高层建筑基础设计(简化版)

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1、高层建筑基础设计高层建筑基础设计浙江省建筑设计研究院浙江省建筑设计研究院杨杨 学学 林林目目 录录一、高层基础的荷载一、高层基础的荷载二、高层基础选型与布置二、高层基础选型与布置三、基础计算三、基础计算1 1、承载力计算、承载力计算2 2、沉降计算、沉降计算3 3、筏板计算、筏板计算四、几点体会四、几点体会一、高层基础的荷载一、高层基础的荷载竖向荷载包括：竖向荷载包括：1 1、自重荷载：梁、柱、板、自重荷载：梁、柱、板、粉砂面层、粉砂面层、填充墙、门窗填充墙、门窗幕墙，等等幕墙，等等 2 2、楼面活荷载、楼面活荷载3 3、屋面活载、积灰荷载、屋面活载、积灰荷载、雪荷载等雪荷载等4 4、吊车荷载

2、（厂房）、吊车荷载（厂房）5 5、施工荷载（临时）、施工荷载（临时）水平荷载：水平荷载：1 1、风荷载、风振效应、风荷载、风振效应2 2、地震荷载（作用）、地震荷载（作用）其它荷载（作用）：其它荷载（作用）：1 1、混凝土收缩、钢材焊接、混凝土收缩、钢材焊接2 2、温度变化、温度变化3 3、地基变形、地基变形 人防地下室人防地下室人防荷载人防荷载其它荷载（作用）：其它荷载（作用）：1 1、混凝土收缩、混凝土收缩2 2、温度变化、温度变化3 3、地基变形（桩基沉降）、地基变形（桩基沉降）静止土压力静止土压力1、竖向总荷载估算：高层建筑荷重标准值：框架结构：1.21.4 t/m2框架-剪力墙、框架

3、-核心筒：1.41.6 t/m2剪力墙、筒中筒：1.61.8 t/m2工程桩数量判断：桩数单桩承载力特征值 /上部结构标准荷重 1.0 不安全=1.01.10 正常（考虑风、地震等水平作用） =1.101.20 可优化1.30 布桩太多2、水平荷载与竖向荷载的比列浙江凯喜雅大厦（H=100m）：G + L = 649068 kN水平风荷载： F风 = 4095 kN (0.63)水平地震：6度： F = 3401 kN (0.523)7度： F = 1.058度： F = 2.10浙江新世界财富中心（北塔楼，58层，H=246m）：G + L = 2056648 kN水平风荷载： F风 = 1

4、8840 kN (0.916)水平地震：6度： F = 10848 kN (0.527)7度： F = 1.0558度： F = 2.11温州鹿城广场（75层，H=350m）：G + L = 4418409 kN水平风荷载： F风 = 58609 kN (1.33)水平地震：6度： F = 22568 kN (0.51)7度： F = 1.028度： F = 2.04100年一遇的基本风压：杭州：0.50 kN/m2宁波：0.60 kN/m2温州：0.70 kN/m2350m以内高层：F风 /（G+L）= 0.501.35杭、宁、温：水平地震力更小 （1.0）一般无需验算：桩基水平承载力3、楼

5、面活荷载与自重荷载的比列一般高层：活载 15200m以上高层：活载 10浙江凯喜雅大厦（H=100m）：G = 564558 kNL = 84510 kNG + L = 649068 kNL/(G+L) 13浙江新世界财富中心（北塔楼，58层，H=246m）：G = 1921012 kNL = 135636 kNG + L = 2056648 kNL/(G+L) 6.6 温州鹿城广场（75层，H=350m）G = 4131599 kNL = 286810 kNG + L = 4418409 kNL/(G+L) 6.5 国家建筑地基规范（2002）： 1、桩数、基底面积：作用S 采用荷载效应的标

