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1、大底盘多塔楼高层建筑基础设计讲座Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望内容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2一、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、多层地下结构的出现，在目
2、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%。 3工程实例：北京巴黎城（北京院） 43层，大底盘尺寸210m200m4工程实例：北京西雅图（冶研院）34层，大底盘尺寸230m220m5沉降图6例：北化东四环西区住宅及商业工程北化东四环西区住宅及商业工程（地基所） 18层，大底盘尺寸138m103m7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127m160m82、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。设计不当会引起基础
3、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。92、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103,JCCAD软件1112二、二、上部结构荷载的正确使用上部结构荷载的正确使用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”， “模拟施工3
4、”l活荷载楼层折减l一层荷载作用点标高1314活载楼层不折减15l1，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）16l3，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。实际发现力不平衡。l原因
5、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。17l4，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 “施工模拟
6、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18MNQ荷载作用点标高M=M+Q*HH19一层上部结构荷载作用点标高影响：独基，桩承台；作用：剪力换算成弯矩H1H2GABCD20三，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2122上部结构刚度的影响l1，按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部结构刚度进行计算 lTAT,SATWE,PMS
7、AP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023巴黎城单塔计算24考虑上部的沉降图 不考虑上部的沉降图25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 823426四、基础四、基础沉降、内力计算及地基模型的选择沉降、内力计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27桩基沉降计算方法桩基沉降计算方法l一、半经验
8、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DBJ08-11-19992829四、四、沉降、内力计算及沉降、内力计算及地基模型的选择地基模型的选择l 算例：油罐设计算例：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300kPa30313233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）10510410196.791.285.11.234M=195
9、2 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/m34沉降比较35桩反力比较36五、大底盘高层建筑基
10、础大底盘高层建筑基础交互输入交互输入l1 1、工程拼装、工程拼装l2、筏板复杂情况介绍、筏板复杂情况介绍l3、提供多种优化布桩方式、提供多种优化布桩方式l4 4、DWGDWG图转桩位图转桩位l5 5、外接荷载、外接荷载371 1、工程拼装、工程拼装望京望京B11-1项目项目B区（区（34层）382、筏板复杂情况介绍、筏板复杂情况介绍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393、桩布置方式的选择、桩布置方式的选择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
11、对桩筏基础先按承台桩布置，然后再删除承台404 4、DWGDWG图转桩位图转桩位( ( ( (万豪世纪中心万豪世纪中心万豪世纪中心万豪世纪中心) ) 41万豪世纪中心万豪世纪中心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10
12、00kN。此后原工程因故停工，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。425 5、外接荷载、外接荷载 CCTV435 5、外接荷载、外接荷载445 5、外接荷载、外接荷载455 5、外接荷载、外接荷载464 4、外接荷载、外接荷载47地震48六、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
13、计算后处理49（一）筏板计算前处理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50工程实例：北京巴黎城43层，大底盘尺寸210m200m51网格划分图52网格划分图（局部）53工程实例：望京望京B11-1项目项目B区区34层，大底盘尺寸176m47m54网格划分图55网格划分图（局部）56（二）筏板“后浇带”计算57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
14、算。l“后浇带”前内力是按独立的几块板分开计算，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。58工程实例：北京恒富家园59设后浇带60设置加荷比例系数l0.0 =不设l1 .0 =永久设l0 .5 =完成一半61不设后浇带（系数为0）沉降图连续62不设后浇带（系数为0.5）沉降图在后浇带处不连续63（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）64
15、新板带方式配筋6566七、变刚度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 。67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
16、化核心区外围；对于刚度相对弱化区考虑桩土共同分担荷载。68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。 69巴黎城单塔计算（均匀/非均匀布桩）70考虑上部的沉降图（均匀/非均匀布桩）71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 694572例子：威海海悦国际大厦威
17、海海悦国际大厦7374威海海悦国际大厦威海海悦国际大厦CFG桩复合地基桩复合地基 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。 75威海海悦国际大厦威海海悦国际大厦设计方案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
18、部分基础底板厚1.6m, 核心筒部分板厚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。76基础布置图77沉降图78桩土反力图79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。80谢谢!81
