高层建筑筏板基础沉降计算工程实例分析

米枢

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

筏板基础在高层结构中有着广泛应用，不仅充分发挥了地基的承载力，也使沉降不均匀得到良好的校正。地基基础的设计过程中，由于只有确定了沉降值，才能反算基础结构配筋等，地基的变形问题也就成为地基基础设计的关键问题。地基变形计算由于土体本身及土与结构相互作用的复杂性，涉及变形控制的标准、计算假定模型的选择等问题，难以考虑所有的内在和外在因素，目前的理论水平对地基变形进行精确计算还比较困难。地基变形计算偏差过大会导致工程沉降变形在设计过程中得不到有效控制，建筑物使用过程中可能产生结构垮塌等严重后果，此类问题在建筑工程中的重要性不言而喻。因此，本文以某实际工程为研究对象，使用JCCAD软件计算筏板基础地基变形，在计算过程中针对计算模型以及一些关键参数的选取展开了讨论，研究了相关假定及选取参数的合理性。

1 工程概况

某调度楼工程位于呼和浩特市区，周边被其他既有办公楼环绕，建筑场地较狭窄，楼体地上8层，主要功能为调度指挥服务的设备用房；地下两层除设备用房外主要功能为车库，总建筑高度50 m。总建筑面积23 000 m2，建筑基底面积1 850 m2。主体结构采用框架、剪力墙结构，屋顶为大跨度屋盖，最大跨29 m，采用四角锥网架结构。地基基础设计等级为甲级，采用天然地基，筏板基础，基础埋深13 m。设计使用年限50年，结构安全等级为一级，重点设防类，抗震设防烈度为8度（0.2 g）。基础底部天然地基为第四系全新统冲洪积层，黄褐色中密饱和细砂，压缩模量为14 MPa。

基础平面图如图1所示，建筑剖面图如图2所示。

2 设计软件沉降计算

2.1 工程概况

经过计算，基底持力层地基承载力修正后有659 kPa，考虑建筑有2层地下室，所以基底附加应力相对不高，基础形式拟采用筏板基础，筏板厚度1 m。计算结果显示基底标准组合下最大反力378 kPa，小于修正后地基承载力659 kPa，筏板基础满足设计需求。

本工程持力层为第四系全新统细砂层，褐黄色，局部浅黄色，稍湿～饱和，中密～密实，主要成份以石英、长石为主，局部含少量砾砂及园砾。本层物理力学性质一般，全场均有分布，厚约1.7～7.6 m，场区内成层分布。压缩模量14 MPa，压缩系数0.09～0.1，为低压缩性土。

图1 筏板基础布置平面图

2.2 计算假定

本文只针对地基变形量计算分析，不对地基差异沉降展开讨论。沉降计算软件JCCAD给出3种沉降计算假定。

2.2.1 完全柔性底板沉降计算方法

不考虑基础与上部结构的刚度影响，基础底面柔性附加面荷载是已知的，解决了基础沉降问题。从假定上看更适合于独基、条基、梁式基础、刚度较小或刚度不均匀的筏板。

图2 建筑剖面图

2.2.2 刚性底板沉降计算方法

假定基础底板整体变形较小，相比于总沉降量而言，底板整体弯曲可忽略，底板各部位的反力通过平衡方程联立求解，求得均布荷载作用下矩形板中心点的沉降。适用于土体较软，基础刚度与土体刚度相差悬殊的情况。

2.2.3 单向压缩分层总和法模型

假定地基土为各向均质的弹性体，应力分布服从弹性半无限体理论的布辛奈斯克公式；在沉降计算中土体可以分为变形参数各不相同的土层，不同位置土层可以不同；被计算土体只有竖向压缩变形，没有侧向变形，与实验得到的压缩模量条件相同；基底作用的附加反力P认为是作用于地表的局部柔性荷载。按工程概况资料，上部结构刚度较大，基础持力层为中密饱和细砂，分布均匀。分析时采用《建筑地基基础设计规范》推荐的筏基分层总和沉降计算方法较为合理，因筏板基础埋深较深，地基变形计算时，需考虑开挖基坑地基土的回弹。

3 沉降报告结果对比

工程委托了第三方沉降观测单位，对建筑物施工及使用期间的沉降进行观测，在建筑物外墙大角或间隔15～20 m布置观测标志，共布设12个观测点。

主体施工完成进入使用阶段后，沉降速率减缓，建筑物沉降进入稳定阶段。观测成果如表1所示。

根据假定JCCAD计算的筏板沉降结果如图3所示。经对比，在沉降观测点附近的沉降计算值10 mm接近观测值平均值10.8 mm，计算假定选取合理，与观测值基本吻合。

图3 主体部分筏板沉降图

表1 观测结果统计表

4 存在的问题及改进办法

计算过程中的理论公式不可能完全与实际情况符合，有一些无法量化又不能忽略的因素无法计入，造成理论计算值和实测值总会有差异，因此，需要引入一个由长期沉降观测资料统计分析所获得的经验系数ψs对理论计算值来加以调整。尽量使用根据当地长期观测资料分析得到的沉降计算经验系数计算，无地区经验时参照《建筑地基基础设计规范》给出的经验值。

5 结论

本文以实际工程为案例，运用设计软件JCCAD进行了筏板基础沉降计算，通过对工程的合理假定，采用《地基规范》推荐的筏基分层总和沉降计算方法，获得了和实测值符合较好的计算数据，说明选用该法在类似工程中能较好地反映筏板的整体弯曲效应，沉降分布规律与实际情况较为接近，有较强的借鉴作用。在计算之前，对计算假定及其适用条件必须认识透彻，对计算资料做适当的简化处理，不能片面追求新的复杂的计算模型，有可能会导致计算结果奇异、不可信。沉降计算需根据具体情况具体分析，对于不同建筑结构和土体分布及周边地区情况还有待进一步探讨。

参考文献：

［1］梁伟平.对筏板基础设计中的相关问题探析［J］.新材料新装饰，2014（6）：387.

［2］朱炳寅，娄宇，杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析（第二版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［3］天津大学，西安冶金建筑学院，哈尔滨建筑工程学院，等.地基与基础［M］.北京：中国建筑工业出版社，1978.