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1、大底盘多塔楼高层建筑基础设计筏板有限元基筏板有限元基础适用于大底适用于大底盘、多塔的、多塔的新新设计方法方法 ：010-64517375，84272121-2162 中国建筑科学研究院朱春明 研究员2007.92内容l1，大底盘高层建筑基础设计简介l2，上部结构荷载的正确使用l3，上下部结构共同作用l4，沉降、内力计算及地基模型的选择l5，大底盘高层建筑基础交互设计l6，厚板有限元计算改正l7，变刚度调平设计方法应用介绍3一、大底盘多塔楼高层建筑基础设计简介l1，大底盘多塔楼高层建筑应用现况 l 每年城镇竣工的建筑面积达5亿平方米。大底盘多塔楼高层建筑、地下商场、地下车库建筑以及大跨空间、多层
2、地下结构的出现，在目前住宅小区建设以及大型公建项目中都占有非常重要的地位，其面积可达总竣工建筑面积的10%。 4工程实例：北京巴黎城（北京院） 43层，大底盘尺寸210m200m5工程实例：北京西雅图（冶研院）34层，大底盘尺寸230m220m6沉降图7例：北化北化东四四环西区住宅及商西区住宅及商业工程工程（地基所） 18层，大底盘尺寸138m103m8工程实例：上海陆家嘴金融贸易区X2地块（茂尔盛maunsell深圳公司） 35层，大底盘尺寸127m160m92、给地基基础设计与施工带来的问题l（1）上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大，荷载不均匀，基底反力不均匀，基础底板的不均匀变形。设计
3、不当会引起基础开裂。例如国贸二期工程底板裂缝，防水失效；昆明建筑大厦梁板式筏基开裂，底板防水失效。102、给地基基础设计与施工带来的问题l（2）目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝，二是设置施工“后浇带”，待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”砼。（北京降水费用：在6个月以内100120元/平米，612个月150170元/平米）l（3）高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接113,JCCAD软件1213二、二、上部上部结构荷构荷载的正确使用的正确使用lPM荷载lTAT, SATWE, PMSAP荷载l子结构的凝聚荷载l“一次加荷”，l “模拟施工1”， “模拟施工2”，
4、“模拟施工3”l活荷载楼层折减l一层荷载作用点标高1415活载楼层不折减16l1，荷载楼面折减系数的影响l在PM交互输入的楼面折减不但影响梁的设计也影响柱与基础的设计（与楼层折减系数连乘）l规范：荷载楼面折减系数应只影响梁。l2，基础设计是否不考虑地震效应组合（在地基规范3.0.4没有提地震效应组合）？l基础设计应考虑地震效应组合。抗震设计应依据抗震规范，桩基设计还应依据桩基规范，有地方规范(规程)应优先按地方规范设计。（类比：荷载规范中也没有提地震效应组合）17l3，地震效应组合会发生竖向力增加或减小（力不平衡）l按静力概念理解地震效应组合与风荷载组合，认为竖向力不应增加或减小。实际发现力不
5、平衡。l原因是底层地震内力是通过CQC方法得到，CQC是一种用于单个构件的地震内力统计方法，将CQC以后的内力作为荷载来进行整体分析是一种近似，就会发生力不平衡的这种现象。18l4，SATWE等增加“模拟施工3”，基础设计如何取用？l“模拟施工3”实是分层刚度分层加载方法l“模拟施工1”实是整体刚度分层加载方法l“模拟施工3”大大改善了“一次加荷”与“模拟施工1”中的竖向刚度不均匀造成竖向荷载传递不合理现象。 l“施工模拟2”是专为基础设计生成，是一种人工近似。l建议：优先采用“施工模拟3”+上下部结构共同作用l 采用“施工模拟1”+上下部结构共同作用l 采用“一次加荷”+上下部结构共同作用l
6、 “施工模拟2”（不应考虑上下部结构共同作用）l竖向刚度不均匀结构举例：l 框架剪力墙结构，内砼筒体+外钢框架结构19MNQ荷载作用点标高M=M+Q*HH20一层上部结构荷载作用点标高影响：独基，影响：独基，桩桩承台；作用：剪力承台；作用：剪力换换算成弯矩算成弯矩H1H2GABCD21三，上下部结构共同作用TAT,SATWE,PMSAP刚度l1.上部结构计算时假设基础不变形，是固端约束 ：实际结构的基础会沉降且可能不均匀。差异沉降会对上部结构产生次内力。l2.不同结构形式对差异沉降的反应是不同的。l3.地基规范条文中相关内容2223上部结构刚度的影响l1，按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚
7、的上部结构刚度进行计算 lTAT,SATWE,PMSAP刚度凝聚的过程实际上是将上部结构作为整个上下部结构的子结构，对于基础筏板计算是一个准确解。l2，倒楼盖模型上部结构为刚性（计算局部内力）l3，不考虑上部结构刚度上部结构刚度为024巴黎城单塔计算25考虑上部的沉降图 不考虑上部的沉降图26配筋值比较l 考虑上部 不考虑上部 （mm2/m）lX上筋 4955 4184lY上筋 5992 7694lX下筋 9414 9461lY下筋 6945 823427四、基四、基础沉降、内力沉降、内力计算及地基模型的算及地基模型的选择l沉降=附加压应力引起的沉降+回弹再压缩计算l桩基可不考虑回弹再压缩28
8、桩基沉降基沉降计算方法算方法l一、半经验实体深基础法l二、从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算法l建筑地基基础规范GB5007-2002l桩基规范JGJ94-94l上海地基规范DBJ08-11-19992930四、沉降、内力四、沉降、内力计算及地基模型的算及地基模型的选择l 算例：油罐算例：油罐设计l板厚1.1米l桩长36米l油罐直径26.44米l荷载300kPa31323334位置（离中心距m）02.424.827.229.1212.02比值中心处结果桩数1713192430总桩94上海规范沉降12612512011197801.575MINDLIN解沉降（mm）10510410196.791.
