[PPT]高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)設(shè)計理論與實踐研究

1、高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)設(shè)計理論與實踐研究 第一章緒 論第二章高層建筑超長樁箱基礎(chǔ)與地基的共同作 用測試研究第三章樁土共同作用及沉降分析第四章 高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算的簡易 理論法第五章高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降機理分析第六章帶裙房高層建筑基礎(chǔ)整體設(shè)計的研究第七章高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)的變形控制設(shè)計 理論第八章結(jié)論與展望高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)設(shè)計： 通常是通過增加樁數(shù)來提高群樁的承載力使之能承擔建筑物的荷載; 很少考慮需用多少根樁才能使建筑物的沉降控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)設(shè)計理論與實踐研究目的是：最終能使設(shè)計人員可利用高層建筑與樁箱(筏)基礎(chǔ)共同作 用的設(shè)計理論進行優(yōu)化

2、設(shè)計。2. 提出方法解決考慮需用多少根樁才能使建筑物的沉降控制在規(guī)定的范圍內(nèi)的問題。第一章 緒 論高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ) 高層建筑樁基礎(chǔ)大部分為樁箱基礎(chǔ)和樁筏基礎(chǔ)。 通過增加樁數(shù)來提高群樁的承載力使之能承擔建筑物的荷載的設(shè)計方法稱為強度設(shè)計方法。 1. 強度設(shè)計方法認為建筑物的荷載全部由樁承擔，樁間土的承載力是不考慮的。 2.共同作用設(shè)計方法認為高層建筑物的荷載是由樁和樁間土的承載力共同承擔。強度設(shè)計方法群樁中單樁豎向承載力校核1.軸心豎向力作用下：2.偏心豎向力作用下： ， 強度設(shè)計方法設(shè)計的高層建筑樁基礎(chǔ)，國內(nèi)最高建筑物為上海88層金茂大廈，主樓高420.5m，地下3 層, 埋深19.2m

3、，主樓底板尺寸64 m64 m，厚4m，裙房底板面積14950 m2，厚 0.5m。主樓采用914.420的鋼管樁，樁長65m，入土深度83m，共429根。裙房采用609.614的鋼管樁，樁長33m，入土深度47m，共632根。 正在建造的國內(nèi)最高建筑物在上海，為121層上海中心大廈。主樓結(jié)構(gòu)高580m，塔冠最高點達632 m，主樓底板為直徑121 m，厚6m的圓形鋼筋混凝土板，埋深31.4 m，局部埋深34.4m。采用直徑為1 m的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁長55.6 m，入土深度87m，共955根。也是用強度設(shè)計方法設(shè)計的高層建筑樁基礎(chǔ)。1. 進行高層建筑帶樁基礎(chǔ)與地基共同作用現(xiàn)場實測研究的

4、目的：1）為實際的工程設(shè)計提供依據(jù);2）它是理論分析正確性的判斷和檢驗標準。第二章 高層建筑超長樁箱基礎(chǔ)與 地基的共同作用測試研究圖2-1 建筑透視圖 圖2-3 公寓平面及量測元件布置 2. 地基反力及 荷載分擔圖2-2 建筑剖面示意圖圖2-4 I-I剖面地基反力的分布及隨層數(shù)增加的變化圖2-6 樁與箱基的荷載分擔說明：常規(guī)設(shè)計的超長樁箱基礎(chǔ)的樁間土從施工一開始就 分擔上部荷載，這是高層建筑群樁基礎(chǔ)的工作機理。1）樁間土在箱形基礎(chǔ)混凝土一澆灌，就存在地基反力了?，F(xiàn)場實測并未觀察到群樁基礎(chǔ)先承擔上部荷載，而樁間土一點荷載也未承擔的情況，這是樁箱（筏）基礎(chǔ)的工作機理。這是和帶承臺單樁的試驗結(jié)果不同

5、的，帶承臺單樁的試驗結(jié)果認為：上部荷載先由單樁承擔，承臺下的土體的地基反力為零，當單樁荷載達到單樁極限承載力時，單樁承擔荷載保持不變，承臺下的土體才開始承擔上部荷載。高層建筑變形控制設(shè)計理論應(yīng)以群樁基礎(chǔ)的工作機理來探討。2）本例箱基底板分擔11.1%的上部荷載。（a) 底板上排鋼筋應(yīng)力（b)底板下排鋼筋應(yīng)力圖2-8 鋼筋應(yīng)力與時間的變化圖3. 箱基底板鋼筋 應(yīng)力1) 實測箱基底板鋼筋應(yīng)力遠小于鋼筋的允許應(yīng)力。 底板上排鋼筋應(yīng)1處最大鋼筋拉應(yīng)力29.35MPa， 底板下排鋼筋（應(yīng)5）處測得最大鋼筋拉應(yīng)力為11.44MPa。 樁對準剪力墻布置的設(shè)計使箱基底板厚度減薄至60cm是合理安全可靠的。 這

6、種設(shè)計方法與同類的滿堂式樁設(shè)計方法比較，每幢公寓可節(jié)省約15萬元投資。2) 箱基底板鋼筋應(yīng)力隨溫度變化的規(guī)律。 鋼筋應(yīng)力并未按荷載的增加而增加，而呈現(xiàn)正弦形規(guī)律的變化， 最大底板鋼筋拉應(yīng)力往往在1-3月份出現(xiàn)，最小底板鋼筋拉應(yīng)力往往在7-9月份出現(xiàn)。圖2-10 大氣溫度、下排鋼筋處溫度以及它們之間的溫差隨時間的變化圖圖2-11 上排鋼筋處溫度隨時間的變化圖圖2-12 鋼筋應(yīng)力計的頻率與溫度的關(guān)系3) 底板鋼筋應(yīng)力呈現(xiàn)出正弦形規(guī)律的變化，這是建筑物整體結(jié)構(gòu)溫差應(yīng)力的結(jié)果。 4. 樁箱基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力 的機理分析1) 樁箱基礎(chǔ)的底板彎矩按局部彎曲計算；2）樁箱基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力的機理分析： 計算樁箱

