山地高层建筑基础设计研讨

宋智华

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

山地高层建筑基础设计研讨

宋智华

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

以泰宁某住宅项目8#楼基础设计为例，研讨山地高层建筑的基础设计，该工程采用筏板和人工挖孔桩相结合的基础，基础浅埋，人工挖孔桩用于承当大震作用(不包括风荷载组合)下的基底拉力，并复核结构的抗倾覆和零应力区使其满足规范要求。

山地高层建筑;基础浅埋;大震拉力

1 工程概况

该项目位于泰宁县城西，由6栋17层的住宅楼和单层商业裙房组成，设有一层地下室，总建筑面积为56 600m2。其中8#楼标准层结构平面图和剖面图如图1～图2所示，建筑总高度为51.10m，高宽比约为3.8。结构采用钢筋混凝土框架剪力墙体系，楼盖采用普通钢筋混凝土梁板结构。建筑抗震设防烈度为6度，抗震设防类别为丙类，地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，场地类别为Ⅱ类。风荷载(50年一遇)为0.3kN/m2，地面粗糙度为B类，体型系数为1.3。8#楼场地土层的具体分布情况,如表1所示。

2 结构分析

建筑场地现有的绝对标高为291.30m～300.30m，高差接近10m，总体呈东高西低之势，西侧地下室外露，地下室底板面的绝对标高为292.00m。根据勘察报告的地质条件和拟建物的荷载及性质，高层部分采用筏板基础，单层裙房和纯地下室采用独立基础。8#楼位于场地的西北角，此处地下室外露，地下室底板面标高比建筑的室外标高低0.9m，两者高差不大，应视为无地下室。若采用筏板基础，持力层为砂土状强风化花岗岩层，工期快，造价低，但要满足基础的埋深要求，需将筏板埋置的比较深，而筏板下的地基土质坚硬，开挖难度大，工期也会相应增加；若采用人工挖孔桩，持力层为碎块状强风化花岗岩层，能较容易满足基础埋深的要求，但造价高，工期长。

表1 8#楼场地土层的分布情况

注：“( )”为变形模量

图1 结构标准层平面图

图2 建筑剖面图

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》[1](以下简称《高规》)第12.1.8条规定，“当建筑物采用岩石地基或采用有效措施时，在满足地基承载力稳定性要求及本规程第12.1.7条规定的前提下，基础埋深可适当放松”。因此高层建筑的埋深不满足规范要求也是可行的，但需要通过一定的措施来保证基础的稳定性。在满足竖向荷载、风荷载和小震的地震作用各工况下对基础的要求外，还需满足大震作用(不包括风荷载组合)下对基础的要求，基础设计在满足了上述条件下，上部结构的抗倾覆就能满足[2]。

在大震组合(不包括风荷载组合)作用下底部产生的拉力由人工挖孔桩承受，筏板只承受竖向压力。在仅有大震组合下(不包括风荷载组合)，桩抗拉验算公式[2]如下：

(1)

(2)

8#楼采用筏板和人工挖孔桩相结合的基础，基础浅埋，筏板面标高同地下室底板面标高。计算大震作用(不包括风荷载组合)下的剪力墙和柱产生的拉力，拉力由人工挖孔桩承当。并复核结构的抗倾覆和零应力区的情况。

3 大震作用下内力计算和基础计算

3.1 计算参数取值

采用盈建科软件计算，不考虑风荷载作用，只考虑罕遇地震和重力荷载组合作用。水平地震影响系数最大值取0.28，特征周期值取0.4s，阻尼比取0.05，纵筋采用三级钢，剪力墙和柱的混凝土强度等级：1～3层C40，4～6层为C35，7层及以上为C30。

3.2 内力计算

8#楼在Y向大震作用下的剪力墙和柱底最大轴力设计值如图3所示，剪力墙和柱子在大震作用下出现了拉力。由图3可得大震作用下的总拉力设计值为62 250kN，总拉力标准值为49 800kN。

图3 大震作用下柱底Y方向最大轴力设计图(注：内力分别为Vx、Vy、N、Mx、My)

3.3 基础计算

计算人工挖孔桩的根数：

(1)

桩的根数n≥49 800/2.0/1 044=23.8(根)

(2)

单桩的钢筋承载力Asfy=360×20×314=2 260.8(kN)

桩的根数n≥62 250/2260.8=27.5(根)

由上可知，8#楼至少需要28根人工挖孔桩来承担大震作用下的底部拉力。可将28根桩均匀地布置在筏板下面，筏板计算分析时可扣除由桩基承当的荷载。筏板面标高同底板面标高，这样减少了筏板的埋置深度。

4 结构抗倾覆和零应力区分析

根据盈建科的计算结果，小震作用下的抗倾覆计算和零应力区结果如表2所示，大震作用(不包括风荷载组合)下的抗倾覆计算和零应力区结果如表3所示。

表2 小震作用下的抗倾覆计算和零应力区结果

表3 大震作用下的抗倾覆计算和零应力区结果

参照《建筑地基基础设计规范》[3]第6.7.5条中，挡土墙的抗倾覆的安全系数为1.6。《高规》第12.1.7条中，“高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%”。

8#楼结构的高宽比为3.8，由表2可知，在Y向小震作用下，抗倾覆的安全系数为17.65>1.6，且没有出现零应力区，满足规范要求。由表3可知，在Y向大震作用(不包括风荷载组合)下，抗倾覆的安全系数为2.26>1.6，零应力区比值为13.31%<15%，也满足规范要求。

5 结语

山地高层建筑的基础设计，当持力层较浅或岩层外露时，可以采用浅基础，埋深可以不满足《高规》第12.1.8条的要求，但需对大震组合下底部拉力、结构抗倾覆以及零应力区进行计算，底部产生的拉力由桩基础承当，形成浅基础和桩基共同受力的复合基础。这样既保证了结构的安全，又避免了在工程上不必要的浪费，可供设计人员参考。

[1] JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 卢伟煌，结构设计有关问题探讨[J]. 福建建筑，2015(07)：1.

[3] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

Discussion on foundation design of mountainous high rise building

SONGZhihua

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research,Fuzhou 350001)

This paper analyzed on the foundation design of the 8# tower in a residential building project in Taining. The project adopted manual digging pile foundation combined with raft, shallow buried. Manual digging pile beared the foundation tension in condition of megaseism when wind load combination was not included. By checking the structure of anti overturning and zero stress area.

Mountain based tall building; Shallow embedded foundation; Foundation tension from megaseism

宋智华(1984.2- ),男，工程师。

E-mail:61449196@qq.com

2017-02-17

TU208.3

A

1004-6135(2017)05-0062-03