地下水位对底板的浮托力而设置抗拔锚杆，但从施工过程来看，只要保证做好以下三个方面，则是无需设置抗浮锚杆的。第一，只要能在地下室施工过程中有序排水或限制水位，保证基础底板以下不会产生浮托力。第二，在地下室和地面上相应有限几层的结构完成后，筏板基础底板上的结构重量大于实际上浮力后，整个基础结构能稳定。第三，只要在地下室施工过程中能保持基坑干燥，保证基础和地下室结构及地上2层结构施工能顺利完成。

当然，对于一些地下室较大、较深而地面以上结构层数不多的建筑，则应根据上述总体平衡的原则计算确定抗浮锚杆。对于地下室面积较大而主体塔楼面积较小的建筑，应验算裙房部位的浮托力能否与结构自重相平衡，否则也应设置抗浮锚杆。 6. 筏板基础的计算及分析

筏板基础的计算方法很多，由于它们的假定条件不同，所以其在实际工程应用中是存在误差的，因此应考虑一些其他因素。例如，地基模型因考虑地基由塑性变形而引起的反力重分布，这样的非线性地基模型计算及应用更加合理。 另外，简化计算方法中如静力平衡法、级数法以及假定筏板为刚性的非线性地基的轮算法仍在一些地区采用。一般来说，在地基较均匀，荷载差别不大的条件下，倒梁法和倒楼盖法可以作为简化方法用于实际工程，而有限元方法更适用于复杂条件下的框筏体系非线性地基的分析。

三、结束语

高层建筑基础设计是整个结构设计的重要一环，其设计合理与否，关系到建筑物的安全和使用及施工工期和投资额度。高层建筑的基础选型应因地制宜, 除基础应满足现行规范允许的沉降量和沉降差的限值外, 整体结构应符合规范对强度、刚度和延性的要求, 选用桩基

或筏基都不是绝对的, 而安全可靠、经济合理才是基础选型的标准。 参考文献：

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