商業綜合體的基礎設計

徐莊華

（筑博設計股份有限公司，上海 200070）

1 工程概況

本工程商業綜合體項目位于內蒙古呼和浩特市,設防烈度8度。包括：1#、2#辦公樓，框架-核心筒結構；1#、2#裙房，框架結構；地下車庫，地下2層，框架結構。本工程均設有2層地下室,各單體在標高正負零以上通過設置抗震縫分成4個獨立的抗震單元（圖1）。

圖1 分區平面示意

2 結構設計概況

2.1 本項目主要設計參數

建筑抗震設防類別丙類，抗震設防烈度8度，基本地震加速度0.20 g，場地特征周期0.35 s，設計分組為第一組，場地類別為二類，結構重要性系數γo為1.0，地震反應阻尼比為0.05，設計用年限為50 y，結構安全等級為二級。

2.2 各單體工程概況（表1）

3 基礎設計概況

3.1 自然地理

本地區屬于內蒙古中緯度內陸高原，典型的干旱、半干旱大陸性季風氣候，降雨量少而集中，蒸發強烈、干燥多風、溫差變化大，同時因受陰山山脈的影響，形成比較優越的小氣候環境。據有關氣象站觀測資料：歷年年平均降雨量400.00 mm，多集中于7～9月份，占全年降雨量的77%；年平均蒸發量1781.80 mm，月平均最低氣溫-13.0℃、最高氣溫21.9℃；年平均風速1.67 m/s，最大風速可達25.00m/s；全年無霜期130d，地表最大凍結深度160 cm。

3.2 建筑基礎設計形式及基礎持力層選擇

基坑開挖深度按自然地面下10.0 m。基坑開挖后基底出露土層為④細砂層。選擇④細砂層作為基礎持力層，承載力特征值fak=240 kPa，基礎設計類 型采用筏板基礎，基礎等級為甲級。

3.3 抗浮設防水位

根據該區域歷年水文地質調查資料可知，該區域穩定地下水位應在自然地面下約10.0 m左右，因此本次抗浮設防水位高程按1 060.00 m考慮。

表1 各單體工程概況

3.4 地基土層主要物理力學參數（表3）

表3 地基土層主要物理力學參數

3.5 考慮裙房修正后的地基承載力特征值

由于主樓周邊有裙房，裙房對主樓下地基承載力有提高作用。用軟件建立模型后，可以計算得出裙房下地基反力圖。由YJK-F計算得到該最大標準值為421 kPa左右，折算覆土深度[1]為5.11 m（圖2）。

圖2 主體結構剖面及覆土折算高度示意

（1）天然地基承載力驗算

根據地基規范5.2.4：

4 筏板基礎受力分析

4.1 YJK基礎軟件計算分析

主要計算參數：軟件計算方法采用彈性地基梁辦法，沉降計算方法采用等效做法，后澆帶施工前的加荷載比例取0.5，已知細砂層為持力層，基床反力系數為20 000 kN/m3，抗浮水位為-11.2 m，水浮力標準組合系數1.05，水浮力的基礎組合系數為1.4，基礎混凝土等級為C35。

本工程裙房底板板厚取600 mm[2]，裙房柱墩厚度1 000 mm，主樓核心筒區域底板板厚2 200 mm，主樓范圍其他區域底板板厚1 600 mm。

4.2 后澆帶的設置與封閉時間

為防止塔樓與裙房沉降之間可能產生的有害裂縫，在塔樓A與塔樓B周圍設置沉降后澆帶，寬度800 mm。同時由于裙房底板長度過長，一般需要40 m左右設置一條溫度后澆帶，寬度800 mm。

后澆帶封閉時間可分兩種：①主要考慮溫度和混凝土收縮而引起的變形，即溫度后澆帶,宜在60 d后及氣溫較低時封閉；②當后澆帶調節沉降差時,一般應在主樓結構完成、隔墻砌筑完畢及沉降基本穩定后封閉。

