高層建筑中筏板基礎設計的運用研究

摘 要：城市化進程在不斷的加快，高層建筑也越來越多。對于高層建筑來說，其基礎的選型一定要恰當合理，當上部結構荷載相對較大而地基承載力相對較低時，選擇條形基礎仍達不到要求時，可以將基礎底面擴大成為支撐整體建筑物的鋼筋混凝土板，這便是筏板基礎。筏板基礎可提高基礎的承載力，提高基礎的剛性，避免地基的不均勻沉降，因此，其在多高層建筑中的應用越來越廣泛。本文圍繞高層建筑中筏板基礎設計的相關問題進行較為詳細的闡述，以期可對實際工程產生一定的借鑒作用。

關鍵詞：高層建筑；筏板基礎；設計；運用

引 言

高層建筑中的基礎設計對于建筑結構設計來說至關重要。因為高層建筑的垂直與水平荷載相對較大，隨著建筑物高度的不斷增加，水平荷載形成的彎矩與剪力迅速的增大，其產生的傾覆力矩成倍的增長，甚至控制整個設計過程。因此，高層建筑的基礎受力也變得更為復雜，對于基礎強度、剛度以及穩定性的要求就更加的嚴格。本文對高層建筑中筏板基礎的設計與運用進行了簡單的探討，希望通過闡述，可以對同行間的交流（高層建筑中筏板基礎設計與運用所存在的問題以及發展現狀）提供一定的借鑒意義。

1 高層建筑基礎設計與選型

1.1 高層建筑基礎設計與選型的任務

基礎設計的主要任務是按照上部結構形式、工程地質條件、施工的條件及其他有關的情況，綜合考慮之后來確定基礎方案與形式。高層建筑基礎的選型對于工程造價、施工難度以及工期的影響都是巨大的。

因此，對于高層建筑的基礎選型，其選用樁基或者是筏基并不是絕對的，安全可靠以及經濟合理方是基礎選型的原則。所以，須因地制宜，綜合考慮場地巖土性質以及上部結構的特點，根據綜合技術經濟對比來確定。

1.2 高層建筑選擇筏板基礎的條件

高層建筑的基礎要直接建造于堅硬的巖石上，通常包括十字交叉的條形基礎、筏板基礎以及箱形基礎等。若地基很較軟，承載能力較低，而上部結構的荷載又較大，（柱下獨立基礎與條形基礎）還不可提供足夠的底面積時，此時可選擇鋼筋混凝土筏板基礎，其主要包括平板式以及梁板式兩種形式。

2 筏板基礎設計的選擇依據及注意事項

2.1 筏板基礎的選擇依據

當建筑物上部荷載較大而地基承載能力又比較弱時，用簡單的獨立基礎或條形基礎已不能適應地基變形的需要，這時常將墻或柱下基礎連成一片，使整個建筑物的荷載承受在一塊整板上，這種滿堂式的板式基礎稱筏形基礎。一般地基承載力較高，地下水浮力較大，基巖埋深較淺時或者基巖較淺導致樁長不足時，要采用筏板基礎。基礎選型不僅須滿足現行規范所允許的沉降量以及沉降差的限制，整體結構還須符合規范對于強度、剛度以及延性的要求，這里最主要的規則是選型必須要安全可靠且經濟合理。筏板基礎同樣適宜應用于地基較軟弱，承載力較低的情況。對于普通的高層建筑，一般要設置地下車庫、人防工程、庫房以及水池等，接下來，結合建筑場地的巖土工程特征減小基礎的選型，研究筏板基礎是否具有可能。

