高層帶裙房建筑的地基基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計探討研究摘"要：高層帶裙房建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計是高層建筑設(shè)計重要部分。設(shè)計中考慮實(shí)現(xiàn)少設(shè)沉降縫，有效調(diào)整沉降差。通過部分理論引用和探討，結(jié)合工程實(shí)例設(shè)計，對比實(shí)際反饋沉降數(shù)據(jù)，綜合論述該類地基基礎(chǔ)設(shè)計的主要思路，通過調(diào)整地基剛度和筏板基礎(chǔ)厚度的方法調(diào)整沉降差，預(yù)估沉降測算出基床反力系數(shù)迭代計算有限元分析得出沉降理論數(shù)據(jù)，采用沉降后澆帶解決部分沉降差和二次應(yīng)力。關(guān)鍵詞：高層帶裙房建筑"沉降差"嵌固端"側(cè)限"沉降觀測中圖分類號：TU473ResearchandExplorationDiscussionontheOptimizationDesignofFoundationfForHigh-RriseBuildingswithPodiumsWANGYa’nanCNNCSeventhResearchandDesignInstituteCo.，Ltd.，Taiyuan，ShanxiProvince，030012ChinaAbstract：Foundationdesignofhigh-risebuildingwithpodiumisanimportantpartofhigh-risebuildingdesign.Inthedesign，lesssettlementjointsareconsideredtoeffectivelyadjustthesettlementdifference.Throughpartialtheoreticalreferencesanddiscussions，combinedwiththedesignofengineeringexamplesandcomparingtheactualfeedbacksettlementdata，themainideaofthiskindoffoundationdesigniscomprehensivelydiscussedbycitinganddiscussingsometheories，combiningwiththedesignofengineeringexamplesandcomparingtheactualfeedbacksettlementdata.ThesettlementdifferenceisadjustedBbyadjustingthefoundationstiffnessandthethicknessofraftfoundation，.tThesettlementdifferenceisadjustedisestimated，andthesettlementisestimatedtocalculatethesubgradereactioncoefficientofthefoundationbediscalculated.Thefiniteelementanalysisofiterativecalculationisusedtoobtainthesettlementtheoreticaldataisobtainedthroughiterativefiniteelementanalysis，and.tThesettlementdifferenceandsecondarystressaresolvedbyusingpostsettlementpouringstripspostpouringbeltisusedtosolvethepartialsettlementdifferenceandsecondarystress.KeyWwords：High-risebuildingswithpodiumbuildings;Settlementdifference;Embeddedend;Lateralconfinement;Settlementobservation商業(yè)綜合體是將一個城市或一片區(qū)域的商業(yè)、辦公、居住、旅店、展覽、餐飲、會議、文化娛樂等商業(yè)活動空間中3項以上功能組合起來，從而建立起一種相互依存、相互支撐的互動關(guān)系，形成多功能、高效率的綜合體。