4.3 核心筒沖剪計算

框筒結構的核心筒底板厚度應由沖切驗算確定（圖 3）。

4.3.1 根據《地基規范》[3]8.4.8條

受沖切承載力計算公式：

式中：Fl——相應于作用的基本組合時，內筒所承受的軸力設計值減去內筒下筏板沖切破壞錐體內的基底凈反力設計值（kN）；

um——距內筒外表面h0/2處沖切臨界截面的周長（m）；

βhp——受沖切承載力截面高度影響系數，當h≤800 mm 時，取 βhp=1.0；當 h≥2 000 mm 時，取βhp=0.9，其間按線性內插法取值；

h0——距內筒外表面h0/2處筏板的截面有效高度（m）；

η——內筒沖切臨界截面周長影響系數，取1.25。

根據YJK計算結果，當基礎組合1.35恒+0.98活時，Fl出現最大值101 216.7 KN。

按 式 8.4.8 得 ：101 216.7 ×1 000/（66 960 ×2 140）≤ 0.7×0.92×1.57/1.25，

0.71≤0 .808 滿足規范要求。

圖3 1#樓沖剪計算平面

4.3.2 根據《地基規范》8.4.10

受剪承載力計算公式：

式中：Vs——相應于作用的基本組合時，基底凈反力平均值產生的距內筒或柱邊緣h0處筏板單位寬度的剪力設計值（kN）；

bw——筏板計算截面單位寬度（m）；

h0——距內筒或柱邊緣h0處筏板的截面有效高度（m）。

根據YJK計算結果，當基礎組合1.35恒+0.98活時，Vs出現最大值1 131.8 kN。

按式8.4.10得

1 131.8 ≤ 0.7×0.85×1.57×1.0×2 140；

1 131.8 ≤1 999.081滿足規范要求。

4.4 筏板受力特點

圖4 基本組合彎距

根據圖4可以發現：

（1）2#樓核心筒底部最大正彎矩值達到3046.6 kN·m，1#樓核心筒底部最大正彎矩值達到2476 kN·m，經過仔細觀察1#樓2#樓核心筒底板最大彎矩均出現在角部位置，形成典型的“鍋底效應”,符合工程實際的受力情況。

（2）2#樓東側和南側頂部出現較大的負彎矩，東側達到-3 215 kN·m，南側達到-2 733.6 kN·m。因為2#樓南側和東側已經沒有足夠的底板寬度來平衡核心筒下沉引起的負彎矩，只能依靠附近一跨范圍來平衡，而1#樓四周至少有2～3跨以上可以平衡核心筒下沉引起的負彎矩。

（3）1#樓核心筒與東西側框架柱之間出現了板頂負彎矩大約700 kN·m左右，2#由于設置了中柱，核心筒引起的負彎矩發生在中柱與外側框架柱之間，中柱范圍內均為板底正彎矩值。

（4）主樓周圍沉降后澆帶位置的彎矩較小，說明此處彎矩已得應力釋放。但由于后澆帶只能釋放大約70%不均勻沉降應力，還是應該對主樓與裙房交接位置采取加強措施。

（5）裙房部分由于采用了較合理的板厚[4]，其彎矩值較為均勻，沒有出現較大峰值情況。

5 筏板構造措施

5.1 主樓與裙房底板交接位置配筋加強與計算

根據YJK-F計算結果，得到主群樓相鄰框架柱底部位置最大沉降差7.4 mm（圖5）。

求彎矩：

取截面 1 000×600， 查 《靜力手冊》[5]， 根據Mab=Mba=6EI/L,其中 E=3.15×104 N/mm,I=1/12×1 000×6 003=1.8×1 010，L=7 400 mm

得到 Mab=Mba=461 kN·m。

正截面受彎配筋計算：

相對界限受壓區高度ξb=β1/[1+fy/(Es·εcu)]

=0.8/[1+360/(200 000×0.003 3)]=0.518

ξb·h0=0.518×537.5=278 mm。

受壓區高度 x=h0-[h02-2M/(α·1f·cb)]×0.5=54 mm≤278 mm，

每延米配筋面積 As=α1·fc·b·x/fy=1×16.7×1 000×54/360=2 508 mm2。

因此，主群樓交界一跨范圍內四周，板頂和板底實配加強鋼筋22@150。

圖5 計算簡圖-（已知沉降差求彎矩）

5.2 筏板抗裂措施

（1）采用筏板封邊構造，封邊的主要作用是防止較厚筏板在側面發生溫度裂縫，不同厚度的底板封邊構造要求不同。

（2）筏板陽角、陰角處應設置放射筋,減少應力集中現象。

（3）超長結構頂板、底板、外墻混凝土均應摻加鎂質高性能混凝土抗裂劑，以保證其強度和抗滲等級，同時防止引起滲漏水的裂縫，為此要設法降低混凝土的水化熱，防止混凝土收縮裂縫的出現。

6 結語

對高層建筑筏板基礎進行了分析，選取了合理的基礎截面并驗算，建立模型對工程進行內力分析，結合地勘報告提供的參數，得到合理的筏板基礎彎矩圖。同時考慮了實際工程中將會遇到的主群樓沉降不均、基礎底板開裂等問題，采取比較合理的構造措施，保證了工程的安全性。結論：

（1）在基本組合下，隨著樓層層數的增加及核心筒面積的增大，核心筒底部的沖切力Fl及剪切力Vs越大，在保證截面周長Um不變的情況，加大筏板板厚能有效解決沖剪問題。

（2）主樓周圍有裙房時，可以將自底板算到屋頂標高范圍的裙房重量折算成覆土高度，代入地基承載力修正公式進行計算。

（3）通過計算不均勻沉降得到配筋值，實際工程中不但需要設置主樓外圍沉降后澆帶，還應加厚主樓外圍一跨范圍內的筏板。