广东建筑艺术设计院有限公司佛山分公司
摘要：本文通过工程实例对高层建筑筏板基础结构设计要点分析与探析，以供同仁参考。
关键词：高层结构；结构选型；筏板基础；设计要点
一、前言
近年来，随着我国城镇化建设的快速发展，越来越多的高层建筑拔地而起，高层建筑区别于以往传统的建筑形式，具体表现在建筑材料的选择、建筑的结构设计、建筑施工的方案等，所以，在高层建筑前期工作中，加强基础设计环节，明确基础结构设计的要点，对高层建筑结构的各种体系安全才有保障。某工程为高层商住楼建筑，设二层地下室作为车库（其中地下二层兼为核六级人防地下室），地上三十二层，总建筑面积约57000m²，建筑总高度99.95米。本工程建筑结构的安全等级为一级，抗震设防烈度为6度，设计地震分组属第一组。下面就对该高层建筑筏板基础结构设计要点分析与探析，以供同仁参考。
二、建筑基础结构选型
本工程地基基础设计等级为甲级。本工程地下二层，塔楼部分基础底面埋深约10.5米，满足规范对采用天然地基房屋1/15高度的埋深要求。塔楼基底在绝对标高68.1米左右，持力层为强风化泥岩、粉砂岩⑦层，该持力层土质工程性质较良好，地基承载力较高，地基承载力特征值为300kPa。经宽、深修正后的地基承载力特征值fa＝530kPa，塔楼地上高32层，2层地下室，三层裙楼，标准层荷载按14.5kPa考虑，其他按18kPa考虑，则塔楼基底平均压力约为14.5×30+18×5+1.8×25=570kPa，塔楼筏板每边悬挑2米可满足承载力要求。裙楼基底在绝对标高69.6米左右，持力层为圆砾⑥，该持力层土质工程性质较良好，地基承载力较高，地基承载力特征值为350kPa，经宽、深修正后的地基承载力特征值fa＝580kPa。裙房存在抗浮问题，采用设置岩石锚杆进行抗浮处理。根据以上分析，本工程采用天然地基方案，基础采用平板式筏形基础。
三、高层建筑筏板基础的设计要点
（1）尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。筏基边缘宜外挑，挑出宽度应由地基条件、建筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定，一般情况下，挑出宽度为边跨柱距的1/4～1/3。据《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》第12.1.5条规定偏心距e≤0.1W/A，经计算，本工程（e=327mm）<（0.1W/A=524mm），满足规范要求。
（2）筏板基础厚度的确定。筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度确定，同时要满足抗渗要求，局部柱荷载较大时，可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切箍筋，来增加板的局部抗剪切能力，避免因少数拄而将整个筏板加厚。除强度验算控制外，还要求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏板的厚度按地面上楼层数估算，每层约需板厚50mm～80mm。本工程塔楼地上32层，筏板厚度为1500mm。
（3）筏板基础的计算分析。上部结构、基础和地基三者的关系是相互影响、相互制约的关系。把上部结构、基础和地基三者作为一个共同工作的整体的计算方法，其最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调，整个体系符合静力平衡。对于基础，由于考虑了上部结构的贡献，使其整体弯曲变形和内力减小，而取得较为经济的效果；对于上部结构，由于考虑了因基础变形引起的变形，这种变形将使上部结构产生次应力，考虑了这种次应力，结构将更安全。本工程筏板基础采用PMPK系列软件的JCCAD模块进行计算。考虑上部结构影响（共同作用计算），采用弹性地基梁板模型（桩和土按WINKLEN模型）计算。关键点在于选择合理的地基基床系数。地基基床系数与土的类型及下卧土层类别、基础面积的大小和形状、基础的埋置深度等因素有关。据工程经验，参考邻近楼栋的筏基沉降结果，取基床系数为K=450/0.03=15000KN/M。计算结果显示，地基平均反力标准值为415Kpa，最小反力标准值为390Kpa，最大反力标准值为442Kpa，均小于450Kpa。承载力满足要求。建筑物地基沉降变形均匀，平均沉降为27.8mm。
（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。
（5）构造措施。筏板采用双向双层通长钢筋，墙柱下板底处如配筋量不足，则附加短筋，保证通长钢筋占最大配筋量的1/3以上；板面只有很少的板块需附加短筋，短筋在本跨内拉通。筏板混凝土强度C35，抗渗等级S8。筏板长边尺寸67米，超过规范规定的最大伸缩缝间距。由于板较厚，混凝土凝结早期的水化热和收缩开裂难以控制。经过方案比较，最后决定采用SY-G型或HEA型膨胀抗裂剂（代替水泥量）的无缝设计，筏板混凝土内掺8％SY-G型膨胀抗裂剂；筏板中部设2米宽膨胀加强带，采用C40混凝土，内搀12％SY-G型或HEA型膨胀抗裂剂。搀入膨胀抗裂剂的混凝土在凝结早期产生微膨胀，抵消混凝土凝结早期的收缩，防止裂缝产生，提高防渗性能。采用无缝施工，可以使筏板混凝土一次浇筑完，缩短了工期，也避免有缝施工带来的不良影响。采用无缝施工的筏板要特别注意养护，养护期不少于14天。
（6）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。
四、结语
总之，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。
参考文献：
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010；
[2]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2010；
[3]《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》JGJ6-99；
[4]《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99；