《高层建筑基础分析与设计 教学课件 ppt 作者 袁聚云 11本科-2011秋-第十一章 高层建筑 地基基础共同作用的实测与计算分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高层建筑基础分析与设计 教学课件 ppt 作者 袁聚云 11本科-2011秋-第十一章 高层建筑 地基基础共同作用的实测与计算分析（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/5/23,1,2019/5/23,1,袁聚云教授 梁发云副教授 赵程讲师 同济大学地下建筑与工程系,2011年,高 层 建 筑 基 础,2019/5/23,2,为了证实高层建筑地基基础设计及理论的正确性，进行现场测量比之室内模型试验更具有真正的价值。 现场实测工作非常艰巨，时间长，费用贵，同时，量测工作不一定完全成功。 在本章中将以国内外著名而影响深远的典型工程为实例，主要阐述超高层建筑地基基础的实测和计算。 下面分三方面的工程实例论述：超高层建筑的筏板基础、超高层建筑的桩箱基础和超高层建筑的桩筏基础。,第十一章高层建筑地基基础的实测与计算分析,2019/5/23,3,国外对筏板基础
2、的实测研究并不多，比较完整的当推美国休斯敦市独特壳体广场（One Shell Plaza）筏基的实测结果。 该广场高为217.6m，52层，筒体剪力墙结构，筏基平面尺寸为52.4670.76m，厚为2.52m，埋深18.3m。 该广场地基土主要是夹有砂层的坚硬的超固结粘土更新世三角洲沉积的典型的Beaumont粘土，在建筑场地下200ft(61m)内的土层基本上是均匀的，如图11-2所示。,第一节 高层建筑的筏板基础 美国独特壳体广场（One Shell Plaza）,2019/5/23,4,One Shell Plaza, Houston, TX,2019/5/23,5,2019/5/23,
3、6,在筏基设计时，考虑超固结粘土地基与大型筏基的共同作用。 为了提供地基基础与上部结构共同作用的筏基性状的真实数据，制订美国筏基设计的标准，在筏基埋设27个土压力盒和20个钢筋应力计，对基坑回弹与筏基沉降进行测量，测试平面布置图见11-1。 从1968年至1975年，该广场测试历时8年之久。,2019/5/23,7,2019/5/23,8,一、实测地基变形,1回弹变形 在基坑开挖前，在基坑底下约0.61m处埋没24个回弹标；在基坑开挖完毕后，测得基坑中心处回弹变形为10.215.2cm，基坑边缘为2.55.0cm 基坑开挖坑底回弹量的大小是与开挖深度有关的，开挖深，回弹量大，当然也与土性、地下
4、水位等有关。经验值是：开挖深1m，回弹量应在1cm以内。 此工程开挖深度为18.3m，相当于每开挖1m深度，基坑中心处的回弹量为0.83cm(=15.2/18.3)，这数值是在1cm以内，所以该基坑是安全的。,2019/5/23,9,2筏基纵向弯曲和差异沉降 图11-3表示大楼筒体、外墙和筏基边缘处沉降与时间关系的曲线，也反映该三部份本身以及三者之间的差异沉降。 至1976年7月，筒体平均沉降为12.45cm，差异沉降为13mm；外墙沉降为8.19.4cm；筏基边缘沉降为3.37.1cm。 从图中可见，上部结构的刚度对筏基纵向弯曲和差异沉降影响很大，可减少差异沉降。在超压密粘土上巨型筏基的差异
5、沉降主要是在结构加载期间有所发展，几年以后，以衰减速度继续发生差异沉降。,2019/5/23,10,2019/5/23,11,二、实测基础反力,根据27个土压力盒的测试结果，绘制大楼的筏基的各个部位的反力与时间关系曲线，如图11-4所示。 从图中可见，在土建结构施工期间，筏基各个部位的反力随荷载的增加而增大。 在结构施工竣工后，各个部位的反力变化并不显著，尤其是大楼筒体的筏基反力几乎不变。 从图中可见，在主体和外墙之间的反力明显地比筒体的筏基反力要小。筏基反力形成一个锅底形分布。,2019/5/23,12,2019/5/23,13,三、实测基础应力,筏板基础的厚度为2.52m，含钢率较高，考虑
