龍業(yè)平（湖南省建筑設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙410011）

柱下交叉條形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

龍業(yè)平（湖南省建筑設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙410011）

結(jié)合益陽(yáng)某高層商業(yè)建筑的工程實(shí)踐，根據(jù)地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)剛度與荷載、工期、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行了獨(dú)立柱基、樁基、柱下交叉條基方案的比較并確定本工程采用柱下交叉條基。詳細(xì)介紹了柱下交叉條基的設(shè)計(jì)方法。計(jì)算結(jié)果表明本工程采用柱下交叉條形基礎(chǔ)是合適的。

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；獨(dú)立柱基；樁基、柱下交叉條基

引言

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，在建設(shè)投資中占的比重較大，建設(shè)方也極為重視。由于地質(zhì)條件差異性及影響因素的多樣性，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要比上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要復(fù)雜很多。在滿足地基承載力和變形要求的情況下，高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中往往存在多種選擇方案，而如何對(duì)這些方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和分析，從中選擇出經(jīng)濟(jì)、可靠的地基基礎(chǔ)方案，在當(dāng)前注重經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的環(huán)境下是一件很有現(xiàn)實(shí)意義的工作。本文將結(jié)合益陽(yáng)某高層商業(yè)建筑工程實(shí)踐，重點(diǎn)介紹柱下交叉條基設(shè)計(jì)的過(guò)程。

1 工程概況

本工程為益陽(yáng)市赫山區(qū)某商業(yè)綜合體建筑，總用地面積為4.7萬(wàn)m2，總建筑面積為8.3萬(wàn)m2，由A號(hào)樓、B號(hào)樓、C號(hào)樓組成，全部為地上建筑無(wú)地下室。其中A號(hào)樓為二至四層商業(yè)樓，建筑高度為17.20～22.90m；B號(hào)樓為二至四層停車(chē)場(chǎng)，局部為商業(yè)，建筑高度為15.90～20.90m；C號(hào)樓一至三層為商業(yè)，四層為影院，建筑高度27.20m，結(jié)構(gòu)形式均為框架結(jié)構(gòu)。

2 地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地原地形為低山山地，所處地貌類(lèi)型為剝蝕低緩山地。場(chǎng)地相對(duì)較為平坦，標(biāo)高為55.20～63.90m。在勘察深度范圍內(nèi)，地基土自上而下劃分為4層詳見(jiàn)表1。其中②粘土fak= 240kPa；③粘土fak=160kPa；④強(qiáng)風(fēng)化玄武巖fak=400kPa。

3 基礎(chǔ)方案的選擇

勘察報(bào)告建議A號(hào)樓和B號(hào)樓采用天然地基上淺基礎(chǔ)，以第③層粘土為基礎(chǔ)持力層；C號(hào)樓采用樁基礎(chǔ)，樁型可選擇采用旋挖樁或高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁及預(yù)制方樁，以第③層粘土或第④層強(qiáng)風(fēng)化細(xì)碧玄武巖為樁基持力層。

表1 工程地質(zhì)情況

3.1 框架結(jié)構(gòu)常用的基礎(chǔ)形式

獨(dú)立柱基適用于柱荷載不大，地基承載力較好時(shí)，具有經(jīng)濟(jì)、施工方便的特點(diǎn)；當(dāng)?shù)鼗休d力較低，采用獨(dú)立柱基底面積不足以承受上部結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，可以采用單向的柱下條基或柱下交叉條基；當(dāng)?shù)鼗休d力低，而上部結(jié)構(gòu)荷載又較大，特別是又有地下室時(shí)采用筏板基礎(chǔ)。對(duì)框架結(jié)構(gòu)的建筑物，基礎(chǔ)形式一般按照獨(dú)立柱基—柱下條基-筏板基礎(chǔ)這樣的順序選擇，盡可能采用前面比較經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)形式，只有當(dāng)前面一種基礎(chǔ)無(wú)法滿足地基承載力計(jì)算時(shí)才考慮采用后面一種基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)適用于采用天然地基無(wú)法承受上部結(jié)構(gòu)荷載的情況，具有承載力高、沉降小、結(jié)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 基礎(chǔ)形式的確定

