高层建筑中筏板基础设计的运用研究

关键词：高层建筑；筏板基础；设计；运用 

　　引 言 

　　高层建筑中的基础设计对于建筑结构设计来说至关重要。因为高层建筑的垂直与水平荷载相对较大，随着建筑物高度的不断增加，水平荷载形成的弯矩与剪力迅速的增大，其产生的倾覆力矩成倍的增长，甚至控制整个设计过程。因此，高层建筑的基础受力也变得更为复杂，对于基础强度、刚度以及稳定性的要求就更加的严格。本文对高层建筑中筏板基础的设计与运用进行了简单的探讨，希望通过阐述，可以对同行间的交流（高层建筑中筏板基础设计与运用所存在的问题以及发展现状）提供一定的借鉴意义。 

　　1.1 高层建筑基础设计与选型的任务 

　　基础设计的主要任务是按照上部结构形式、工程地质条件、施工的条件及其他有关的情况，综合考虑之后来确定基础方案与形式。高层建筑基础的选型对于工程造价、施工难度以及工期的影响都是巨大的。 

　　因此，对于高层建筑的基础选型，其选用桩基或者是筏基并不是绝对的，安全可靠以及经济合理方是基础选型的原则。所以，须因地制宜，综合考虑场地岩土性质以及上部结构的特点，根据综合技术经济对比来确定。 

　　1.2 高层建筑选择筏板基础的条件 

　　高层建筑的基础要直接建造于坚硬的岩石上，通常包括十字交叉的条形基础、筏板基础以及箱形基础等。若地基很较软，承载能力较低，而上部结构的荷载又较大，（柱下独立基础与条形基础）还不可提供足够的底面积时，此时可选择钢筋混凝土筏板基础，其主要包括平板式以及梁板式两种形式。 

　　2 筏板基础设计的选择依据及注意事项 

　　2.1 筏板基础的选择依据 

　　当建筑物上部荷载较大而地基承载能力又比较弱时，用简单的独立基础或条形基础已不能适应地基变形的需要，这时常将墙或柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷载承受在一块整板上，这种满堂式的板式基础称筏形基础。一般地基承载力较高，地下水浮力较大，基岩埋深较浅时或者基岩较浅导致桩长不足时，要采用筏板基础。基础选型不仅须满足现行规范所允许的沉降量以及沉降差的限制，整体结构还须符合规范对于强度、刚度以及延性的要求，这里最主要的规则是选型必须要安全可靠且经济合理。筏板基础同样适宜应用于地基较软弱，承载力较低的情况。对于普通的高层建筑，一般要设置地下车库、人防工程、库房以及水池等，接下来，结合建筑场地的岩土工程特征减小基础的选型，研究筏板基础是否具有可能。 

　　2.2 筏板基础的优点 

　　筏板基础作为典型浅基础的形式，主要用来承担上部建筑物的荷载。但是因为高层建筑的荷载通常情况下都相对较大，不少工程在设计施工的过程中一般都很少使用筏板基础，而改用桩筏基础或者是桩基础等基础的形式。但是在部分情况下，经过细致的研究，选择筏板基础来代替桩筏基础或者是桩基础，将会具备如下的优点：①筏板基础通常情况下具有较大的整体刚度，可以在一定程度上对地基的不均匀沉降进行调节。②残积层较厚时，桩基础投资相对较大，而且施工时间也很长。③桩基础在施工过程中对于周围环境的影响相对较大。④桩基础通常情况下是需要检测的，检测不合格还须进行必要的加固。⑤筏板基础的安全系数通常是大于4的，而桩基础的安全系数通常是2。⑥筏板可以应用到地下室结构中。⑦筏板基础的惯性矩通常是较大的，在风荷载等横向荷载的作用下，地基应力的增量相对较小。⑧筏板基础的固定点位于基础板位置，而桩基础的固定点位于承台下方，所以，地震引起的水平力对于筏板基础的影响相对较小。⑨桩基础在地震过程中会产生相互激扰，导致不同步问题的产生，容易形成相互影响而造成破坏。⑩筏板基础的抗震刚度相比桩基础要大。 

　　2.3 筏板基础设计的注意事项 

　　①须尽可能使上部结构的荷载和筏型基础的形心相互重合，进而确定底板的形状与尺寸，当需要将底板设计成为悬挑板时，须综合对以上各因素进行考虑，从而降低基础端部地基反力过大而对基础弯矩产生的影响。②底板厚度是由抗冲切与抗剪强度的验算确定。提高抗冲切强度的方式是加厚底板，一般做法为加厚柱下或者墙下局部位置的底板厚度以增强抗冲切能力，跨中位置的板厚或者配筋主要根据筏板抗弯计算确定，也可以选择后张预应力钢筋的方法来降低混凝土的用量与造价。决定板厚的主要因素是冲切，须对筏板基础进行较为详细的冲切验算。③无肋梁筏板基础的配筋可以按照无梁楼盖设置柱上板带与跨中板带的方法进行计算，精确计算可选择有限元法；对于肋梁式筏基，若肋梁高度与板厚相差较多，可以分别对底板与肋梁的配筋进行计算，即底板以肋梁为固定支座按照双向板对跨中与支座的弯矩进行计算，并适当对板跨中与支座的配筋进行调整；④构造配筋的要求：筏板受力筋须达到规范中0.15%配筋率的要求，悬挑板角的位置须对放射状附加钢筋等进行设置，设计人员通常配置较多的受力钢筋，而构造钢筋的配置却经常忽略。 