7、基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力，計算單元是變化,實測表明，計算單元變化的結(jié)論是正確的。3）群樁剛度對箱形基礎(chǔ)的底板鋼筋應(yīng)力分布是有 影 響的。圖2-13 應(yīng)1，應(yīng)5及應(yīng)9處的上下排鋼筋應(yīng)力隨時間的變化 (a) (b) (c) (d) 圖2-14 高層建筑樁箱基礎(chǔ)的箱基底板計算單元變化圖圖2-15 箱基底板上下排鋼筋應(yīng)力沿-剖面的分布圖5 . 超長樁箱基礎(chǔ) 的變形 1）沉降很小（29.3mm, 實測推算 的最終沉降為36.8mm。）；2） 超長樁箱基礎(chǔ)的整體橫向傾 斜和縱向彎曲。 整體橫向傾斜：0.25 (視作 均勻下 沉)； 縱向彎曲：-0.386 -0.29 （與純箱基差不多）。圖2-17 平均沉降隨時間

8、變化的理論值與實測值的比較圖2-16 沉降隨時間（層數(shù)）變化的關(guān)系第二章 小結(jié)1樁對準剪力墻的軸線布置的設(shè)計方法是合理可行的。2常規(guī)設(shè)計的超長樁箱基礎(chǔ)的樁間土從施工一開始就分擔上部荷載，這是高層建筑群樁基礎(chǔ)的工作機理。3. 在進行高層建筑樁箱基礎(chǔ)底板設(shè)計中，樁箱基礎(chǔ)整體彎矩可以不計，樁箱基礎(chǔ)的底板彎矩按局部彎曲計算。4. 高層建筑群樁基礎(chǔ)對箱形基礎(chǔ)的剛度是有影響的。 超長樁箱基礎(chǔ)可視為絕對剛性的。5由于高層建筑物的溫差引起的箱基底板鋼筋應(yīng)力的變化不容忽視。第三章 樁土共同作用及沉降分析1.彈性理論法。這是以明特林（Mindlin）解為基礎(chǔ)的一種樁基礎(chǔ)沉降計算方法。 在具體應(yīng)用中分為兩類: 位移

9、解； 應(yīng)力解：蓋特斯（Geddes）。 彈性理論法計算參數(shù)不易確定。2.簡易理論法。該法是由筆者在1989年提出的樁箱（筏）基礎(chǔ)最終沉降計算方法。土中應(yīng)力用布西奈斯克解或明特林（Mindlin）解。 簡易理論法簡單，能夠手算，計算參數(shù)易確定，計算結(jié)果不需用沉降計算經(jīng)驗系數(shù)修正。3.實體深基礎(chǔ)法。這個方法是國內(nèi)在1989年前規(guī)范推薦的方法，該法簡單，方便，能夠手算，計算結(jié)果需用沉降計算經(jīng)驗系數(shù)修正。沉降計算經(jīng)驗系數(shù)改變后，這個方法仍在上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（DGJ08-11-1999）中存在。此法不能計算沉降與樁數(shù)的關(guān)系。土中應(yīng)力用布西奈斯克解。4.剪切位移法。這個方法國內(nèi)很少用于實際。高層建筑

10、樁箱（筏）基礎(chǔ)的共同作用的理論分析結(jié)果:1、適當減少樁數(shù)，建筑物的沉降增加很少（圖b） ，底板彎矩平緩增加（圖c） ，且樁間土分擔上部荷載的比例增加 （圖d） 。2、常規(guī)設(shè)計的樁箱（筏）基礎(chǔ)的角樁，邊樁，內(nèi)部樁反力之比為3.59:2.71:1; 極限設(shè)計（群樁的平均荷載等于單樁的極限承載力）的樁箱（筏）基礎(chǔ)的角樁，邊樁，內(nèi)部樁反力之比為1.39:1.20:1。3、常規(guī)設(shè)計的樁箱（筏）基礎(chǔ)底板的鋼筋應(yīng)力均很小，在30MPa以內(nèi)（圖2-8）, （表b） 。4、樁越長，建筑物的沉降就越小，但當長細比達到某值時，減小沉降的作用就不明顯了（圖f） 。5、合理布置樁位，高層建筑樁箱基礎(chǔ)采用軸線樁及高層建筑

11、樁筏基礎(chǔ)采用柱對樁方案可大大減薄底板厚度；樁布置外密內(nèi)疏是為了充分利用內(nèi)部樁的承載力，樁布置外疏內(nèi)密是為了減小底板的彎矩。圖b 樁間距與沉降的關(guān)系圖c 筏中最大彎矩與樁間距的關(guān)系圖d 樁分擔系數(shù) 與樁間距s 的關(guān)系表b 實測的底板鋼筋應(yīng)力圖f 樁長L與沉降S的關(guān)系 高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)與地基共同作用的理論和實踐研究表明： 加大樁間距，減少樁數(shù)，充分利用樁間土的承載力是可行的。 由此建立共同作用設(shè)計方法。 該設(shè)計方法的核心是認為高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)能否正常安全工作，主要是：(1)讓建筑物的實際沉降小于允許沉降；(2)讓樁的承載力與樁間土的承載力之和控制在一定的范圍內(nèi)；(3)要求樁群中的基樁平