而實(shí)現(xiàn)新的商業(yè)模式就需要滿足綜合體中的多項功能，以往單一功能模式的建筑（如寫字樓、住宅樓、餐飲中心、商務(wù)會館等）已經(jīng)不能滿足多功能的商業(yè)模式需求?？傮w而言，綜合體需要實(shí)現(xiàn)以下兩大功能：第一種功能需要是大空間、高層高、布置靈活、多個出入口，比如商場、展覽館等，結(jié)構(gòu)形式以多層框架結(jié)構(gòu)為主；第二種功能需要是小開間、標(biāo)準(zhǔn)布局、高容積率，比如辦公寫字間、住宅、公寓等，多以框架剪力墻、剪力墻結(jié)構(gòu)的高層結(jié)構(gòu)為主。綜合以上兩者功能需求，決定了以框架剪力墻、剪力墻、框架核心筒等高層建筑為主附帶多跨框架結(jié)構(gòu)裙房的組合結(jié)構(gòu)形式成為商業(yè)建筑的主流，也將是為來商業(yè)綜合體建筑的發(fā)展方向。對于結(jié)構(gòu)專業(yè)而言，怎樣解決好上部兩個不同類型、不同高度結(jié)構(gòu)體系的計算以及由于高差大帶來的地基基礎(chǔ)設(shè)計問題成為重要的研究課題。1"地基基礎(chǔ)設(shè)計重要性（1）實(shí)現(xiàn)建筑功能的最優(yōu)化。綜合體功能需求形成大量的高層帶裙房建筑，這種高低組合的結(jié)構(gòu)類型對地基基礎(chǔ)提出了更高的要求。（2）地基基礎(chǔ)的合理化設(shè)計直接影響到工程造價。高層部分與多層部分荷載差異大、地基沉降差大，上部結(jié)構(gòu)對地基基礎(chǔ)計算影響大。合理設(shè)計地基基礎(chǔ)對控制造價意義重大。2"高層帶裙房建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計方法處理高層帶裙房地基基礎(chǔ)設(shè)計方法總結(jié)：防、放、抗。2.1"防——預(yù)防沉降差主樓和裙房高度差異大，造成附加應(yīng)力值相差大，根據(jù)沉降公式，可知，在相近情況下，附加應(yīng)力越大最終沉降越大，差值較大。為減少沉降差，通過采用不同地基處理方式調(diào)整沉降差。設(shè)計初期合理預(yù)估高層和裙房最終沉降量，才能確保計算假定和模型與實(shí)踐情況相符。2.2"放——釋放沉降差釋放沉降差方法主要有3種：（1）主樓與裙房間設(shè)置沉降縫，徹底分開，各自沉降；（2）設(shè)置沉降后澆帶，待主體和裙房沉降穩(wěn)定后采用高一等級膨脹混凝土進(jìn)行澆筑，釋放部分沉降差，保證后期沉降差滿足要求；（3）調(diào)整施工順序，先施工主樓，后施工裙房。主樓預(yù)先加載，提前釋放了一部分沉降，后期沉降于裙房后期沉降差減小。2.3"抗——抵抗沉降差通過以上兩種辦法消除掉一部分沉降差后，仍然會剩余一部分沉降差。在基礎(chǔ)設(shè)計中，合理的基礎(chǔ)剛度設(shè)計和配筋抵抗由于沉降差引起的二次應(yīng)力，同時在主樓和裙房連接處會產(chǎn)生力的突變點(diǎn)，采取相應(yīng)構(gòu)造措施抵抗沉降差。3"工程實(shí)例3.1"工程概況工程位于河南省漯河市舞陽。建筑功能：為民中心暨眾創(chuàng)空間。結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，使用年限為50年；安全等級為二級；地基基礎(chǔ)設(shè)計等級甲級；抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速值為0.10g，地震分組為第一組；場地類別為Ⅲ類；特征周期為0.45s；主樓22層高90.3m，裙房3層高17.1m。3.2"方案3.2.1"地基基礎(chǔ)方案主樓平均壓力值為450kPa，基底標(biāo)高為-7.000m，持力層第三層粉質(zhì)黏土，天然地基承載力為120kPa，原有土層承載力不滿足要求，采用樁基礎(chǔ)或水泥粉煤灰碎石樁地基處理；裙房建筑采用原狀土做持力層。主樓和裙房在0標(biāo)高處連成一片，設(shè)置一體式筏板基礎(chǔ)。3.2.2"一體式筏板基礎(chǔ)的具體設(shè)計（1）“防”。為了預(yù)防沉降差，主樓部分隔墻輕質(zhì)隔墻處理，降低恒荷載。