　　3 高层建筑中筏板基础的设计与应用 

　　3.1 筏板基础埋深与承载力的确定 

　　高层建筑通常处于用地紧张的区域，地上建筑的高度与车库以及水池等地下室的功能需要对于地下室的层高及层数起到了重要的作用，这也基本上确定了基础底板的埋藏深度，再对建筑场地的岩土工程特征进行研究，确定天然筏板基础的可能性有多少。 

　　天然筏板基础是补偿性的基础，所以，地基的确定方法如下：直接确定地基的承载力设计值。这种方式根据地基承载力的标准值按相关规范根据深度与宽度的修正，从而得到承载力特征值，并采用标惯试验以及压板试验等和室内土工试验相结合的判断方法来对岩土的特点进行确定。 　　3.2 筏板基础的沉降 

　　地基的验算主要包括承载力与变形两方面的内容，目前对于地基变形的精确计算相对较为困难，选择各向同性均质的线性变形体计算模型，使用分层总和法求得的自由沉降量通常与实测的地基变形量存在差异。这主要是由下列因素决定：①因为理论假定条件和实际状况是不同的；②由于计算公式中选择的计算参数、试验条件以及实际条件的不同所导致的；③由于公式计算出的建筑物沉降量仅仅和基础的尺寸相关，而实测的沉降量已经受到基础刚度的影响。 

　　所以，对高层建筑的地基变形进行计算时，因为施工土层较厚通常会引起地基的回弹变形，从而使地基形成微量的隆起，地基回弹再压缩的变形是不能忽略的。在实际施工的过程中，回弹再压缩模量的测定与计算相对较为困难，根据实际经验，回弹量大概是公式计算变形量的10～30%之间，高层建筑实际沉降观测的结果将是该计算值的1.1～1.3倍之间。 

　　3.3 筏板基础的结构设计 

　　筏板基础的结构形式包括平板式筏基与肋梁式筏基。具体设计筏基时，不仅要尽可能的使上部结构的荷载合力重心和筏基形心互相重合，确定底板的形状与尺寸，还要确保底板厚度通过抗冲切与抗剪强度的验算来确定。无肋梁筏板基础的配筋可以按照无梁楼盖设置柱上板带与跨中板带的计算方法进行计算，精确的计算可选择有限元法；对于肋梁式筏基，若肋梁高度与板厚相差较多，可以分别对底板与肋梁的配筋进行计算，即底板以肋梁为固定支座按照双向板对跨中与支座的弯矩进行计算，同时在构造配筋方面，筏板受力筋须达到规范配筋率的相关要求，悬挑板角的位置须对放射状附加钢筋等进行设置。 

　　3.4 裙房基础的设计 

　　因为裙房的单柱荷载相比高层主楼要小很多，所以，没有必要选择厚筏基础，选择薄板配柱下独立扩展基础便可满足要求。这里须注意的是，裙楼独立柱基的沉降量和主楼筏板基础的沉降量必须保持同步，即控制沉降差处于允许值的范围之内。须按照公式对主楼的沉降量S进行计算，再按照各柱的荷载N值与S值反算出各个独立柱基础的面积A。 

　　3.5 筏板基础的抗浮问题 

　　若底板埋藏深度较大，地下水位有可能对底板产生浮托力，从而对抗拔锚杆进行设置，但是从施工的过程发现，只要确保做好如下几方面的工作，就没有必要设置抗浮锚杆。①在地下室施工的过程中进行有序排水或者是限制水位，确保基础底板以下不会形成浮托力；②当地下室与地面上对应有限几层的结构完成之后，筏板基础底板上的结构自重要大于实际的上浮力，此时，整体基础结构可以保持稳定；③地下室在施工的过程中可以确保基坑干燥，基础与地下室结构以及地上2层结构的施工可以顺利完成。 

　　这里需要注意的是，对于某些地下室较大且较深，但是地面以上层数较少的建筑，就应该按照上述总体平衡的原则对抗浮锚杆进行计算确定。另外，对于地下室的面积较大而主体塔楼面积相对较小的建筑，须对裙房部位的浮托力能否和结构自重保持平衡进行验算，达不到要求时须对抗浮锚杆进行设置。 

　　4 结束语 

　　综上所述，高层建筑的基础选型对于整个结构设计来说，是至关重要的，它直接影响到工程的造价、施工的难度以及工期，所以，应该对场地岩土的性质以及上部结构的特点进行认真研究，根据综合技术经济对比确定。高层建筑的基础选型一定要秉承因地制宜的原则，必须要满足国家与行业规范的要求，本文对高层建筑中筏板基础设计与运用进行了简单的介绍，期望可以对实际工程起到一定的借鉴作用。 

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