6、施工的方便，分8次浇注。 筏基浇注后，由于混凝土收缩产生高达53,800kPa的压力，这样大的应力应特别注意。同时，钢筋应力也要作修正。 位于筏基长轴的钢筋应力与时间关系如图11-5所示，它表示筏基浇注后不久，钢筋应力有一个初始突变，以后，钢筋应力只有轻微的增加，仅在筒体边缘处，钢筋应力有较明显的增加。 随着上部结构的建造，在筒体边缘处，钢筋应力有最明显的增加。,2019/5/23,14,2019/5/23,15,在施工完毕后，当筏基继续变形时，钢筋应力继续缓慢地增加。 最高应力出现在刚性筒体边缘处(见图11-5) 。 钢筋应力的最大值达1l0MPa，接近一般的允许应力。实测结果表明，该筏基的
7、大多数断面，其受力状态仍属于不开裂情况。 实测结果表明，筒体边缘处的筏基内增加局部钢筋是必要的(见图11-5)。,2019/5/23,16,四、计算与实测的综合比较,筏基的沉降，反力和应力分布的综合比较见图11-6。,2019/5/23,17,从测试历时8年实测资料分析得到的结论是： 1.沉降预估应考虑土与结构物的共同作用； 2.在分析中应考虑上部结构刚度对减少差异沉降的影响； 3.在超压密粘土上，大型筏基的差异沉降主要发生在结构施工期间； 4.筏基的大多数断面处于不开裂受力状态； 5.采用的近似分析方法可定性地预估筏基的性状。,2019/5/23,18,第二节 高层建筑的桩箱基础世茂滨江花园
8、,世茂滨江花园(Shimao Riviera Garden)是中国最大规模的超高层水景豪宅，座落在上海浦东，该豪宅是由7幢4955层、高达169m大楼组成。 桩箱基础，箱板厚度 2.0m，长58 m、直径850mm的灌注桩，落在7-2粉砂层中。总桩数为464根，根据桩的荷载试验，确定单桩容许承载力为5000kN，上部结构为钢筋混凝土剪力墙。 桩箱基础的桩布置相当匀称。基础形状为不规则，面积约为2700m2，埋深8.27m。 采用上部结构与地基基础共同作用理论对其中一幢豪宅的桩箱基础的性状进行实测与计算分析。,2019/5/23,19,上海世茂滨江花园,2019/5/23,20,世茂滨江花园基础
9、平面图见图11-7。,建筑场地的地质条件见表11-1。,2019/5/23,21,表11-1 各层土的物理-力学性质指标,说明：填土1.3m, 地下水位为0.5m,2019/5/23,22,一、实测和计算沉降,1. 实测沉降 该建筑在2002年2月1日结构封顶，沉降测量从2001年3月21日开始，到2002年10月28日止，共36次。 沉降布置点见图11-7，现选测点CJ28(相当中点)，绘制沉降随时间变化的曲线，见图11-8。 可以推算，最终稳定沉降约为50mm.。同时，绘制沿纵剖面的实测沉降图，如图11-9 所示。,2019/5/23,23,图11-8 CJ28#沉降随时间变化的曲线,图1
10、1-9 沿纵剖面的实测沉降,2019/5/23,24,2. 计算沉降 计算的最大沉降为46.5mm, 如图11-10所示。,从图11-8、图11-9和图11-10对比可见，计算最大沉降与实测最终沉降很接近，而且，沿纵剖面的计算沉降与实测沉降也相当吻合。,2019/5/23,25,二、计算弯矩,沿纵剖面计算的弯矩分布见图11-11。最大弯矩为4257kN-m, 相应的基础应力为2838kPa，因此，建筑非常安全。,2019/5/23,26,三、群桩的荷载分布,群桩的荷载沿纵剖面的分布如图11-12所示，桩的最大荷载为5163kN，位置靠近核心部。该值刚刚超过桩的容许承载力(5000kN)。,20
11、19/5/23,27,通常在桩筏或桩箱基础设计中，工程技术人员不考虑桩筏或桩箱间的荷载分担，甚至也不考虑地下水的全浮力。显然，这种设计是比较保守的。 根据上述对世茂滨江花园的桩箱基础的分析，上部结构与地基基础共同作用理论的分析是可行而实用的。,2019/5/23,28,第三节 高层建筑的桩筏基础 金茂大厦,从上世纪七八十年代始，国内外已经很重视对桩筏基础的现场实测，最早当推英国和德国，已约有20幢高层建筑进行实测；例如： 英国的伦敦海德公园骑兵大楼(Hyde Park Cavalry Barracks)，高度为90m，31层高层建筑，桩筏基础； 德国的Messe-Torhaus大楼，高度为13