6、准组合抗力R 特征值（单桩或地基承载力特征值）2、地基变形、桩基沉降作用 采用荷载效应的准永久组合限值 规范规定的变形允许值3、基础截面配筋、桩身强度作用 采用荷载效应的基本组合（分项系数）抗力 材料强度取设计值4、基础裂缝宽度作用 采用荷载效应的标准组合限值 0.2、0.3mm 基本组合：承载能力极限状态计算时，永久作用和可变作用的组合。（永久荷载控制） 标准组合：正常使用极限状态计算时，采用标准值或组合值为荷载代表值的组合。（分项系数均取1.0) 准永久组合：正常使用极限状态计算时，对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。（分项系数均取1.0) 案例：杭州某高层办公楼，地上25层，高度9

7、9.6m,框架-剪力墙体系，地下二层。基础为钻孔灌注桩，桩径800，持力层为中风化凝灰岩，有效桩长约40m。施工图审查发现桩数偏多较多。原因：传至桩基的荷载采用设计值（基本组合），单桩承载力（抗力）采用特征值，荷载和抗力取值不匹配，导致布桩数量过多造成浪费。二、高层基础选型与布置二、高层基础选型与布置 天然地基浅基础柱下独立基础柱下条形基础墙下条形基础片筏基础岩石锚杆基础（抗滑、抗浮） 深基础桩基础 地下连续墙 沉井基础 某二层地下上浮近某二层地下上浮近1.0m1.0m岩石锚杆施工不当，抗拔岩石锚杆施工不当，抗拔承载力不足而被拔出承载力不足而被拔出抗浮锚杆的应用1、桩基础非挤土桩： 钻孔灌注桩

8、 人工挖孔桩挤土桩： 钢管桩（上海金茂、上海环球、石油双塔） 预应力管桩（可节约造价3050）预应力空心方桩预制方桩沉管灌注桩浙江新世界财富中心钻孔灌注桩：800，L=41.5m持力层：6-2圆砾层进入6m，桩端注浆Ra=4700 kN桩长、持力层可不一致桩型也可不同钻孔桩1100 承台板:5.6 m Ra=12500 kN人工挖孔桩： 端承桩、端承型桩扩底效果好扩底施工方便安全问题与桩身质量金华地区：不用圆砾、卵石层：注意910钢管桩马来西亚吉隆坡石油大厦双塔 地上88层，H=379m，桅杆顶 452m, 地下3层 98年建成(西尔斯大厦443m)钢筋混凝土结构 (84层以上为钢结构) (抗

9、风控制, 满足舒适度)基础: 钢管桩910x22.2，L84 m 承台板:4.0 m2、地下连续墙刚度大、防水好：市中心深基坑 充分利用红线内场地：二墙合一逆作法：西湖凯悦、丝绸城、地铁武林门站等竖向承载力：带支腿、墙底注浆泥砂分离器围护墙受力计算 围护墙兼作地下室外墙或作为结构外墙的一部分时，应分施工阶段 和使用阶段两种情况分别进行受力计算，按最不利工况设计。1施工阶段受力计算 鉴于目前的三维模型尚不完善，一般采用竖向弹性地基梁的地基基 床系数法计算围护墙的内力和变形，计算模型见图4。 墙后土压力取值，在开挖面以上可取主动土压力，考虑到采用逆作 法施工的墙体变形较小，可对主动土压力进行适当调

10、整或取静止土 压力，在开挖面以下取矩形分布；墙前（坑内侧）土体被动抗力以 水平弹簧模拟。 支撑梁板的作用以水平弹性支座代替。当采用全逆作法时，由于地 下室各楼层的平面内刚度非常大，可近似按不动支撑点考虑；当采 用敞开式逆作法时，可取框格式水平支撑体系的等效刚度，等效刚 度的取值可按文献5的方法计算。 逆作法施工时，坑内也是采取分步开挖土方、分层浇注梁板支撑体 系的，因此还必须考虑这一动态施工因素对受力计算的影响5。2使用阶段受力计算 使用阶段围护墙的计算模型与施工阶段相似，仅有以下不同： 墙外侧土压力逐渐恢复到静止土压力状态； 地下各层楼板及基础底板均已浇注完毕，楼板、底板位置均 可按不动支点

