上海某一建筑基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計

張春暉

(建學建筑與工程設(shè)計所有限公司 上海200336)

1 工程概況

本項目位于上海浦東新區(qū)臨港新城，由一層地下室和地上六層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的辦公樓，工程結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)典型剖面和典型樓層結(jié)構(gòu)如(圖1，圖2)所示。

圖1 典型剖面

圖2 典型樓層結(jié)構(gòu)

2 基礎(chǔ)分析

2.1 柱底反力

本文只研究該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分的優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)中國建筑科學研究院編制的結(jié)構(gòu)計算軟件PKPM計算結(jié)果，各柱底反力標準值如(圖3)所示。基礎(chǔ)設(shè)計依據(jù)《臨港大廈巖土工程勘察報告》(工程標號:2010－G－199)，結(jié)構(gòu)±0.000相當于絕對標高4.700m，抗浮水位取為絕對標高2.700m(室外完成面以下1.5m)。

2.2 基礎(chǔ)方案比較

基礎(chǔ)工程的設(shè)計與施工對建筑本身及其周圍環(huán)境的安全至關(guān)重要，其造價與工期對高層建筑總造價與總工期有舉足輕重的影響。在各種復(fù)雜的地質(zhì)條件下建造高層建筑，首先必須經(jīng)濟合理地做好基礎(chǔ)設(shè)計［1］。

圖3 柱底反力標準值

2.2.1 方案一:樁加防水板基礎(chǔ)

該辦公樓結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)均勻，主樓部分各柱下力也均勻。根據(jù)基礎(chǔ)勘測報告所提供的土層參數(shù)，經(jīng)計算分析后，主樓下抗壓樁和裙房下抗拔樁均采用預(yù)應(yīng)力高強混凝土空心方樁(HKFZ－A350(200))，樁頂絕對標高定為4.500m，樁長25m，樁端持力層均為⑦1層粉土，保證樁端進入持力層深度均大于等于1m。根據(jù)土層參數(shù)計算的抗壓樁單樁豎向極限承載力為2200kN，按上海地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(DGJ08－11－2010)，設(shè)計值取為1100kN，抗拔樁單樁抗拔承載力為360kN，結(jié)構(gòu)樁位布置如(圖4)所示，相應(yīng)的承臺布置如(圖5)所示:

圖4 樁位布置圖

圖5 承臺布置圖

樁基礎(chǔ)具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降穩(wěn)定性快和沉降變形小、抗震能力強以及能適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件等特點，在工程中得到了廣泛應(yīng)用［2］。采用這種基礎(chǔ)方案，把結(jié)構(gòu)所有荷載通過樁直接傳到穩(wěn)定堅實的地基上，導荷傳力直接明確，充分利用了其承載力大的特點，當然其工程造價也是較高的。結(jié)構(gòu)防水底板厚度取為300mm。采用樁基礎(chǔ)，可以有效控制主樓與裙房之間的不均勻沉降［3］。該基礎(chǔ)方案受力機理簡單明確，在沿海地區(qū)多高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計中廣為應(yīng)用。

2.2.2 方案二:筏板基礎(chǔ)

筏板基礎(chǔ)具有整體性好、承載力高、結(jié)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點，廣泛用作多高層建筑及超高層建筑的基礎(chǔ)［4］。平板式筏板基礎(chǔ)，板頂標高定為－4.350m(相對標高)，筏板基礎(chǔ)持力層選為②3－2層粉砂，地勘報告提供的持力層承載力特征值為110kPa。按筏板基礎(chǔ)設(shè)計，計算其修正后的承載力時，其修正深度可以從室外地面標高算起，按上海地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范修正后的地基承載力能達到170kPa。為了保證主體結(jié)構(gòu)和筏板基礎(chǔ)的整體剛度性，筏板厚度取為600mm，同時考慮到柱下集中荷載較大，需要考慮筏板抗沖切承載力要求，柱下加設(shè)厚度900mm的柱帽，這樣就形成了帶柱帽的筏板基礎(chǔ)。此外在群房區(qū)域，仍需采用抗拔樁來承擔較大的水浮力。基礎(chǔ)抗拔樁布置如(圖6)，筏板柱帽布置如(圖7)。

圖6 抗拔樁布置圖

圖7 柱帽布置圖

考慮到上部框架結(jié)構(gòu)整體剛度有限，基礎(chǔ)持力層承載力也非很大，同時600mm厚的筏板基礎(chǔ)整體剛度也偏弱，基礎(chǔ)必然存在不同的變形，所以該筏板基礎(chǔ)定義為柔性基礎(chǔ)比較準確，可按彈性地基筏板分析其受力。經(jīng)基礎(chǔ)設(shè)計軟件JCCAD程序計算后，筏板下配筋量為雙層雙向，相對常規(guī)防水板來說，配筋較大。局部柱下另附加鋼筋來保證柱帽區(qū)域的承載力要求，基礎(chǔ)沉降計算最大值為約為50mm。

全樓采用筏板基礎(chǔ)，充分利用柱下筏板的面積大、變形協(xié)調(diào)能力好、能與上部結(jié)構(gòu)共同變形受力的特點。按彈性地基假定計算的局部地基反力如(圖8)所示，柱帽下的最大值為153kPa，小于地基承載力170kPa，所以承載力是滿足要求。

圖8 筏板最大地基反力

圖9 筏板沉降

3 工程造價比較

對比上面兩種基礎(chǔ)方案，在不考慮人工及施工周期成本的情況下，工程采用筏板基礎(chǔ)造價約為450元/m2，而采用樁基礎(chǔ)加防水板的基礎(chǔ)形式的造價約為700元/m2。在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，按總體面積采用筏板基礎(chǔ)可以節(jié)省約150萬元以上的工程造價，經(jīng)濟優(yōu)勢很明顯。

4 結(jié)論

本工程目前已經(jīng)主樓封頂，正在室內(nèi)外裝修階段。通過計算分析可以看出，不同的上部結(jié)構(gòu)體系，不同的工程地質(zhì)狀況，所采用的基礎(chǔ)方案不同，所帶來的效益也是不同。因此，結(jié)構(gòu)工程師需要具體問題具體分析，要突破慣性思維，多做分析比較后再確定基礎(chǔ)方案，這樣能保證結(jié)構(gòu)安全的情況下，取得較大的經(jīng)濟效益，對今后類似項目的基礎(chǔ)設(shè)計提供一定思路。

［1］李蘭.高層建筑結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)設(shè)計與研究［D］.合肥工業(yè)大學，2008，6.

［2］趙明華，徐雪燕.基礎(chǔ)工程［M］.北京:高等教育出版社，2003:82.

［3］陳方斌.不同荷載下高層建筑筏板基礎(chǔ)設(shè)計比較［J］.江西教材，2014(1)，27.

［4］劉開強，翁明強，蔣媛.筏板基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計［J］.四川建筑科學研究，2010(03).