12、均荷載不超過單樁的極限承載力。 下面例子說明樁間土的承載力是客觀存在的： 上海屬軟土地基，其地基承載力也有80kPa。高層建筑一般均有較大的埋深，實踐證明：當?shù)叵率衣裆钤?.5m左右，不采用樁基礎(chǔ)仍可造12層高層建筑，沉降量仍在20cm以內(nèi)。 當建筑物的荷載等于挖去土重時，即處于所謂的自重應(yīng)力階段，建筑物僅有2mm以內(nèi)的絕對沉降量（圖g）。圖g 卸載（深基坑開挖）與變形的關(guān)系 另外，上海蘭生大酒店，26層高層建筑，地下室埋深7.6m，總壓力為360 kPa，而筏基持力層承載力358kPa之多，但是這幢建筑物卻設(shè)置了230根樁長為53m的609.6mm12mm的超長鋼管樁。此例可見，常規(guī)設(shè)計的高

13、層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)把這么大的筏基持力層承載力全部忽略了。 常規(guī)設(shè)計沒有考慮樁間土承載力這個寶貴的自然資源。 高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的共同作用設(shè)計方法是在高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)常規(guī)設(shè)計方法和高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)與地基共同作用時樁間土從施工一開始就分擔上部荷載的事實而發(fā)展起來的。 如何充分利用樁間土的承載力，減少樁數(shù)，合適布置樁距和長短是高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)共同作用設(shè)計方法的主要內(nèi)容。第四章 高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ) 沉降計算的簡易理論法 4-1.概述4-2.基本原理: 通過對樁箱(筏)基礎(chǔ)受力環(huán)境的比較，分析它們的變形機理，給出兩種樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算的分析模式：1） P T 的分析模式；

14、2） P T 的分析模式； P 總荷載； T 總抗剪力。 P T :圖4-4 P T 情況 P T :圖4-6 P T 情況 T 的計算：4-3.簡易理論法的單樁分析1）短樁2）長樁3）超長樁 通過單樁的各種樁長的簡易理論法分析與實測比較 ， 可得如下結(jié)論： 沉降計算的簡易理論法可以計算單樁的各種樁長的沉降。 單樁的簡易理論法可以給出理論的單樁剛度： kp = Q / S (4-18) 10m以內(nèi)的短樁，單樁的簡易理論法計算沉降，在計算樁長范圍內(nèi)土層的壓縮量時采用沿樁長壓力分布為矩形分布的假定，樁長范圍內(nèi)土層的壓縮量可以忽略；對于20-30m的長樁，實測的Q-S 曲線均在沿樁長壓力分布為三角形

15、分布和沿樁長壓力分布為矩形分布理論Q-S 曲線之間，說明20-30m的長樁的沉降量，樁的壓縮量開始占到一定的比例，因此，不能忽略樁間土的壓縮量。而45m以上的超長樁，在計算樁長范圍內(nèi)土層的壓縮量時宜采用沿樁長壓力分布為三角形分布的假定，且超長樁的沉降量主要是樁的壓縮量。 單樁的簡易理論法給出荷載與沉降（Q-S）的非線性關(guān)系，短樁和長樁還給出理論的單樁極限承載力值。 4-4.簡易理論法的群樁分析1）在上海表4-18 溫州地區(qū)12幢高層建筑沉降計算值與實測值的比較序號工程名稱樁入土深度（m）簡易理論法（mm）實測沉降（mm）1甌江大廈60.033.9628.02國際大酒店60.051.247.03

16、五金大酒店30.048.233.14溫富大廈55.038.228.05西湖錦園55.059.353.46一醫(yī)病房大樓30.011.08.07檢察院辦公偵查大樓60.045.225.18二院綜合病房大樓43.037.221.29樂昌大廈45.070.351.210東方大廈50.040.726.011工商銀行50.061.245.812世紀大廈70.035.6注：簡易理論法預(yù)估最終沉降；實測沉降位竣工時的沉降。2）在外地4-5. 不同應(yīng)力計算方法對樁箱(筏) 基礎(chǔ)沉降計算的比較 附加應(yīng)力用布西奈斯克解計算，計算沉降最大；用明特林解計算時，泊松比大，計算沉降大。第四章 小結(jié)1高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉

17、降計算的簡易理論法可以計算各種樁長 （7.5m-60m）的最終沉降； 此法簡單、方便，且可以手算；計算參數(shù)容易確定； 計算結(jié)果均不需使用樁基沉降修正系數(shù)；考慮了樁間土分層的影響； 能反映建筑物荷載與沉降的非線性關(guān)系； 計算沉降量與實測推算值相當接近，并在外地獲得成功。2用簡易理論法的基本原理可以進行單樁分析， 能獲得單樁的理論的單樁剛度； 給出荷載與沉降（Q-S）的非線性關(guān)系； 短樁和長樁還給出理論的單樁極限承載力值。3高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算的簡易理論法不管樁的長度為多少， 用布西奈斯克解計算的沉降大，用明特林解計算的沉降較小； 超長樁情況，明特林解計算的沉降值更接近于實測推算值， 對

