摘要：基礎(chǔ)設(shè)計對于結(jié)構(gòu)工程師來說是最難的問題之一。筏板基礎(chǔ)作為常見的基礎(chǔ)形式之一，主要應(yīng)用于高層建筑，適用于地基土質(zhì)差，或建筑物要求基礎(chǔ)有足夠的剛度來調(diào)節(jié)不均勻沉降。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)形勢及科技的迅猛發(fā)展，高層建筑的建設(shè)呈現(xiàn)出數(shù)量大，層數(shù)多，結(jié)構(gòu)體系新穎，計算理論和施工方法不斷更新的趨勢。高層建筑的受力復(fù)雜，對基礎(chǔ)的強度、剛度和穩(wěn)定性的要求也更加嚴(yán)格。本文闡述了筏板基礎(chǔ)埋深及承載力的確定、筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對今后類似項目的基礎(chǔ)設(shè)計提供了一定思路和方法，具有一定的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；筏板；基礎(chǔ)設(shè)計

高層建筑的水平荷載和垂直荷載數(shù)值都比較大，伴隨著建筑層數(shù)的增加，其水平荷載產(chǎn)生的剪力大大增大，導(dǎo)致引起的傾覆力也成倍增長，這樣就導(dǎo)致高層建筑的受力更為復(fù)雜。要求地基能夠提供更高的水平承載力和豎直方承載力，同時將沉降量及傾斜度控制在合理范圍內(nèi)，那么就要選擇與其要求相對應(yīng)的理論方法和基礎(chǔ)形式，對高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計就尤為重要，在整個建筑體的結(jié)構(gòu)中起著舉足輕重的作用，其中核心是對結(jié)構(gòu)中筏板基礎(chǔ)的設(shè)計。筏板基礎(chǔ)是指當(dāng)建筑地基比較軟弱、承載力低、上部結(jié)構(gòu)的負(fù)荷承載量大且十字型基礎(chǔ)不能提供足夠底面積時，可以采取的一種建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計方式，對筏板基礎(chǔ)有效合理的設(shè)計能夠為提高整個建筑體結(jié)構(gòu)的安全性提供基礎(chǔ)保證，同時也是關(guān)于到建筑整體質(zhì)量的基礎(chǔ)。

1、工程地質(zhì)概況

本工程場地內(nèi)基巖埋深較淺，其中強風(fēng)化巖埋深基本在5～6m左右，承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa≥500kPa，地下室底板面相對標(biāo)高為4.5m，因此如采用厚板片筏基礎(chǔ)，底板將基本落在強風(fēng)化巖上，可以利用強風(fēng)化巖作為筏板持力層，小部分落在殘積土層的可用C10混凝土換填。筏板基礎(chǔ)的整體剛度好，可以調(diào)整基礎(chǔ)的不均勻沉降，施工簡便，能有效縮短工期，且本工程柱荷載相差不太大，也有利于減少基礎(chǔ)的不均勻沉降，并且降低工程造價。

2、高層建筑基礎(chǔ)選型

在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中，高層建筑基礎(chǔ)選型是一個最重要組成部分，直接關(guān)系到工程造價、施工難度和工期，因此應(yīng)認(rèn)真研究場地巖土性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)特點，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。高層建筑的基礎(chǔ)選型應(yīng)因地制宜，除基礎(chǔ)應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范允許的沉降量和沉降差的限值外，整體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合規(guī)范對強度、剛度和延性的要求，選用樁基或筏基都不是絕對的，而安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理才是基礎(chǔ)選型的標(biāo)準(zhǔn)。高層建筑的基礎(chǔ)除直接建于堅硬的巖石上外，一般有如下幾種類型：

2.1十字交叉條形基礎(chǔ)

在柱網(wǎng)下縱、橫兩個方向上均設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，使上部結(jié)構(gòu)在縱橫兩個方向均有聯(lián)系。這種基礎(chǔ)適宜于地基較弱，土的壓縮性或柱荷載的分布在兩個方向都很不均勻的情況。設(shè)置十字交叉基礎(chǔ)后，可以進(jìn)一步擴(kuò)大基礎(chǔ)的底面積，同時由于這種基礎(chǔ)具有空間剛度，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。

2.2筏板基礎(chǔ)