2.2 筏板基礎的優點

筏板基礎作為典型淺基礎的形式，主要用來承擔上部建筑物的荷載。但是因為高層建筑的荷載通常情況下都相對較大，不少工程在設計施工的過程中一般都很少使用筏板基礎，而改用樁筏基礎或者是樁基礎等基礎的形式。但是在部分情況下，經過細致的研究，選擇筏板基礎來代替樁筏基礎或者是樁基礎，將會具備如下的優點：①筏板基礎通常情況下具有較大的整體剛度，可以在一定程度上對地基的不均勻沉降進行調節。②殘積層較厚時，樁基礎投資相對較大，而且施工時間也很長。③樁基礎在施工過程中對于周圍環境的影響相對較大。④樁基礎通常情況下是需要檢測的，檢測不合格還須進行必要的加固。⑤筏板基礎的安全系數通常是大于4的，而樁基礎的安全系數通常是2。⑥筏板可以應用到地下室結構中。⑦筏板基礎的慣性矩通常是較大的，在風荷載等橫向荷載的作用下，地基應力的增量相對較小。⑧筏板基礎的固定點位于基礎板位置，而樁基礎的固定點位于承臺下方，所以，地震引起的水平力對于筏板基礎的影響相對較小。⑨樁基礎在地震過程中會產生相互激擾，導致不同步問題的產生，容易形成相互影響而造成破壞。⑩筏板基礎的抗震剛度相比樁基礎要大。

2.3 筏板基礎設計的注意事項

①須盡可能使上部結構的荷載和筏型基礎的形心相互重合，進而確定底板的形狀與尺寸，當需要將底板設計成為懸挑板時，須綜合對以上各因素進行考慮，從而降低基礎端部地基反力過大而對基礎彎矩產生的影響。②底板厚度是由抗沖切與抗剪強度的驗算確定。提高抗沖切強度的方式是加厚底板，一般做法為加厚柱下或者墻下局部位置的底板厚度以增強抗沖切能力，跨中位置的板厚或者配筋主要根據筏板抗彎計算確定，也可以選擇后張預應力鋼筋的方法來降低混凝土的用量與造價。決定板厚的主要因素是沖切，須對筏板基礎進行較為詳細的沖切驗算。③無肋梁筏板基礎的配筋可以按照無梁樓蓋設置柱上板帶與跨中板帶的方法進行計算，精確計算可選擇有限元法；對于肋梁式筏基，若肋梁高度與板厚相差較多，可以分別對底板與肋梁的配筋進行計算，即底板以肋梁為固定支座按照雙向板對跨中與支座的彎矩進行計算，并適當對板跨中與支座的配筋進行調整；④構造配筋的要求：筏板受力筋須達到規范中0.15%配筋率的要求，懸挑板角的位置須對放射狀附加鋼筋等進行設置，設計人員通常配置較多的受力鋼筋，而構造鋼筋的配置卻經常忽略。

3 高層建筑中筏板基礎的設計與應用

3.1 筏板基礎埋深與承載力的確定

高層建筑通常處于用地緊張的區域，地上建筑的高度與車庫以及水池等地下室的功能需要對于地下室的層高及層數起到了重要的作用，這也基本上確定了基礎底板的埋藏深度，再對建筑場地的巖土工程特征進行研究，確定天然筏板基礎的可能性有多少。

天然筏板基礎是補償性的基礎，所以，地基的確定方法如下：直接確定地基的承載力設計值。這種方式根據地基承載力的標準值按相關規范根據深度與寬度的修正，從而得到承載力特征值，并采用標慣試驗以及壓板試驗等和室內土工試驗相結合的判斷方法來對巖土的特點進行確定。

3.2 筏板基礎的沉降

地基的驗算主要包括承載力與變形兩方面的內容，目前對于地基變形的精確計算相對較為困難，選擇各向同性均質的線性變形體計算模型，使用分層總和法求得的自由沉降量通常與實測的地基變形量存在差異。這主要是由下列因素決定：①因為理論假定條件和實際狀況是不同的；②由于計算公式中選擇的計算參數、試驗條件以及實際條件的不同所導致的；③由于公式計算出的建筑物沉降量僅僅和基礎的尺寸相關，而實測的沉降量已經受到基礎剛度的影響。