11、考虑； 有混凝土内衬墙时，应根据围护墙与内衬墙的结合方式不同 ，采用不同的计算方法。当围护墙与内衬墙结合成整体，结合面 能够传递剪力时（如图5所示），受力计算时可把二者视为整体 墙，设置内衬墙后的内力增量由整体墙承担；当围护墙与内衬墙 之间设置防水夹层，结合面不能传递剪力时，设置内衬墙后的内 力增量由围护墙和内衬墙分别承担，可近似按墙体刚度比例分配 计算。3、场地要求和基础有效埋置深度 场地要求： 选择有利地段对于危险地段，强调“严禁建造甲、乙类的建 筑，不应建造丙类的建筑”。地段 类别地质、地形、地貌有利 地段稳定基岩，坚硬土、开阔、平坦、密实、均匀的中硬土 等不利 地段软弱土，液化土，条状

12、突出的山嘴，高耸孤立的山丘， 陡坡，陡坎，河岸和边坡的边缘，平面分布上成因、岩 性、状态明显不均匀的土层（如故河道、疏松的断层破 碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基），高含水量的 可塑黄土，地表存在结构性裂缝等 危险 地段地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及 发震断裂带上可能发生地表位错的部位 避让主断裂带,最小避让距离:建造烈度建筑抗震设防类别 甲乙丙丁 8专门研究200m100m 9专门研究400m200m 液化判别和处理:6度乙类建筑：按照7度要求判别处理映秀镇处于龙 门 山中央主断 裂带之 上，是 此次地震的震 中位置，其地 震影响 烈度高 达11度，区域范围内的房屋 建筑

13、遭 受毁灭 性破坏。震后的北川县城，巨大的山体滑坡冲毁了大片建筑汶川地震，山体滑坡形成唐 家山堰塞湖 有效埋置深度的要求： 建筑地基规范第5.1.3条：高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/181/20。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。高规第12.1.7条： 天然地基、复合地基：1/15桩基础： 1/18岩石地基：有效抗滑移措施，可放松建筑地基规范第8.4.15条：当高层建筑与相连的裙房之间设

14、置沉降缝时，高层建筑的基础埋深应大于裙房基础的埋深至少2m。地面以下沉降缝的缝隙应用粗砂填实。 高规第4.4.7条： 高层建筑宜设地下室。l根据上海市政府公布的调查结果，房屋倾倒的主要 原因是紧贴7号楼北侧在短期内堆土过高，最高处达10米左右。与此同时，紧临大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度达4.6米。大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，导致房屋倾倒。 地基发生整地基发生整体性滑动体性滑动4、桩基础底板形式： 梁板式：H100m，施工复杂，周期较长较经济 平板 + 承台式: 平板式：H150m，施工方便，周期短配筋量大，造价相对较高为方便施工缩短工期，H

15、100m的高层有时也采用。梁板式平板式5、主楼基础与裙房基础的关系 沉降缝：解决不均匀沉降问题主、裙楼均有地下室时，不宜设缝。设缝带来的问题：防水处理复杂、易老化、高层埋深不宜保证措施：采用桩基、控制沉降差加强连接处的基础刚度设置施工后浇带，等等 防震缝：解决不规则结构的抗震问题 伸缩缝：解决混凝土收缩、温度应力问题伸缩缝设置：混凝土规范要求：对现浇钢筋混凝土地下室外墙、挡土墙结构：室内或土中： 30 m露 天 环 境： 20 m实际工程中，地下室结构很少按30m设置伸缩缝。高地下水位、渗透系数大的粉砂土地基中，地下室结构设置永久缝应慎重。多于三层的地下室宜不设永久缝。三、基础计算三、基础计算1 1、承载力计算、承载力计算偏心竖向力作用下偏心竖向力作用下水平力作用下水平力作用下 确定桩数确定桩数轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下偏心竖向力作用下水平力作用下水平力作用下考虑地震的内力组合：考虑地震的内力组合：偏心竖向力作用下偏心竖向力作用下水平力作用下水平力作用下轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下桩身强度验算：桩身强度验算：