當(dāng)?shù)鼗苘浫?，承載能力低，而上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載又很大，以致于十字

條形基礎(chǔ)還不能提供足夠的底面積時，可采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。它可做成

平板式和梁板式兩種。

2.3樁基

高層建筑結(jié)構(gòu)作用在基礎(chǔ)上的荷載大，基礎(chǔ)埋置深，一般設(shè)置地下室并常常有作為人防工程或地下停車庫等要求，因此，基礎(chǔ)工程的材料用量多、施工復(fù)雜且施工周期長，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對建筑總造價有很大影響。高層建筑的基礎(chǔ)除極少數(shù)可直接建于堅硬的巖石上以外，一般采用鋼筋混凝土片筏式基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，而樁基礎(chǔ)是高層建筑最常用的基礎(chǔ)形式。樁基可采用鋼筋混凝土預(yù)制樁、灌注樁或鋼樁。樁基選擇和承臺設(shè)計應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)類型、荷載大小、樁穿越的土層、樁端持力層土類、地下水位、施工條件和經(jīng)驗、制樁材料供應(yīng)條件等因素綜合考慮，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，確保工程質(zhì)量。

2.4箱形基礎(chǔ)

當(dāng)?shù)鼗苘浨也痪鶆?，采用筏板基礎(chǔ)剛度小，難于滿足要求時，可采用箱

形基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)是一種具有很大底面積、埋深和整體剛度的基礎(chǔ)，與一般基礎(chǔ)

相比，有很大的剛度，能有效地擴(kuò)散上部結(jié)構(gòu)傳給地基的荷載，同時又能較好

地抵抗由于局部地層土質(zhì)不均勻或受力不均勻所引起的地基不均勻變形，減少

沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響。與地下室結(jié)合，充分利用建筑物的地下空間。但是由

于它要耗費較多的鋼筋和混凝土，同時還要考慮解決大面積開挖所帶來的施工

難度，所以一般要根據(jù)建筑物的具體要求，通過與其它地基基礎(chǔ)類型進(jìn)行技術(shù)、

經(jīng)濟(jì)比較才能確定是否適用。地基基礎(chǔ)方案的選擇是受上部結(jié)構(gòu)類型、使用荷載大小、施工設(shè)備及技術(shù)力量等多種因素制約的。對每一個具體工程，應(yīng)在滿足上部結(jié)構(gòu)要求的條件下，結(jié)合工程地質(zhì)、工程所具備的施工力量以及可能提供的建筑材料等有關(guān)情況，綜合考慮，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定最佳方案。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)的優(yōu)點

筏板基礎(chǔ)作為典型淺基礎(chǔ)的形式，主要用來承擔(dān)上部建筑物的荷載。但是因為高層建筑的荷載通常情況下都相對較大，不少工程在設(shè)計施工的過程中一般都很少使用筏板基礎(chǔ)，而改用樁筏基礎(chǔ)或者是樁基礎(chǔ)等基礎(chǔ)的形式。但是在部分情況下，經(jīng)過細(xì)致的研究，選擇筏板基礎(chǔ)來代替樁筏基礎(chǔ)或者是樁基礎(chǔ)，將會具備如下的優(yōu)點：