9、285.11.234M=1952 kNm/mMINDLIN解桩反力（kN）1338137214261449163025391.898A=6862 mm2/m修正解沉降（mm）98.197.997.195.894.192.41.065M= 620 kNm/m修正解桩反力（kN）1529155016051692183721051.377A=2364 mm2/mWINKLER解沉降（mm）92.793.093.894.991.197.40.952M=-840 kNm/mWINKLER解桩反力（kN）1779178618011822184518691.051A=2761 mm2/m35沉降比较36桩反
10、力比较37五、大底大底盘高高层建筑基建筑基础交互交互输入入l1 1、工程拼装、工程拼装l2、筏板复、筏板复杂情况介情况介绍l3、提供多种、提供多种优化布化布桩方式方式l4 4、DWGDWG图转桩位位l5 5、外接荷、外接荷载381 1、工程拼装、工程拼装望京望京B11-1项目目B区（区（34层）392、筏板复、筏板复杂情况介情况介绍l不等高，不等厚l开大天井情况l水浮力l抗水架空板l设置后浇带403、桩布置方式的布置方式的选择l桩筏下桩布置的特点l 桩位的随意性，桩位自成网格l 桩位与荷载的相关性就地消化l常用方式：单桩布置，单桩拷贝，围桩承台。l梁下布桩筏板应后布或不布。l优化布桩可对桩筏基
11、础先按承台桩布置，然后再删除承台414 4、DWGDWG图转桩位位( ( ( (万豪世万豪世万豪世万豪世纪纪中心中心中心中心) ) 42万豪世万豪世纪中心中心l场区原设计为嘉利来世贸广场，由地上33层办公楼（A1座，高度约128m）、24层办公楼（A2座）、1115层公寓楼、4层群楼及外围大面积纯地下车库组成，各部分均设三层地下室，基础埋深为14.718.0m。l1995年，进行了基坑土方开挖和33层办公楼（A1座）桩基施工，办公楼区域工程桩总数约2000根，400的预应力管桩，桩长约67m，桩顶标高约在 23.30m左右，桩中心距为1.2m，设计单桩竖向承载力标准值为1000kN。此后原工程
12、因故停工，基坑废弃并陆续被回填。l2003年北京美邦亚联公司承接该项目，对设计方案重新进行了调整，定位为办公、酒店高层建筑及大底盘商用裙房结构的大型综合性建筑体。其中酒店部分地上34 层，建筑高度128.2m，地下3层，基础埋深18.20m，位置局部对应于原A1座33层办公楼。裙房地上35 层，地下3层，框筒结构，桩筏基础。435 5、外接荷、外接荷载 CCTV445 5、外接荷、外接荷载455 5、外接荷、外接荷载465 5、外接荷、外接荷载474 4、外接荷、外接荷载48地震49六、厚板有限元计算改正l（一）筏板计算前处理l（二）筏板“后浇带”计算l（三）筏板计算后处理50（一）筏板计算前
13、处理l基础筏板中厚板有限元计算前处理特点：l(1) 单元尺寸可调节,能解决任意体量的筏板单元划分l(2) 调用上部结构底层柱、墙及筏板上的梁肋构成初网格,形成房间l(3) 用四边形(8节点)及三角形(6节点)高精度等参单元进行自动加密l(4) 减少人工干预，增加可操作性51工程实例：北京巴黎城43层，大底盘尺寸210m200m52网格划分图53网格划分图（局部）54工程实例：望京望京B11-1项目目B区区34层，大底盘尺寸176m47m55网格划分图56网格划分图（局部）57（二）筏板“后浇带”计算58计算原理l计算时分成“后浇带”前内力计算与“后浇带”后内力计算。l“后浇带”前内力是按独立的