主樓附加應(yīng)力約為426kPa，3組裙房以及北側(cè)單層地下室附加應(yīng)力約為80kPa，比值為5。同時，通過主樓采用水泥粉煤灰碎石樁減少沉降，裙房采用天然地基增加沉降，地基剛度的調(diào)節(jié)預(yù)防沉降差過大。根據(jù)沉降公式，沉降計算中土的平均附加應(yīng)力系數(shù)值與l/b及z/b相關(guān)，考慮裙房主樓b值差距有限，主要調(diào)整沉降差的因素是調(diào)整主樓基底地基處理后的壓縮模量Esp與裙房持力層土層Esd比值。第三層粉質(zhì)黏土壓縮模量Es為5.8MPa，主樓地面處理后的壓縮模量理想狀態(tài)約為24MPa。CFG樁能夠有效增強(qiáng)地基土的承載能力，減少地基土的沉降量，通過與其他地基結(jié)構(gòu)相配合，提升整體地基的承載力[1]。CFG樁復(fù)合地基的變形模式隨著上部荷載增大，樁頂發(fā)生沉降，樁間土頂面發(fā)生沉降，樁端發(fā)生沉降、，樁頂刺入褥墊層深度為△上，樁端刺入下部土層深度為△下。由于樁身壓縮模量很大，其壓縮變形可忽略不計，樁長范圍內(nèi)土的壓縮量則為上刺入量與下刺入量之和，即：復(fù)合地基沉降為+，如果忽略褥墊層的壓縮變形（褥墊層厚度較?。?，總的沉降量為樁長范圍內(nèi)土層壓縮量與樁下土層壓縮量之和。根據(jù)地勘報告提供裙房與主樓范圍內(nèi)土層組成相近，所以沉降差調(diào)整主要為樁長范圍內(nèi)的沉降。CFG樁地基處理后的合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，即處理后地基承載力特征值與天然地基承載力特征值的比值[2]。因此，處理后地基承載力應(yīng)大致在460kPa附近，裙房對主樓超載承載力修正的說明，按照三側(cè)裙房以及北側(cè)地下室中最小的平米超載80kPa進(jìn)行埋深修正，CFG樁徑為400mm，樁長14.5m（有效樁長為14.0m），采用基礎(chǔ)底面下正三角形布樁，樁間距為1.400m，共783根樁。要求單樁豎向極限承載力不小于1200kN，經(jīng)處理后復(fù)合地基承載力特征值f≥400kPa，經(jīng)深度修正后地基承載力特征值為480kPa，滿足了主樓地基承載力的特征值。因此，在復(fù)合地基承載力特征值≥400kPa基礎(chǔ)上反算約為原土層的3.3倍。根據(jù)地勘單位提供的估算數(shù)據(jù)：高壓固結(jié)試驗(yàn)成果及上表參數(shù)，估算CFG樁復(fù)合地基中心點(diǎn)總沉降量為29.4mm，小于200mm，整體傾斜值為0.00046，小于0.003，滿足規(guī)范要求。相鄰為民中心最大沉降量為17.2mm，經(jīng)估算最大沉降差約13.4mm。換算處理的壓縮模量布點(diǎn)在JCCAD勘點(diǎn)資料中對主樓下土層模量進(jìn)行重新調(diào)整，沉降估算調(diào)整基床反力系數(shù)，采用有限元中彈性地基梁板的模式對基礎(chǔ)沉降進(jìn)行二次計算，彈性地基上梁、板的內(nèi)力分析，實(shí)質(zhì)上是土與基礎(chǔ)相互作用的分析，屬于接觸問題的范疇。1867年，捷克工程師Winkler假設(shè)，地基在任何一點(diǎn)的沉降都與該點(diǎn)的壓力成正比，而與相鄰點(diǎn)的壓力無關(guān)，壓力與沉降之間的比例常數(shù)k是地基的反應(yīng)系數(shù)[3]。W其關(guān)系表達(dá)式如式所示。P=""""""""""""""""""""""（1）式（1）中：為地基上任一點(diǎn)所受的壓力強(qiáng)度，單位為kPa；為p作用點(diǎn)處的沉降，單位為mm；K為床系數(shù)，單位為kN/m3?；蚕禂?shù)由建筑物的基底壓力除以沉降量得到。通過PKPM結(jié)構(gòu)模型建立，得到基底壓力。估算的符合地基彈性模量平均約為26～32，初步計算CFG樁復(fù)合地基的基床系數(shù)約為15000kN/m3，天然地基的基床反力系數(shù)約為7000kN/m3。于是，該基床反力系數(shù)代入反算。通過計算得到：主樓平均沉降為31.2mm，最大沉降為33.1mm，裙房平均沉降為15mm，最大沉降為19.1mm，主樓與裙房第一跨最大沉降差為10.3mm?