A號(hào)樓和B號(hào)樓采用獨(dú)立柱基，本文主要討論C號(hào)基礎(chǔ)的選擇。C號(hào)樓主要柱網(wǎng)尺寸為7.8m×8.4m，局部大柱網(wǎng)為8.0m×10.8m，沿商業(yè)綜合體一側(cè)懸挑4.0m寬走廊的平面不規(guī)則的L型高層商業(yè)建筑。根據(jù)SAWTE計(jì)算結(jié)果顯示未懸挑走廊的邊柱柱底標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力大約在4000～4500kN，中柱柱底標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力大約在5000～6500kN，懸挑走廊的邊柱柱底標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力大約在6800～7800kN。C號(hào)樓正負(fù)零標(biāo)高為54.100m，假定基礎(chǔ)埋深為2.0m，根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范和勘察報(bào)告修正后的地基承載力特征值fa=187kPa。假如采用獨(dú)立柱基方案，單個(gè)獨(dú)立柱基面積大約在25～50m2，基礎(chǔ)的尺寸太大了，不合適。假如按照地勘報(bào)告采用樁基礎(chǔ)方案，持力層選擇③層粘土?xí)r樁端端阻標(biāo)準(zhǔn)值900～1100kPa，樁側(cè)側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)為30kPa，單樁承載力較低；選擇④層強(qiáng)風(fēng)化細(xì)碧玄武巖時(shí)，又因?yàn)棰蹖诱惩撂駥?dǎo)致樁身太長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)并且采用樁基礎(chǔ)方案必須按規(guī)范進(jìn)行基樁承載力和樁身完整性檢測(cè)，將極大的影響建設(shè)方要求施工單位在25d完成基礎(chǔ)到三層樓面的施工工期目標(biāo)。C號(hào)樓上部荷載較大，地基承載力較低，采用獨(dú)立柱基又不能滿足要求并且無(wú)地下室，適用柱下條基。根據(jù)獨(dú)立柱基方案可知基礎(chǔ)面積比較大，單向的柱下不能承受上部結(jié)構(gòu)荷載，采用柱下交叉條基。

4 柱下條基設(shè)計(jì)

4.1 節(jié)點(diǎn)荷載分配計(jì)算

柱下十字交叉條形基礎(chǔ)是柱網(wǎng)下縱橫兩組條形基礎(chǔ)組成的一種空間結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)的交叉點(diǎn)處承受柱網(wǎng)傳下的荷載。十字交叉柱下條形基礎(chǔ)的計(jì)算主要是解決節(jié)點(diǎn)荷載沿縱橫兩個(gè)方向的分配，分配時(shí)需要滿足節(jié)點(diǎn)處的靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件。采用文克勒地基模型并忽略相鄰荷載的相互影響，可以得到交叉節(jié)點(diǎn)的荷載分配公式：

式中：Fik，F(xiàn)ix，F(xiàn)iy分別為柱豎向荷載及其在x，y方向分配的荷載；bx，by分別為x，y方向基礎(chǔ)的底面寬度；μix，μiy分別為Fik在x，y方向的分配系數(shù)；Zx，Zy是λxx0，λyy0的函數(shù)，λx，λy分別是基礎(chǔ)梁x，y方向的柔度特征值，x0，y0是自節(jié)點(diǎn)起算的x，y方向地基梁的外伸長(zhǎng)度；Sx，Sy分別為x，y方向基礎(chǔ)梁的特征長(zhǎng)度。