18、于短樁和中長樁情況，布西奈斯克解計算的沉降更接近于實測推算值, 且明特林解計算的沉降誤差較大； 高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算用布西奈斯克解是可行的。第五章 高層建筑樁箱(筏) 基礎(chǔ)沉降機理分析(5-1)1.前言樁數(shù)變化必須滿足下式：式中：Pu 樁的極限承載力； Pb 樁材料的強度極限荷載： np 設(shè)計最少樁數(shù)。 2.樁箱（筏）基礎(chǔ)的沉降機理分析和優(yōu)化設(shè)計1）高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的荷載沉降曲線2）高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的樁數(shù)與沉降的關(guān)系3）高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)樁長與建筑物沉降的關(guān)系 4）下臥層壓縮模量的影響 5）箱（筏）基礎(chǔ)寬度B對建筑物沉降的影響6）箱（筏）基礎(chǔ)面積變化對建筑物沉降的影響

19、7）樁徑變化對建筑物沉降的影響圖5-1 8m短樁的p-S 曲線圖5-3 樁數(shù)與建筑物沉降的理論關(guān)系圖5-2 54.6 m超長樁的p-S曲線圖5-7 建筑物基礎(chǔ)的平面面積變化對沉降的影響圖5-5 例4-2情況的下臥層模量變化與沉降 的關(guān)系圖5-4 例4-2情況樁長與沉降的關(guān)系（a）樁徑變化對單樁承載力的影響 (b) 樁徑變化對建筑物沉降的影響 （A）8m短方樁情況 （B）52.3m超長圓樁情況 圖5-8 建筑物樁基礎(chǔ)的樁徑變化對單樁承載力和建筑物沉降的影響例5-1 某地某兩幢辦公大樓均為25層高層建筑，上部結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)。1#樓平面面積為：27m24m，2#樓平面面積為：37m21m。兩

20、幢大樓共用同一個筏板基礎(chǔ)，筏板基礎(chǔ)平面面積為1692m2 。采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚2m，埋深5m。樁選用0.45m0.45m28.0m預(yù)制鋼筋混凝土方樁。1#樓樁數(shù)256根，2#樓樁數(shù)248根。場地的地質(zhì)資料見表5-3。樁基持力層為7-1層。 圖5-9 兩幢辦公大樓的共用樁筏基礎(chǔ)平面圖及各測點實測沉降值3. 實例分析 這兩幢辦公大樓1995年底結(jié)構(gòu)封頂，至1999年1月5日沉降觀測的最大沉降達305.4mm，最大沉降速率為0.177mm/天,最大傾斜為4.20。在軟土地區(qū)，高層建筑樁筏基礎(chǔ)一般來說沉降是小的，差異沉降也較小，通常系均勻下沉，一般不會有較大的傾斜，但是，當絕對沉降很大時，則差異沉降

21、也將增加。因此在實際設(shè)計中，合理的沉降計算方法和合理的計算模式及計算參數(shù)的選用是至關(guān)重要的，它可以得到高層建筑的安全建造，否則建造的高層建筑將會出現(xiàn)不符合規(guī)范的結(jié)果，并形成長期不能完工和使用，造成很大的經(jīng)濟損失。為此有必要對這兩幢辦公大樓進行沉降分析，以了解可能的不合理的原因。1) 沉降計算 沉降計算時，合適的樁筏基礎(chǔ)平面面積選擇的重要性； 沉降計算時，合適的壓縮模量選擇的重要性 。2）實測研究3）樁基礎(chǔ)施工情況4）設(shè)計建議表5-4 樁端持力層下各土層的壓縮模量的選擇土層層序7-1層7-2層8-1層8-2層9層補勘的建議（MPa）35.050.012.018.0ES（MPa）15.1222.0

22、86.8512.2532.64表5-5 樁筏基礎(chǔ)平面面積變化對建筑物沉降的影響樁筏基礎(chǔ)平面面積（m2）2#樓8161#樓87610721341整體1692214526813217計算沉降（mm）266304372429480522553573圖5-10 樁筏基礎(chǔ)平面面積與計算沉降的關(guān)系1)沉降計算表5-6 兩種計算方法及兩種模量取值的最終沉降計算值計算方法壓縮模量取用整體基礎(chǔ)面積（1692m21#樓基礎(chǔ)面積（876m2）2#樓基礎(chǔ)面積（816m2）簡易理論法補勘的建議值315mm199mm173mmES480mm304mm266mm規(guī)范法(勘察院計算)補勘的建議值282.7mm最大實測值（最小

23、實測值）1999年1月5日量測305mm（180mm）295mm（180mm）305mm（209mm）最大沉降速率（mm/天）1999年1月5日量測0.1170.0920.117圖5-11 1#樓的沉降與時間的關(guān)系2）實測研究圖5-12 2#樓的沉降與時間的關(guān)系3）樁基礎(chǔ)施工情況 本工程的樁采用預(yù)制鋼筋混凝土方樁，樁斷面為樁選用0.45m0.45m，樁長為28.0m，系兩節(jié)樁，采用焊接連接。設(shè)計樁尖進入7-1土層。用壓樁法進行施工。 壓樁從1993年12月開始，到1994年6月完成504根的壓樁任務(wù)，其中有141根樁未壓到設(shè)計標高而截短0. 5m-1.5m。 1#樓截樁61根，占總樁數(shù)的23.