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2011）第8.4.22帶裙房的高層建筑下的整體筏板基礎(chǔ)，其主樓下筏板的整體撓度值不宜大于0.05%，主樓與相鄰的裙房柱的差異沉降不應(yīng)大于其跨度的0.1%。驗(yàn)算主樓與裙房第一跨柱子的沉降差不得大于7.8mm，現(xiàn)為10.3mm，大于7.8mm，不采取構(gòu)造措施無法滿足規(guī)范要求。（2）“放”。沉降結(jié)果顯示最大沉降發(fā)生在主樓荷載大的部位，徑向向外圍擴(kuò)算，由于主樓上部剛度和基礎(chǔ)剛度大引起基底應(yīng)力向裙房第一跨分布，帶動裙房第一跨范圍內(nèi)沉降加大，主樓下部沉降呈盆形分布，裙房中部由于反拱作用產(chǎn)生的一部分反向彎曲的抵消，沉降最小。為釋放沉降差，主樓沉降基本完成，再進(jìn)行裙房、地下車庫。施工過程中對各建筑物進(jìn)行沉降觀測，準(zhǔn)確掌握沉降變化。同時在裙房第一跨設(shè)置800mm寬度的沉降后澆帶，等沉降穩(wěn)定后二次澆筑。把高層與低層的差異沉降釋放一部分，剩下相對較小差異沉降量所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承擔(dān)。其做法的實(shí)質(zhì)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中后澆帶“先放后抗”的精神。但是其沉降量達(dá)到多少時其剩余部分差異沉降引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力能被結(jié)構(gòu)抵抗存在爭議。結(jié)合《地規(guī)》的建議值，針對粉質(zhì)黏土主體封頂前沉降量約為總沉降量的40%～60%，沉降后澆筑帶封帶時間設(shè)定為主樓施工完畢后3個月，預(yù)計可以消除4mm左右的沉降，最終沉降差約為7mm，小于規(guī)范要求的7.8mm，滿足規(guī)范要求。同時，第一跨基底虛鋪設(shè)砂夾石，調(diào)節(jié)沉降降低二次應(yīng)力。（3）“抗”。通過上述“防”“放”兩種方法，經(jīng)計算剩余沉降差為7mm，此部分沉降差引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力需基礎(chǔ)自身截面構(gòu)造和配筋抵抗。沉降后澆帶澆筑過早，沉降差異較大會引起基礎(chǔ)開裂，甚至?xí)?dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生彎曲破壞后澆帶澆筑后[4]。在計算板的彎矩時，可以參照無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中對板的設(shè)計計算模型，把板劃分為柱上板帶和跨中板帶，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以近似認(rèn)為：彎矩在柱上板帶和跨中板帶上沿橫向均勻分布。因此，可以在柱上板帶中取1m寬板帶作為分析對象，理論分析中把柱端視為固定端。根據(jù)位移法，可知當(dāng)固定支座位移為1時，板端彎矩發(fā)生沉降差異Δ時==。沉降差為7mm進(jìn)行彎矩反算，得出位移差引起的彎矩值為1562kN·m，裙房與主樓連接處配筋。3.3"工程實(shí)際情況驗(yàn)證及對比分析3.3.1"現(xiàn)場沉降觀測的實(shí)際情況現(xiàn)場反饋沉降報告顯示：Q-s曲線數(shù)據(jù)顯示荷載與沉降位移呈正相關(guān)，隨著荷載增加，沉降位移逐漸增加[5]。主樓和裙房平均沉降差為5.4mm，截止封后澆帶前滿足沉降差要求。實(shí)際測量主樓平均沉降為理論計算的51.3%，裙房1平均沉降為理論計算的53.1%，裙房2平均沉降為理論計算的54.5%，裙房3平均沉降為理論計算的53.5%。同時裙房的最大沉降均集中發(fā)生在與主樓相連接的第一跨。截至主體封頂，整個工程沉降發(fā)展比計算預(yù)計沉降略小，主樓沉降發(fā)展慢于裙房沉降發(fā)展，同時主樓前期沉降速度快后期沉降速度慢。理論計算得出的整個沉降規(guī)律與工程實(shí)際相互吻合。沉降后澆帶可以有效緩解主樓和裙樓之間的不均勻沉降，并減小混凝土底板的附加彎矩[6]。個別偏差原因分析如下：（1）原狀土壓