12、0 m，2230层，桩筏基础； 欧洲最高的德国商业银行大楼(Commerzbank Tower)，高300m，桩筏基础，专门研究上部结构与地基基础共同作用。,2019/5/23,29,在我国上世纪80年代，也很重视桩筏（箱）的现场实测，上海有7幢、武汉有2幢和西安有2幢，共11幢。101层的上海环球金融中心已于2007年9月14日结构封顶，2008年8月间竣工，有比较完整的现场测试资料和分析结果。 下面具体论述典型的高层建筑桩筏基础工程实例金茂大厦。,2019/5/23,30,三、金茂大厦（Jinmao Tower）,金茂大厦位于上海浦东陆家嘴地区，88层，高420.5m，桩筏基础，该楼由主楼
13、和裙房组成。主楼地下三层；裙房五层，地下室三层。总面积23000m2。主楼的基础面积3519m2，相当59.32m59.32m，筏厚4.0m，桩数429根，桩长 83m，筏基埋深19.65m，有效桩长63m。总荷载3,000,000kN (300,000t), 金茂大厦自1998年8月28日竣工，营业至今，使用良好。 金茂大厦总平面图和主楼桩位图分别见图11-22和图11-23，各层土的物理力学性质指标见表11-2。,2019/5/23,31,2019/5/23,32,2019/5/23,33,表11-2 各层土的物理力学指标,注：地下水位为-0.5m。,2019/5/23,34,（一）实测沉
14、降分析,1.沉降观测数据 沉降测量从1995年10月5日开始到2003年4月1日，在将近7年半期间里，共进行149次的沉降测量，这在中国是首次。 主楼筏基的沉降测点平面图见图11-24，沉降剖面图见11-25。,2019/5/23,35,2019/5/23,36,2019/5/23,37,2.沉降数据分析 最大沉降(M7)为82mm，最小沉降(M1)为44mm，形状像一个倒锅形，根据对M1M13测点的分析，沉降相当对称。 平均沉降。如取13个测点(M1-M13)的平均值，平均沉降值为59.4mm，如取核心筒的5测点(M7,M4,M6,M10,M8),此时的平均沉降值为77.4mm。,2019/
15、5/23,38,稳定沉降。 如果从148、149两次计算，时间相隔3个月（2003年1月7日到4月1日）的沉降测量对比，只有核心筒的5个测点中有两测点相差1 mm，其余8个测点相差为零。 如果从147次和149两次计算，时间相隔7个月（2002年9月30日到2003年4月1日），也只有3个测点（包括前述2个测点）相差1mm。 建筑变形测量规程(JGJ8-2007，前身为JGJ8-97)条款5.5.5-4指出：当最后100d沉降速率小于0.010.04mm/d，可认为建筑物已经进入稳定阶段，根据规范要求，大厦的沉降基本趋于稳定。根据分析推算，若干年后，沉降将达到9cm。,2019/5/23,39
16、,（二）高层建筑与地基基础共同作用的计算分析,对于超高层建筑，沉降和差异沉降控制要求严格，安全度的保证特别高，设计时，必须把应力控制在弹性状态内，有别于一般的高层建筑。 根据表11-2的土的指标，计算的平均桩土弹性模量Eo=33MPa。采用高层建筑与地基基础共同作用理论计算桩筏基础沉降、桩顶反力筏板弯矩和应力。 现选中轴线的沉降、桩顶反力、筏板弯矩和应力的计算结果分别示于图11-26，图11-27、图11-28和图11-29。,。,2019/5/23,40,1桩筏基础沉降 基础设置滤水层，不必考虑浮力的影响。为了与考虑浮力的比较，计算结果如图11-26所示。 实测的中点沉降为82mm，推算稳定沉降约为95mm。计算沉降为110 mm，两者比较接近。从实测与计算的沉降剖面比较，两者形状均像一个倒锅形。,图11-26 桩筏基础的中轴线沉降,2019/5/23