24、8%； 2#樓截樁80根，占總樁數(shù)的32.2%。 截樁數(shù)的比例是夠大的。 從前面分析可知： 樁長對建筑物的沉降是有較大影響的， 這么多的截樁將使建筑物的沉降增大。4）設(shè)計建議 這兩幢建筑物由于合用一個整體基礎(chǔ)，建筑物的沉降將大增，但若事先能知道基礎(chǔ)面積增大會使建筑物的沉降增大，那就會采取合理的措施使建筑物的沉降控制在規(guī)范規(guī)定的允許沉降以內(nèi)，下面探討這兩幢建筑物使其的沉降控制在規(guī)范規(guī)定的允許沉降以內(nèi)的辦法。 圖5-13 例5-1建筑物的樁長與沉降的關(guān)系曲線5-3 本章小結(jié)1.高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)沉降計算簡易理論法可以分析高層建筑箱（筏）基礎(chǔ)的總壓力p和沉降S的關(guān)系，樁數(shù)與沉降的關(guān)系；樁長變化與

25、建筑物沉降的關(guān)系；下臥層壓縮模量對沉降的影響；箱（筏）基礎(chǔ)寬度B對建筑物沉降的影響；建筑物平面面積對沉降的影響以及樁截面變化對沉降的影響。2.通過對這些影響因素的分析研究，對高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的工作機理有了深入的了解，可以自由地進行最優(yōu)設(shè)計，使高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的基礎(chǔ)設(shè)計做到既合理安全又經(jīng)濟，達到優(yōu)化設(shè)計的目的。3.通過一實例分析可知，兩幢建筑物合用一整體基礎(chǔ)，應(yīng)以整體基礎(chǔ)的平面面積計算沉降，樁端下土層的壓縮模量應(yīng)采用自重應(yīng)力至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力對應(yīng)的壓縮模量。同時指出，太大的沉降量會使建筑物容易傾斜。樁的長度對建筑物的沉降量影響明顯，樁的壓入應(yīng)以樁尖標高為準，不能用樁壓不下去為理由不

26、壓到樁尖標高。第六章 帶裙房高層建筑基礎(chǔ) 整體設(shè)計的研究6-1 . 帶裙房高層建筑與地基基礎(chǔ)的共同作用分析6-2 . 帶裙房高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的整體設(shè)計6-3 . 帶裙房高層建筑整體設(shè)計的實測研究 圖6-1 帶裙房高層建筑子結(jié)構(gòu)的劃分 圖6-2 主樓子結(jié)構(gòu)向裙房子結(jié)構(gòu)的凝聚 KBKFKSU=Q+SB (6-1)式中: KB 等效邊界剛度矩陣； KF 基礎(chǔ)的剛度矩陣； KS 地基剛度矩陣； U 基礎(chǔ)位移向量； Q 荷載向量； SB 等效邊界荷載向量；6-1 . 帶裙房高層建筑與地基基礎(chǔ)的共同作用分析圖6-3 計算實例高層建筑平面圖表6-1 II-II剖面的理論計算與部分高層建筑的幾何尺寸和變

27、形的實測結(jié)果理 論 計 算實 測 結(jié) 果IIIIIIIVV鄭州旅游旅館87美國獨特殼體廣場88筏板厚度h(m)131823282310252裙房懸挑長度L1（m）16016016016004061L1 / h 12389705704024平均沉降（m）02102001901803102530.125（筒體）差異沉降（m）0150120100080070021006相對彎曲（）234188156125109029085圖66 L1h與相對彎曲r 的關(guān)系6-2 帶裙房高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的 整體設(shè)計共同作用方程式 （Kb+KR+KSp）Ub=Sb+PR （6-2）式中 Kb整個上部結(jié)構(gòu)（包括裙房

28、）關(guān)于 基礎(chǔ)頂面的等效邊界剛度矩陣； KR 筏板基礎(chǔ)的整體剛度矩陣； KSp 樁土結(jié)點的剛度矩陣； Sb 整個上部結(jié)構(gòu)關(guān)于基礎(chǔ)頂面的等效荷載列向量； Ub 相應(yīng)的邊界結(jié)點位移列向量； PR 筏板基礎(chǔ)本身所受的結(jié)點力列向量。圖6-7 帶裙房高層建筑子結(jié)構(gòu)的劃分 圖6-8 帶裙房高層建筑基礎(chǔ)平面圖計算實例： 高層建筑主樓均為20層，裙房為2層，主樓與裙房均為剪力墻結(jié)構(gòu)，墻厚0.22m。 主樓 EFGH平面尺寸為 48m32m，左右兩側(cè)各帶16m寬的裙房（見圖6-8），AEHD，F(xiàn)BCG平面為裙房平面，主樓和裙房的筏厚相同，均為2.3m。 主樓布樁93根，裙房下布樁分別取80根、28根、0根三種情況

29、。 樁長均為 30m，樁徑為 0.5m 0.5m，均系鋼筋混凝土方樁，樁的彈性模量為 2.6 104MPa。筏板彈性模量 ER 3 104MPa，泊桑比R = 0.17。地基采用彈性半無限體地基模型，模量 ES 20MPa，S 0.35。表6-2 帶裙房高層建筑樁筏基礎(chǔ)與地基的共同作用的計算算 況無 樁主 樓 有 樁（93根樁）1（80根樁）2（28根樁）3（0根樁）平均沉降（m）0.350.0250.0280.030差異沉降（m）0.200.0410.0390.035相對彎曲（）3.100.640.610.556-3 帶裙房高層建筑整體設(shè)計的實測研究 高層建筑主樓與裙房同置于一個整體基礎(chǔ)上的

30、以下幾種形式的設(shè)計是有效的： （l）懸挑式； （2）主樓樁數(shù)多，裙房樁數(shù)少的布樁形式； （3）主樓底板厚，裙房底板??； （4）主樓樁長些，裙房樁短些。這些設(shè)計的目的是為了減少整體基礎(chǔ)的差異沉降 .表6-3 4幢高層建筑不同基礎(chǔ)形式的L1/h實測值及部分建筑物的相對彎曲值序號名 稱建筑高度（m）主 樓裙 房基礎(chǔ)形式底板厚度h（m）裙房懸挑長度L1（m）L1/h相對彎曲 r（）層 數(shù)高 度（m）層 數(shù)地上地下地上地下1鄭州旅游旅館60.051715.58/1箱基1.04.04.00.292美國獨特殼體廣場大樓217.652418.2/4片筏2.526.12.420.853上海聯(lián)誼大廈90105.2