①筏板基礎(chǔ)通常情況下具有較大的整體剛度，可以在一定程度上對地基的不均勻沉降進(jìn)行調(diào)節(jié)。

②殘積層較厚時，樁基礎(chǔ)投資相對較大，而且施工時間也很長。

③樁基礎(chǔ)在施工過程中對于周圍環(huán)境的影響相對較大。

④樁基礎(chǔ)通常情況下是需要檢測的，檢測不合格還須進(jìn)行必要的加固。

⑤筏板基礎(chǔ)的安全系數(shù)通常是大于4的，而樁基礎(chǔ)的安全系數(shù)通常是2。

⑥筏板可以應(yīng)用到地下室結(jié)構(gòu)中。

⑦筏板基礎(chǔ)的慣性矩通常是較大的，在風(fēng)荷載等橫向荷載的作用下，地基應(yīng)力的增量相對較小。

⑧筏板基礎(chǔ)的固定點位于基礎(chǔ)板位置，而樁基礎(chǔ)的固定點位于承臺下方，所以，地震引起的水平力對于筏板基礎(chǔ)的影響相對較小。

⑨樁基礎(chǔ)在地震過程中會產(chǎn)生相互激擾，導(dǎo)致不同步問題的產(chǎn)生，容易形成相互影響而造成破壞。

⑩筏板基礎(chǔ)的抗震剛度相比樁基礎(chǔ)要大。

4、高層建筑結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)計算模型的選取

根據(jù)彈性厚板的原理及有限元分析的方法，利用有限元軟件SAP2000來建立筏板基礎(chǔ)的三維有限元模型，如圖所示，筏板按照厚板理論，采用三維四節(jié)點板單元。采用厚板方程進(jìn)行計算，考慮橫向剪切變形的影響?？偟膩碚f，地基土是存在非線性性質(zhì)的，但在工作荷載下，地基土基本上處于彈性范圍內(nèi)，土體的非線性性質(zhì)表現(xiàn)不明顯，土體內(nèi)的塑性范圍很小。因此，忽略塑性變形所導(dǎo)致的誤差也很小。為了簡化計算，本文用線彈性模型來模擬地基土和筏板在工作荷載下的性狀。

筏板基礎(chǔ)計算模型圖

5、高層建筑結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)設(shè)計思路

5.1 筏板基礎(chǔ)埋深與承載力的確定

城市中的高層建筑比較密集，因而必須設(shè)置水池、設(shè)備用房、人防工程以及車庫等地下室，并根據(jù)其功能的具體要求來確定建筑物地下室的層數(shù)和層高，這就相應(yīng)的確定了基礎(chǔ)需要的埋深，之后根據(jù)基礎(chǔ)的埋深以及建筑場地土層的特點來選擇基礎(chǔ)的類型，分析是否可以使用天然筏板基礎(chǔ)；因為地區(qū)的地下水位較高以及地下室需要一定的埋置深度，天然筏板基礎(chǔ)又是補償性的基礎(chǔ)，所以在確定地基時可以有兩種辦法，一是根據(jù)地基承載力的設(shè)計值來確定。這種方式根據(jù)地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值按相關(guān)規(guī)范根據(jù)深度與寬度的修正，從而得到承載力特征值，并采用標(biāo)慣試驗以及壓板試驗等和室內(nèi)土工試驗相結(jié)合的判斷方法來對巖土的特點進(jìn)行確定。

5.2 筏板基礎(chǔ)的沉降

地基的驗算主要包括承載力與變形兩方面的內(nèi)容，目前對于地基變形的精確計算相對較為困難，選擇各向同性均質(zhì)的線性變形體計算模型，使用分層總和法求得的自由沉降量通常與實測的地基變形量存在差異。這主要是由下列因素決定：

5.2.1因為理論假定條件和實際狀況是不同的。

5.2.2由于計算公式中選擇的計算參數(shù)、試驗條件以及實際條件的不同所導(dǎo)致的。

5.2.3由于公式計算出的建筑物沉降量僅僅和基礎(chǔ)的尺寸相關(guān)，而實測的沉降量已經(jīng)受到基礎(chǔ)剛度的影響。所以，對高層建筑的地基變形進(jìn)行計算時，因為施工土層較厚通常會引起地基的回彈變形，從而使地基形成微量的隆起，地基回彈再壓縮的變形是不能忽略的。在實際施工的過程中，回彈再壓縮模量的測定與計算相對較為困難，根據(jù)實際經(jīng)驗，回彈量大概是公式計算變形量的10～30%之間，高層建筑實際沉降觀測的結(jié)果將是該計算值的1.1～1.3倍之間。

5.3 筏板基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

筏板基礎(chǔ)的主要結(jié)構(gòu)形式有平板式筏基和肋梁式筏基，包括等厚度或變厚度底板和縱橫向肋梁。一般情況下宜將基礎(chǔ)肋梁置于底板上面，如果地基不均勻或有使用要求時，可將肋梁置于板下，框架柱位于肋梁交點處。在具體筏基設(shè)計時應(yīng)著重考慮如下問題：

5.3.1在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)盡量讓筏板基礎(chǔ)的形心語上部結(jié)構(gòu)的荷載重心重合，進(jìn)而確定底板的尺寸和形狀，若必須將底板設(shè)置成懸臂板時，可以綜合考慮各方面因素影響，盡量減少由于基礎(chǔ)底部的反力值過大而導(dǎo)致基礎(chǔ)承受彎矩作用的影響；