所以，對高層建筑的地基變形進行計算時，因為施工土層較厚通常會引起地基的回彈變形，從而使地基形成微量的隆起，地基回彈再壓縮的變形是不能忽略的。在實際施工的過程中，回彈再壓縮模量的測定與計算相對較為困難，根據實際經驗，回彈量大概是公式計算變形量的10～30%之間，高層建筑實際沉降觀測的結果將是該計算值的1.1～1.3倍之間。

3.3 筏板基礎的結構設計

筏板基礎的結構形式包括平板式筏基與肋梁式筏基。具體設計筏基時，不僅要盡可能的使上部結構的荷載合力重心和筏基形心互相重合，確定底板的形狀與尺寸，還要確保底板厚度通過抗沖切與抗剪強度的驗算來確定。無肋梁筏板基礎的配筋可以按照無梁樓蓋設置柱上板帶與跨中板帶的計算方法進行計算，精確的計算可選擇有限元法；對于肋梁式筏基，若肋梁高度與板厚相差較多，可以分別對底板與肋梁的配筋進行計算，即底板以肋梁為固定支座按照雙向板對跨中與支座的彎矩進行計算，同時在構造配筋方面，筏板受力筋須達到規范配筋率的相關要求，懸挑板角的位置須對放射狀附加鋼筋等進行設置。

3.4 裙房基礎的設計

因為裙房的單柱荷載相比高層主樓要小很多，所以，沒有必要選擇厚筏基礎，選擇薄板配柱下獨立擴展基礎便可滿足要求。這里須注意的是，裙樓獨立柱基的沉降量和主樓筏板基礎的沉降量必須保持同步，即控制沉降差處于允許值的范圍之內。須按照公式對主樓的沉降量S進行計算，再按照各柱的荷載N值與S值反算出各個獨立柱基礎的面積A。

3.5 筏板基礎的抗浮問題

若底板埋藏深度較大，地下水位有可能對底板產生浮托力，從而對抗拔錨桿進行設置，但是從施工的過程發現，只要確保做好如下幾方面的工作，就沒有必要設置抗浮錨桿。①在地下室施工的過程中進行有序排水或者是限制水位，確保基礎底板以下不會形成浮托力；②當地下室與地面上對應有限幾層的結構完成之后，筏板基礎底板上的結構自重要大于實際的上浮力，此時，整體基礎結構可以保持穩定；③地下室在施工的過程中可以確保基坑干燥，基礎與地下室結構以及地上2層結構的施工可以順利完成。

這里需要注意的是，對于某些地下室較大且較深，但是地面以上層數較少的建筑，就應該按照上述總體平衡的原則對抗浮錨桿進行計算確定。另外，對于地下室的面積較大而主體塔樓面積相對較小的建筑，須對裙房部位的浮托力能否和結構自重保持平衡進行驗算，達不到要求時須對抗浮錨桿進行設置。

4 結束語

綜上所述，高層建筑的基礎選型對于整個結構設計來說，是至關重要的，它直接影響到工程的造價、施工的難度以及工期，所以，應該對場地巖土的性質以及上部結構的特點進行認真研究，根據綜合技術經濟對比確定。高層建筑的基礎選型一定要秉承因地制宜的原則，必須要滿足國家與行業規范的要求，本文對高層建筑中筏板基礎設計與運用進行了簡單的介紹，期望可以對實際工程起到一定的借鑒作用。

參考文獻

[1]唐維新.高層建筑結構簡化分析與實用設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[2]宰金珉，宰金璋.高層建筑基礎分析與設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[3]錢力航.高層建筑箱型與筏型基礎的設計計算[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[4]王后舉，張琴.某高層筏板基礎設計實例[J].廣東涂抹與建筑，2009，1：24～26.

[5]丁少潤，程少彬.淺談高層建筑筏板基礎的設計[J].安徽建筑，2006，4：116～118.

[6]劉運林，劉婷.淺談高層建筑中筏板基礎的沉降計算[J].安徽建筑工業學院學報（自然科學版）.2009（04）.

作者簡介：孫遜（1981-），男，碩士，國家一級注冊結構師，中級工程師，主要從事建筑結構設計工作。