31、30119.031樁箱1.67.04.384上海貿(mào)海賓館9294.52627.6/2樁筏2.3(1.0)14.1514.20.35注：括號內(nèi)的數(shù)字為裙房底板厚度。 序號4:主樓采用 2.3m厚的片筏基礎(chǔ)再加200根,而兩旁二層地下室采用1m厚的片筏基礎(chǔ) 加 30根同樣尺寸、同樣入土深度的鋼管樁。 筏厚2.3m處的樁基礎(chǔ)，每根樁承擔6.25m2的上部荷載。 筏厚lm處的樁基礎(chǔ)，每根樁承擔25m2的上部裙房荷載。 從該建筑物基礎(chǔ)的縱向彎曲和筏內(nèi)鋼筋應(yīng)力的實測結(jié)果來說明此類樁基布置的合理性。圖6-11 鋼筋應(yīng)力計布置及鋼筋應(yīng)力變化主樓筏板厚2.3m;裙樓筏板厚1.0m.4 ） 帶裙房高層建筑樁箱（筏

32、）基礎(chǔ)整體設(shè)計的計算參數(shù)的確定 表6-5 上海樁基基床系數(shù)建議值86土層名稱樁入土深度 (m)k(kN/m3)k長期(kN/m3)粉砂110800-900500-700灰色粉砂2201800-20001400褐灰粘土44025301500-2000暗綠粉質(zhì)粘土262000-26001600-2000草黃砂質(zhì)粉土，粉質(zhì)粘土夾粉細砂303300-45002000-3500草黃粉砂2409000-109005000-8000灰色粉砂，青灰粉細砂2506000-130004500-12000暗綠粉質(zhì)粘土，砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土，灰粉質(zhì)粘土夾砂50-607000-170007000-120005) 應(yīng)用實例

33、 世界金融大廈總建筑面積 84413m2（地上建筑面積66779m2，地下建筑面積17634 m2），主樓 43層，總高度 168.7m。 上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土核心筒加勁性組合柱，壓型鋼板作為樓層的框筒結(jié)構(gòu)。3層地下室呈五邊形，開挖深度為天然地面下15m。裙房4層，高19.8m,與主樓單面相接，呈貝殼扇形。結(jié)構(gòu)的剖面圖和平面圖分別見圖6-16和圖6-17。圖6-16 世界金融大廈剖面圖圖6-17 世界金融大廈平面圖 在高低建筑物之間設(shè)置后澆帶與不設(shè)置后澆帶的工作機理是有區(qū)別的. 高低建筑物之間不設(shè)置后澆帶后，高低建筑物處于同一個整體基礎(chǔ)，主樓荷載向整體基礎(chǔ)裙房下的部分擴散，使得基礎(chǔ)面積增大，基

34、底總壓力減小，裙房基礎(chǔ)下面的樁的功能不是抗拔，而是抗壓，裙房基礎(chǔ)是下沉的。且裙房和主樓在整體基礎(chǔ)的交界處的變形是連續(xù)的，它的受力狀態(tài)與主樓和裙房間設(shè)沉降縫為兩個基礎(chǔ)的受力狀態(tài)是不同的，使得整體基礎(chǔ)的差異沉降和相對彎曲均有所改善。 理論計算結(jié)果表明，帶樁主樓和裙房處于一個整體基礎(chǔ)對高低建筑物的差異沉降是有好處的。 在對配鋼筋和樁的布置與數(shù)量進行調(diào)整后，對世界金融大廈決定考慮不設(shè)置沉降縫的方案，并在施工過程中取消后澆帶。 2000年6月精裝修結(jié)束，在正式投入使用前夕， 主樓的最大實測沉降為48.9mm，平均實測沉降為44.62mm; 裙房的最大實測沉降為46.84mm，平均實測沉降為33.29mm

35、。 其傾斜和相對彎曲均在0.10 以內(nèi)，筏板整體基礎(chǔ)在裙房和主樓的交界處未發(fā)現(xiàn)裂縫。 應(yīng)用帶裙房的高層建筑與地基基礎(chǔ)共同作用的理論在該工程的設(shè)計實踐中獲得成功。 因此，不設(shè)置后澆帶的方案，不僅施工方便和縮短工期，并且節(jié)省鋼筋等材料，獲得較大經(jīng)濟效益，與原設(shè)計方案相比， 僅僅材料費一項就節(jié)約人民幣120萬元。6-4 本章小結(jié)1對帶裙房的高層建筑箱（筏）基礎(chǔ)的整體設(shè)計作了理論和實測研究，指出裙房建在箱（筏）底板的懸挑段是可行的，提出懸臂長度與底板厚度之合適比值；2提出帶裙房高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)整體設(shè)計的理論和建議，指出帶裙房高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)整體設(shè)計采用裙房樁疏些，樁長度短些，底板厚度薄些的

36、設(shè)計方案可有效地減小整體基礎(chǔ)的差異沉降和相對彎曲。提出主樓和裙房整體基礎(chǔ)的相對彎曲的允許值應(yīng)控制在0.85以內(nèi)；3筆者提出的上海地區(qū)各種典型樁持力層的建筑竣工時和長期使用時的樁基基床系數(shù)建議值，可供設(shè)計使用，并可粗略估算建筑物的沉降值； 4筆者提出的帶裙房高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)整體設(shè)計研究成果在世界金融大廈決定考慮不設(shè)置沉降縫的方案并在施工過程中取消后澆帶的實踐中，獲得成功。與原設(shè)計方案相比，僅僅材料費一項就節(jié)約人民幣達120萬元。第七章 高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ) 的變形控制設(shè)計理論 7-1、 概述7-2、 高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的變形控制設(shè)計理論7-3、 計算實例7-4、 應(yīng)用實例 7-2、高