14、几块板分开计算，相互不连接，不传递弯矩与剪力。l “后浇带”后内力是按整体计算弯矩与剪力。 l总内力是将前后内力进行叠加。通过设置加荷比例系数来模拟“后浇带”浇注时间。l考虑“后浇带”的计算使内力更加合理，配筋更加节省。59工程实例：北京恒富家园60设后浇带61设置加荷比例系数l0.0 =不设l1 .0 =永久设l0 .5 =完成一半62不设后浇带（系数为0）沉降图连续63不设后浇带（系数为0.5）沉降图在后浇带处不连续64（三）筏板计算后处理lJCCAD提供以下筏板配筋模式：l (1)板带方式配筋；l (2)分区域均匀配筋；l (3)新板带方式配筋（新增）65新板带方式配筋6667七、变刚度
15、调平设计方法应用介绍l对于高层建筑桩筏、桩箱基础，按传统设计理念是只重视满足总体承载力和沉降要求，忽略上部结构、承台、桩、土的相互作用共同工作特性，采用均匀布桩，甚至对边角桩实施加强，由此导致基础沉降呈蝶形分布、反力呈马鞍形分布，主裙差异变形显著，基础整体弯距和核心区冲切力过大，虽然基础板配筋较多，但有的基础板和上部结构仍有裂缝出现乃至影响正常使用。l针对上述情况，提出变刚度调平设计新理念 。68调平设计基本内涵l基本内涵是：首先，考虑框筒、框剪结构的荷载与刚度分布特点和相互作用引起的应力场不均，实施变刚度布桩（视地质条件实施，变桩长、桩径、桩距）强化核心区，弱化核心区外围；对于刚度相对弱化区
16、考虑桩土共同分担荷载。69调平设计作法l对于主楼裙房联体建筑，则按强化主体弱化裙房的原则设计，主体采用桩基，裙房则应首选天然地基，其次为复合地基、疏短桩基。l采用JCCAD程序进行上部结构、承台、桩、土的共同作用分析，调整布桩，使差异沉降趋于最小，合理确定箱、筏承台的板厚与配筋。 70巴黎城单塔计算（均匀/非均匀布桩）71考虑上部的沉降图（均匀/非均匀布桩）72考虑上部刚度的配筋值l 均匀布桩 非均匀布桩（mm2/m）lX上筋 7679 4955lY上筋 13733 5992lX下筋 15285 9414lY下筋 11325 694573例子：威海海悦国威海海悦国际大厦大厦7475威海海悦国威
17、海海悦国际大厦大厦CFG桩复合地基复合地基 l海悦国际大厦由主楼与裙楼组成，主裙楼连体。主楼建筑物地上30层，裙楼地上4层，地下2层，建筑高度99.90M，外框内筒结构，平面呈矩形，整个建筑物东西长142.5 m，南北宽44 m，建筑面积约12万平方米。采用筏基，CFG桩复合地基。 76威海海悦国威海海悦国际大厦大厦设计方案1、核心筒部分CFG桩桩长22m，桩径400mm，桩间距1.6m左右，单桩承载力特征值为800KN，桩数为182根。2、柱下CFG桩桩长19m，桩径400mm，桩间距1.6m左右，单桩承载力特征值为700KN，桩数为451根。3、主楼部分基础底板厚1.6m, 核心筒部分板厚
18、2.2m。4、裙房部分采用梁板式基础,梁尺寸是800 mm宽1400mm高, 板厚0.5m。5、主裙楼之间设后浇带。6、裙房的抗浮设计不设置抗拔桩，利用建筑物的自重和配重平衡水浮力。7、筏板砼强度等级是C40，CFG桩砼强度等级是C30，受拉受压的钢筋是三级钢，箍筋是二级钢。0标高处于地质资料标高4.30 m，筏板底标高为-10m，处于地质资料标高-5.70 m,埋深8.70 m。8、筏板下天然地基承载力特征值270kPa。77基础布置图78沉降图79桩土反力图80小结l地基基础设计计算：能算，结果合理l 软件是辅助工具，使用者要有经验l上部结构设计计算：算准，结果准确l 使用者比较依赖软件l软件目标：向TAT，SATWE，PMSAP学习l欢迎同志们多提宝贵意见。81谢谢!82