式中：k為地基的基床系數(shù)；E為基礎(chǔ)材料的彈性模量；Ix，Iy分別為x，y方向基礎(chǔ)梁的慣性矩。將公式（4）代入公式（3）可得：

在初步確定底面尺寸時(shí)可以假定Ix=Iy和bx=by，則公式（5）可以簡(jiǎn)化為：

十字交叉條形基礎(chǔ)的交叉節(jié)點(diǎn)分為角柱、邊柱和內(nèi)柱節(jié)點(diǎn)三類(lèi)。對(duì)于內(nèi)柱節(jié)點(diǎn)，Zx=Zy=1，μix=μiy=0.5；對(duì)于角柱節(jié)點(diǎn)，假定x，y方向地基梁的外伸長(zhǎng)度相等，則Zx=Zy，μix=μiy=0.5。x方向邊柱節(jié)點(diǎn)，視x方向基礎(chǔ)梁為無(wú)限長(zhǎng)梁，Zx=1，假如最小柱距為8m（C號(hào)棟柱網(wǎng)7.8m×8.4m近似取8.0m），則y方向基礎(chǔ)梁的外伸長(zhǎng)度為y0=8/4=2m，根據(jù)柱間距不小于1.8/λ的要求，可取λy=1.8/8=0.225m-1，則可以得到λyy0=0.225×2=0.45，可知Zy=1.748，則μix=0.636，μiy=0.364；y方向邊柱節(jié)點(diǎn)μix= 0.364，μiy=0.636。

4.2 柱下交叉條基計(jì)算步驟

（1）按柱距的1/4～1/8假定基礎(chǔ)梁的高度h，并按框架柱截面假定基礎(chǔ)梁的寬度b。

（2）計(jì)算每一軸線的基礎(chǔ)梁的長(zhǎng)度L，該長(zhǎng)度為此軸線兩端柱間的距離加兩端端部第一跨長(zhǎng)度的0.25倍。

（3）根據(jù)SATWE計(jì)算得到的每個(gè)柱柱底標(biāo)準(zhǔn)組合內(nèi)力，并按節(jié)點(diǎn)荷載分配計(jì)算方法計(jì)算出x方向每一軸線的總荷載Fix和y方向每一軸線的總荷載Fiy。

（5）根據(jù)基礎(chǔ)底板的寬度B和基礎(chǔ)梁的寬度b，確定翼板的端部和根部的厚度。

（6）將上述1～5步定義好的柱下條基輸入JCCAD中進(jìn)行基礎(chǔ)計(jì)算。

（7）根據(jù)第6步的計(jì)算結(jié)果判斷基礎(chǔ)截面是否合理。根據(jù)地基反力的大小判斷柱下條基底板的寬度是否合適？通過(guò)基礎(chǔ)梁和翼板的配筋判斷基礎(chǔ)梁的截面和翼板的厚度是否合適？假如合適的話結(jié)束計(jì)算，不合適的話修改截面尺寸重新計(jì)算。

基礎(chǔ)尺寸的選擇，不但要滿足承載力的要求，更重要的是要保證基礎(chǔ)的內(nèi)力和配筋要合理。

4.3 C號(hào)樓柱下條基設(shè)計(jì)

C號(hào)樓柱主要截面尺寸為700×700、800×800以及1000× 1000，根據(jù)上述方法地基梁主要截面尺寸采用 800X900、1000×12000以及1200×1600，底板截面寬度采用3400、4000、4800、5400、6000以及6400，翼板端部厚度采用200、300根部厚度采用400、600以及900。將基礎(chǔ)尺寸輸入JCCAD中按彈性地基梁進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明在SATWE標(biāo)準(zhǔn)組合1.0X恒+ 1.0X活總豎向荷載（含基礎(chǔ)自重）為339671kN，基底反力均值為179kPa，小于修正后的地基承載力187kPa。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）基礎(chǔ)方案的選擇必須根據(jù)地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)的荷載與剛度、各種基礎(chǔ)的適用條件、施工工期等因素綜合考慮才能確定出經(jīng)濟(jì)、可靠并符合實(shí)際的方案。

（2）柱下條基適用于上部荷載較大，地基承載力較低，又無(wú)地下室的多高層框架結(jié)構(gòu)，具有剛度大、調(diào)整不均勻沉降能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[S].

[2]華南理工大學(xué)，浙江大學(xué)，湖南大學(xué).基礎(chǔ)工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3]秦植海，李根生，張維圈.柱下鋼筋混凝土十字交叉基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)力的分配[J].力學(xué)與實(shí)踐，1999，21（5）：22～24.

TU471.1+2

A

2095-2066（2016）05-0145-02

2016-1-20

龍業(yè)平（1984-），男，工程師，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。