商业综合体的基础设计

徐庄华

（筑博设计股份有限公司，上海 200070）

1 工程概况

本工程商业综合体项目位于内蒙古呼和浩特市,设防烈度8度。包括：1#、2#办公楼，框架-核心筒结构；1#、2#裙房，框架结构；地下车库，地下2层，框架结构。本工程均设有2层地下室,各单体在标高正负零以上通过设置抗震缝分成4个独立的抗震单元（图1）。

图1 分区平面示意

2 结构设计概况

2.1 本项目主要设计参数

建筑抗震设防类别丙类，抗震设防烈度8度，基本地震加速度0.20 g，场地特征周期0.35 s，设计分组为第一组，场地类别为二类，结构重要性系数γo为1.0，地震反应阻尼比为0.05，设计用年限为50 y，结构安全等级为二级。

2.2 各单体工程概况（表1）

3 基础设计概况

3.1 自然地理

本地区属于内蒙古中纬度内陆高原，典型的干旱、半干旱大陆性季风气候，降雨量少而集中，蒸发强烈、干燥多风、温差变化大，同时因受阴山山脉的影响，形成比较优越的小气候环境。据有关气象站观测资料：历年年平均降雨量400.00 mm，多集中于7～9月份，占全年降雨量的77%；年平均蒸发量1781.80 mm，月平均最低气温-13.0℃、最高气温21.9℃；年平均风速1.67 m/s，最大风速可达25.00m/s；全年无霜期130d，地表最大冻结深度160 cm。

3.2 建筑基础设计形式及基础持力层选择

基坑开挖深度按自然地面下10.0 m。基坑开挖后基底出露土层为④细砂层。选择④细砂层作为基础持力层，承载力特征值fak=240 kPa，基础设计类 型采用筏板基础，基础等级为甲级。

3.3 抗浮设防水位

根据该区域历年水文地质调查资料可知，该区域稳定地下水位应在自然地面下约10.0 m左右，因此本次抗浮设防水位高程按1 060.00 m考虑。

表1 各单体工程概况

3.4 地基土层主要物理力学参数（表3）

表3 地基土层主要物理力学参数

3.5 考虑裙房修正后的地基承载力特征值

由于主楼周边有裙房，裙房对主楼下地基承载力有提高作用。用软件建立模型后，可以计算得出裙房下地基反力图。由YJK-F计算得到该最大标准值为421 kPa左右，折算覆土深度[1]为5.11 m（图2）。

图2 主体结构剖面及覆土折算高度示意

（1）天然地基承载力验算

根据地基规范5.2.4：

4 筏板基础受力分析

4.1 YJK基础软件计算分析

主要计算参数：软件计算方法采用弹性地基梁办法，沉降计算方法采用等效做法，后浇带施工前的加荷载比例取0.5，已知细砂层为持力层，基床反力系数为20 000 kN/m3，抗浮水位为-11.2 m，水浮力标准组合系数1.05，水浮力的基础组合系数为1.4，基础混凝土等级为C35。

本工程裙房底板板厚取600 mm[2]，裙房柱墩厚度1 000 mm，主楼核心筒区域底板板厚2 200 mm，主楼范围其他区域底板板厚1 600 mm。

4.2 后浇带的设置与封闭时间

为防止塔楼与裙房沉降之间可能产生的有害裂缝，在塔楼A与塔楼B周围设置沉降后浇带，宽度800 mm。同时由于裙房底板长度过长，一般需要40 m左右设置一条温度后浇带，宽度800 mm。

后浇带封闭时间可分两种：①主要考虑温度和混凝土收缩而引起的变形，即温度后浇带,宜在60 d后及气温较低时封闭；②当后浇带调节沉降差时,一般应在主楼结构完成、隔墙砌筑完毕及沉降基本稳定后封闭。

4.3 核心筒冲剪计算

框筒结构的核心筒底板厚度应由冲切验算确定（图 3）。

4.3.1 根据《地基规范》[3]8.4.8条

受冲切承载力计算公式：

式中：Fl——相应于作用的基本组合时，内筒所承受的轴力设计值减去内筒下筏板冲切破坏锥体内的基底净反力设计值（kN）；

um——距内筒外表面h0/2处冲切临界截面的周长（m）；

βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800 mm 时，取 βhp=1.0；当 h≥2 000 mm 时，取βhp=0.9，其间按线性内插法取值；