37、層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ) 的變形控制設(shè)計理論1. PT情況（P和T的意義同第四章前） 這種情況的高層建筑通常為超高層，樁通常為超長樁。常規(guī)設(shè)計建筑物的沉降通常在50mm左右，使用變形控制設(shè)計理論，建筑物的允許沉降不宜太大。建議允許沉降S為150mm，則建筑物的沉降 S： S S= 150mm (7-1)具體應(yīng)用時，對常規(guī)設(shè)計有下列幾種優(yōu)化設(shè)計： 在樁數(shù)、樁徑和樁長不變的條件下，建筑物加層的優(yōu)化。 要求加層后增加的壓力由樁間土承擔，需滿足下式： （7-2）式中： 變形控制設(shè)計的總壓力； 常規(guī)設(shè)計的總壓力； k 由于樁的設(shè)置引起的箱（筏）基礎(chǔ)底土的面積及土的擾動系數(shù)， k=0.8-0.9； 在建筑物層

38、數(shù)、樁徑和樁長不變的條件下，樁數(shù)的優(yōu)化。 高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)常規(guī)設(shè)計是認為僅由樁來承受外荷載P的，即： (7-3)式中np1 ，np2 ，np常 為樁數(shù)；Pu 和Ap 分別為樁的極限荷載和樁橫截面積；R為樁材料用邊長為20cm的混凝土立方體試塊的極限抗壓強度。 式中：f 為箱(筏)基礎(chǔ)底土的承載力設(shè)計值，P ，Pu ，PB ，Ap ，A意義同前。式（7-6）表明減少樁數(shù)后，減少的樁承載力的總和應(yīng)小于等于樁間土可以承擔的荷載。(7-5)(7-6)(7-4)圖7-2 30層高層住宅的np - S曲線 在建筑物層數(shù)、樁徑和樁數(shù)不變的條件下，樁長的優(yōu)化。 對于樁長的優(yōu)化， 根據(jù)地質(zhì)條件，首先用常規(guī)

39、設(shè)計方法確定樁基持力層、樁徑和樁數(shù)。在PT條件下: 打入樁的樁徑不宜小于500（方樁邊長不宜小于450mm）； 鉆孔灌注樁樁徑不宜小于700，并使樁的長細比小于100。 2PT情況（P和T的意義同前） 這種荷載條件的高層建筑樁基礎(chǔ)通常為短樁或長樁。層數(shù)相對要少些，使用變形設(shè)計控制理論，建筑物的允許沉降可以大一點，建議允許沉降為25cm，即建筑物的沉降為： S25cm (7-6) 在這種條件下同樣可以進行建筑物加層的優(yōu)化，減少樁數(shù)和縮短樁長的優(yōu)化。建筑物基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計完成后，仍要進行樁與樁間土的整體承載力的校核。7-4 應(yīng)用實例1應(yīng)用實例1圖7-5 羅山六小區(qū)高層建筑基礎(chǔ)平面圖示意（單位：m） 圖

40、7-7 羅山六小區(qū)高層建筑的的樁長與沉降的關(guān)系 1995年5月17日結(jié)構(gòu)封頂，歷時8個月，建筑物平均沉降22.2mm，最大沉降27mm，最小沉降19mm。小于預(yù)估的最終沉降83.2mm，實測結(jié)果證明，兩幢高層樁長縮短2m是成功的。兩幢高層可節(jié)約約10萬元。2應(yīng)用實例2 上?？亟繁眽K舊區(qū)改造九州花園南北兩幢高層原系24層高層住宅，采用5050cm2預(yù)制鋼筋混凝土方樁，樁的有效長度為34m，總樁數(shù)184根，箱基埋深4.2m,總壓力375.5kPa（包括箱基荷載），受甲方委托，對南、北兩幢高層建筑加層的可能性進行評估。甲方委托時北樓已造至兩層，南樓基坑尚未開挖。圖7-8 九州花園高層建筑基礎(chǔ)平面示

41、意圖(單位:m) 圖7-9 九州花園南北樓的p-S曲線總荷載p（kPa）375.5390.5405.5沉降S(mm)南樓189215242北樓152166178表7-4 九州花園南、北樓高層住宅關(guān)于加層的計算最終沉降量 現(xiàn)在，南、北高層住宅僅加一層，成為25層高層住宅。至1996年10月4日已經(jīng)基本建筑竣工（外墻裝飾已至底層），北樓歷時兩年又兩個月，南樓歷時兩年，兩幢大樓的實測沉降分別為86mm和82mm，均在預(yù)估的最終沉降量166mm和215mm以內(nèi)。實測證明，這兩幢大樓通過高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)變形控制設(shè)計理論的預(yù)估，實現(xiàn)了加層，并獲得成功。兩幢大樓加一層可得到超過1500m2的建筑面積，