5.3.2筏板的厚度要滿足相應(yīng)的抗?jié)B要求，主要是由抗剪強度以及抗沖切的強度進(jìn)行確定。一般來說，板厚應(yīng)該要在400mm以上，而對于部分軸力比較大的墻、柱，筏板的厚度應(yīng)該要適當(dāng)加厚。尤其是針對角部和邊緣部分的墻體，以及不規(guī)則的筏板沖面，應(yīng)該要按照實際的沖切面來對筏板的厚度進(jìn)行計算。

5.3.3無肋梁筏板基礎(chǔ)的配筋可近似按無梁樓蓋設(shè)柱上板帶和跨中板帶（倒樓蓋法）的計算方法進(jìn)行，精確計算可用有限元法；對肋梁式筏基，當(dāng)肋梁高度比板厚大得較多時，可分別計算底板和肋梁的配筋，即底板以肋梁為固定支座按雙向板計算跨中和支座彎矩，并適當(dāng)調(diào)整板跨中和支座的配筋。

5.3.4底板的構(gòu)造配筋：對于筏板基礎(chǔ)的受力鋼筋應(yīng)當(dāng)滿足0.15%的最小配筋率要求，對于懸挑板應(yīng)在其角處安放附加鋼筋；在設(shè)計設(shè)計時，設(shè)計人員往往忽視規(guī)范對于構(gòu)造筋的要求，只是注重結(jié)構(gòu)鋼筋的配置。

5.4梁板式筏板基礎(chǔ)構(gòu)造要求

5.4.1梁板式筏板基礎(chǔ)的底板和基礎(chǔ)梁除滿足計算要求外，縱橫方向都支座鋼筋尚有1/2～1/3貫通全跨，其配筋率不應(yīng)小于0.15，跨中鋼筋應(yīng)按實際配筋全部貫通，

5.4.2梁板式筏板基礎(chǔ)板厚應(yīng)滿足最小構(gòu)造要求，對于12層以上都高層建筑，筏板厚度不應(yīng)小于400，底板厚度與最大雙向板格都短邊凈跨之比尚不應(yīng)小于1/14，基礎(chǔ)底板計算應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性要求，筏板厚度太薄則計算配筋偏大，雖然混凝土用量少，但鋼筋用量偏大，可能不經(jīng)濟(jì)，相反，筏板厚度偏厚，以致構(gòu)造配筋比計算配筋還大，使混凝土和鋼筋用量都會增加，同樣不經(jīng)濟(jì)，應(yīng)考慮實際工程中筏板跨度選取合適的板厚。

5.4.3梁板式筏基當(dāng)筏板混凝土強度小于柱混凝土強度時，尚應(yīng)考慮局部承壓承載力驗算，因基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)混凝土體積一般較大，為防止混凝土凝結(jié)硬化過程中水化熱引起溫度效應(yīng)及混凝土收縮對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利影響，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一般都采用強度較低都混凝土，因此，柱混凝土強度等級一般都原高于筏板都混凝土強度等級，因此應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010 驗算局部受壓承載力。

6、結(jié)語

高層建筑基礎(chǔ)選型是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要組成部分，直接關(guān)系到工程造價、施工難度和工期，其設(shè)計的合理程度關(guān)系到整個建筑物建設(shè)的安全和施工工期進(jìn)度。筏板基礎(chǔ)設(shè)計作為基礎(chǔ)設(shè)計中重要核心部分關(guān)系到建筑主體基礎(chǔ)部分建設(shè)的安全質(zhì)量，所以要加強對高層建筑筏板基礎(chǔ)的設(shè)計，在具體設(shè)計中要考慮到所涉及各方面的細(xì)節(jié)問題，首先確定筏板基礎(chǔ)的深埋和承載力，其次做好對天然筏板基礎(chǔ)的變形量計算，然后做到注重對筏板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，最后做好筏板基礎(chǔ)中抗浮錨桿的設(shè)置，來做到對筏板基礎(chǔ)設(shè)計的合理性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性，從而保證整個建筑建設(shè)的質(zhì)量和安全。

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