h0——距内筒外表面h0/2处筏板的截面有效高度（m）；

η——内筒冲切临界截面周长影响系数，取1.25。

根据YJK计算结果，当基础组合1.35恒+0.98活时，Fl出现最大值101 216.7 KN。

按 式 8.4.8 得 ：101 216.7 ×1 000/（66 960 ×2 140）≤ 0.7×0.92×1.57/1.25，

0.71≤0 .808 满足规范要求。

图3 1#楼冲剪计算平面

4.3.2 根据《地基规范》8.4.10

受剪承载力计算公式：

式中：Vs——相应于作用的基本组合时，基底净反力平均值产生的距内筒或柱边缘h0处筏板单位宽度的剪力设计值（kN）；

bw——筏板计算截面单位宽度（m）；

h0——距内筒或柱边缘h0处筏板的截面有效高度（m）。

根据YJK计算结果，当基础组合1.35恒+0.98活时，Vs出现最大值1 131.8 kN。

按式8.4.10得

1 131.8 ≤ 0.7×0.85×1.57×1.0×2 140；

1 131.8 ≤1 999.081满足规范要求。

4.4 筏板受力特点

图4 基本组合弯距

根据图4可以发现：

（1）2#楼核心筒底部最大正弯矩值达到3046.6 kN·m，1#楼核心筒底部最大正弯矩值达到2476 kN·m，经过仔细观察1#楼2#楼核心筒底板最大弯矩均出现在角部位置，形成典型的“锅底效应”,符合工程实际的受力情况。

（2）2#楼东侧和南侧顶部出现较大的负弯矩，东侧达到-3 215 kN·m，南侧达到-2 733.6 kN·m。因为2#楼南侧和东侧已经没有足够的底板宽度来平衡核心筒下沉引起的负弯矩，只能依靠附近一跨范围来平衡，而1#楼四周至少有2～3跨以上可以平衡核心筒下沉引起的负弯矩。

（3）1#楼核心筒与东西侧框架柱之间出现了板顶负弯矩大约700 kN·m左右，2#由于设置了中柱，核心筒引起的负弯矩发生在中柱与外侧框架柱之间，中柱范围内均为板底正弯矩值。

（4）主楼周围沉降后浇带位置的弯矩较小，说明此处弯矩已得应力释放。但由于后浇带只能释放大约70%不均匀沉降应力，还是应该对主楼与裙房交接位置采取加强措施。

（5）裙房部分由于采用了较合理的板厚[4]，其弯矩值较为均匀，没有出现较大峰值情况。

5 筏板构造措施

5.1 主楼与裙房底板交接位置配筋加强与计算

根据YJK-F计算结果，得到主群楼相邻框架柱底部位置最大沉降差7.4 mm（图5）。

求弯矩：

取截面 1 000×600， 查 《静力手册》[5]， 根据Mab=Mba=6EI/L,其中 E=3.15×104 N/mm,I=1/12×1 000×6 003=1.8×1 010，L=7 400 mm

得到 Mab=Mba=461 kN·m。

正截面受弯配筋计算：

相对界限受压区高度ξb=β1/[1+fy/(Es·εcu)]

=0.8/[1+360/(200 000×0.003 3)]=0.518

ξb·h0=0.518×537.5=278 mm。

受压区高度 x=h0-[h02-2M/(α·1f·cb)]×0.5=54 mm≤278 mm，

每延米配筋面积 As=α1·fc·b·x/fy=1×16.7×1 000×54/360=2 508 mm2。

因此，主群楼交界一跨范围内四周，板顶和板底实配加强钢筋22@150。

图5 计算简图-（已知沉降差求弯矩）

5.2 筏板抗裂措施

（1）采用筏板封边构造，封边的主要作用是防止较厚筏板在侧面发生温度裂缝，不同厚度的底板封边构造要求不同。

（2）筏板阳角、阴角处应设置放射筋,减少应力集中现象。

（3）超长结构顶板、底板、外墙混凝土均应掺加镁质高性能混凝土抗裂剂，以保证其强度和抗渗等级，同时防止引起渗漏水的裂缝，为此要设法降低混凝土的水化热，防止混凝土收缩裂缝的出现。

6 结语

对高层建筑筏板基础进行了分析，选取了合理的基础截面并验算，建立模型对工程进行内力分析，结合地勘报告提供的参数，得到合理的筏板基础弯矩图。同时考虑了实际工程中将会遇到的主群楼沉降不均、基础底板开裂等问题，采取比较合理的构造措施，保证了工程的安全性。结论：

（1）在基本组合下，随着楼层层数的增加及核心筒面积的增大，核心筒底部的冲切力Fl及剪切力Vs越大，在保证截面周长Um不变的情况，加大筏板板厚能有效解决冲剪问题。

（2）主楼周围有裙房时，可以将自底板算到屋顶标高范围的裙房重量折算成覆土高度，代入地基承载力修正公式进行计算。

（3）通过计算不均匀沉降得到配筋值，实际工程中不但需要设置主楼外围沉降后浇带，还应加厚主楼外围一跨范围内的筏板。