42、使業(yè)主可多創(chuàng)利約180萬元。圖7-10 北樓沉降-時間-沉降速率曲線圖3 應(yīng)用實例3 上海四聯(lián)大廈地上23層，地下一層，建筑物總高度85m，總建筑物面積19422m2,上部結(jié)構(gòu)為高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁箱基礎(chǔ)，箱基面積733m2，箱基埋深4.4m，樁群均布置在剪力墻下，為軸線樁布置，箱基底板厚60cm，剪力墻下設(shè)置高1.2m，寬1.1m的基礎(chǔ)梁至上部結(jié)構(gòu)。樁采用鉆孔灌注樁，共95根。地下水埋置深度為0.5m。鉆孔灌注樁原設(shè)計為樁長57.4m，樁直徑為0.85m。經(jīng)過計算分析，與設(shè)計院商量，改成樁長52.4m，樁直徑0.80m，僅樁基礎(chǔ)一項的變化和修改，就為甲方節(jié)省投資60余萬元。下面介紹

43、修改的依據(jù)。圖7-11 四聯(lián)大廈箱基平面和樁位布置圖7-12 四聯(lián)大廈樁長與沉降的關(guān)系 圖7-13 四聯(lián)大廈樁徑與沉降的關(guān)系 3實施情況 該大樓1996年7月16日基礎(chǔ)施工結(jié)束，1997年1月29日結(jié)構(gòu)封頂，1997年5月5日建筑竣工，實測沉降12mm， 過兩年半后，1999年12月27日，居民全部入住，實測沉降17.1mm，沉降速率為0.0053mm/天，已小于上海規(guī)范沉降穩(wěn)定0.011mm/天的標準。用雙曲線法外推實測的最終沉降為20.9mm。7-5.本章小結(jié)1 本章提出高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)變形控制設(shè)計理論，這理論可以解決需用多少根樁才能使建筑物的沉降控制在允許范圍內(nèi)的問題，高層建筑樁箱

44、（筏）基礎(chǔ)變形控制設(shè)計理論同時考慮了樁間土的承載力。2 利用高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)變形控制設(shè)計理論，對30層公寓作了算例分析，指出此理論必須變形和承載力雙滿足。3 利用高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)變形控制設(shè)計理論作了工程實踐，進行了數(shù)幢高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計，并獲得了成功，使甲方獲得數(shù)百萬的經(jīng)濟效益。圖1 實體深基礎(chǔ)的底面積 第二個問題是不能應(yīng)用沉降計算結(jié)果與實測結(jié)果相差太大的沉降計算方法，這樣會造成直接經(jīng)濟損失或浪費基礎(chǔ)的投資。 第三個問題是不能用文克勒模型的計算結(jié)果來考慮建筑物的差異沉降的估算。第四個問題是高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)的工作狀態(tài)為: 在常規(guī)設(shè)計條件角樁和邊樁與內(nèi)部樁反力之比值

45、很大，達到2倍以上，隨著外荷載的增加，這個比值逐漸減小，當達到極限設(shè)計時，角樁，邊樁，內(nèi)部樁反力趨于均勻，即角樁和邊樁反力增加很少或不增加，但內(nèi)部樁反力增加很多。這種情況類似于高層建筑箱形基礎(chǔ)在軟土地基地基反力的分布，因箱形基礎(chǔ)底板角，邊部分下的土體的應(yīng)力進入塑性狀態(tài)，應(yīng)力重分布使得地基反力趨于平緩。 即： 建筑物的外荷載增加，可以充分利用內(nèi)部樁的承載力。第八章 結(jié)論與展望（略）8-1、結(jié)論通過高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計理論與實踐的研究，特別是高層建筑樁箱（筏）基礎(chǔ)與地基共同作用的研究和實踐，已完成下面幾方面工作： 1獨立完成國內(nèi)外罕見的高層建筑超長樁箱基礎(chǔ)與地基共同作用的現(xiàn)場實測研究。實測研究證明

46、：樁對準剪力墻的軸線布置的設(shè)計方法是合理可行的。這幢30層建筑物的荷載為500kPa，箱基底板厚度采用60cm，實測最大底板鋼筋拉應(yīng)力發(fā)生在底板的上排鋼筋處，其值小于30MPa，可見軸線樁的設(shè)計可以大大減薄箱基底板的厚度。提出在高層建筑樁箱基礎(chǔ)底板設(shè)計中，樁箱基礎(chǔ)整體彎矩可以不計，樁箱基礎(chǔ)的底板彎矩按局部彎曲計算。指出高層建筑群樁基礎(chǔ)對箱形基礎(chǔ)的剛度是有影響的。并指出高層建筑物的溫差引起的箱基底板鋼筋應(yīng)力的變化不容忽視。群樁基礎(chǔ)的試驗表明：樁間土從施工一開始就分擔上部荷載了，這是高層建筑群樁基礎(chǔ)的工作機理。欲解決需用多少根樁才能使建筑物的沉降控制在允許范圍內(nèi)的問題，必須建立在高層建筑群樁基礎(chǔ)的

47、工作機理上。2介紹了國內(nèi)外常用的單樁和群樁沉降分析的計算方法,指出它們的利弊, 本文主要介紹高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算的簡易理論法。3提出新的高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算方法-簡易理論法。高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算的簡易理論法可以計算各種樁長（7.5m-60m）的高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)的最終沉降；此法簡單、方便，且可以手算；計算參數(shù)容易確定；計算結(jié)果均不需使用樁基沉降修正系數(shù)；考慮了樁間土分層的影響；能反映建筑物荷載與沉降的非線性關(guān)系；計算沉降量與實測推算值相當接近，并在外地獲得成功。用簡易理論法的基本原理可以進行單樁分析，能獲得單樁的理論的單樁剛度；給出荷載與沉降（Q-S）的非線性關(guān)系；短樁和長樁還給出理論的單樁極限承載力值。高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)沉降計算的簡易理論法不管樁的長度為多少，用布西奈斯克解計算的沉降量大，用明特林解計算的沉降量較?。怀L樁情況，明