高层建筑筏板基础的沉降计算

2004年 第 25卷 第 2期 高层建筑筏板基础的沉降计算 王森波 张明远 李秀才 倪铁权 (1．中南财经政法大学；2．武汉理工大学) 摘 要： 针对高层建筑筏板基础设计中沉降计算进行了全面的阐述，将软件计算沉降量与实测沉降量进行了对比分析，提 出了筏板沉降量计算 中需要注意的问题，以供设计参考。 关键词 ： 天然地基； 筏板基础； 沉降 沉降计算是地基验算的重要组成部分。地基在 建筑物荷载作用下会产生变形 ，从而引起建筑物基 础的沉降和倾斜。过大的沉降会影响到建筑物的使 用和外观。如建筑物发生不均匀沉降时，建筑物可能 发生裂缝、扭曲或倾斜，影响其实用和安全，严重的 甚至倒塌破坏。在建筑物的设计中，如能事先计算出 基础的沉降而加以控制或利用 ，就可以防止地基沉 降所带来的不利影响。目前未能从理论上对地基的 变形进行精确计算。 1 沉降计算机理 高层建筑结构水平及竖向荷载很 大，因而基础 埋置较深，面积较大，材料用量多。有的建筑基础刚 度很大，如高层建筑筏板基础和箱形基础 ，根据实测 结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，其本身的弯曲变形远小于地基的变形，它 的纵向相对弯曲在 4／10 000以内，且大部分纵向相 对弯曲已在早期施工阶段形成 ，故可近似视作绝对 刚性基础 。 图 1 绝对刚性基础基底 网格 的划分 计算绝对刚性基础的地基反力 、沉降和倾斜时， 因为受力后平面的基底仍为平 面，这样若把基底平 面划分平行于坐标轴 z和 Y的 n个矩形网格(见图 1)，则任一矩形网格中点 i的坚 向位移 可用坐标 原点 O处的变形表达，见下式： cU 一cU。+ 丁。+ ( 一 1，2，⋯ ，n) (1) 式 中，cU。为基础底面在坐标原点 O处的坚向位移； 、 为分别为基础绕 z和 Y轴的转角(即为基础的 整体倾斜)；z 、Y。为基础任一矩形网格 中心 I的坐 标 。 将式(1)写成矩阵形式 ： fcU 1 1 根据弹性地基模型的沉降和集中地基反力的关 系和变形协调条件，若基础和地基紧贴，则地基变形 应与基础沉降相等，则 ：(cU}：[ ]尺。写成矩阵形式 为： 崔 11 12 1 2 1 2 1 ]fR ⋯I J： (3) 式中，[阳为地基的柔度系数 设作用于基底的荷载合力 P(包括基础 自重 )对 z和 Y轴的力矩分别为 M 和 ( 和 M 的正方 向 如图 1中旋转箭头所示)。根据静力平衡条件有： f 尺1+尺2+ ⋯ +R 一尸 zlR1+z2R2+ ⋯ +z R 一 M 【Y1R1+ 2R2+ ⋯ + R 一 写成矩阵形式为： Z 』 yl 1 (4) 把式(2)、式(3)和式(4)合并在一起可得 ： 一 95 一 、● ●●● ●● ●●．● ●●● 、，●●●●●● ●．，J 一 、●● ●● ● ●●● ． ●● ● 、，●●●●●● ●．，J y P ， ● ● ● ● ● ● ● ● ， ( 、 ● ● ● ● I IJ 1●●●●●●●J 一 u 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年 第 25卷 第 2期 11 21 ● ● ● 1 尺1 ● ： 尺J 8 0 式 (5)为绝对刚性基础板计算地基反力和变形的方 程式，可以通过计算机方便地计算 网格 中点的集 中地基反力{R}，坐标原点的竖 向位移 。以及绕 z 和 轴的转角 和 ，进而利用式(2)可 以方便地 得到基础底板沉降{cU}。 2 影响基础沉降量的因素 2．1 建筑物重量及其分布情况 建筑物层数越高 自重越大 ，作用在基础底面上 的接触压力就越大，地基的竖向变形 即沉降量值也 就越大 ；此外，上部荷载在基础上的作用位置也影响 到沉降情况。在轴心受压状态下，基础产生均匀沉 降，而在偏心受压状态下 ，地基发生不均匀沉降。 2．2 基础的刚度 按与地基土的相对刚度大小，基础分为柔性基 础和刚性基础。柔性基础刚度很小，几乎没有承受弯 矩的能力，随地基一起变形。在均布条形荷载作用下 地基下沉呈碗状 曲线 ，此时基底接触压力的分布与 大小和基础上荷载的分布与大小一致 。若使地基大 致均匀的下沉，则必须使基础两侧的单位荷载强度 比中间大许多。刚性基础与柔性基础不同，当在其基 底形心上加以集中荷载时，它强迫地基产生均匀的 沉降。 2。3 土的压缩性的大小 土的压缩性即土在压力作用下体积减小 的特 性。土的体积减小有 3方面的原因：(1)土矿物颗粒 的压缩；(2)孔隙中水和空气的压缩 ；(3)水和空气从 孑L隙中被挤出。土体压缩主要是由于土中孑L隙体积 的减小 ，也就是孑L隙中一部分水和空气被挤 出，封闭 气体被压缩。同时土颗粒重新排列，靠拢挤紧。对饱 和土而言，压缩主要是 由于孑L隙水的挤出。不同的土 的压缩性有很大的区别，其主要影响因素包括土的 本身性状 (如土粒粒度、成分 和结构、有机质、孑L隙 水)和环境因素(应力历史、应力路线、温度等)。 3 算例分析 3．1 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 概 况 一 96 一 武汉南湖农业科技园 3 住宅楼．主体采用现浇 钢筋混凝土框架剪力墙结构，基础 占面积 548 m ， 地面上 l7层，建筑高度 54 m。建筑物总荷载重量约 为 l70 315 kN。根据岩土工程勘察报告，地层分布 自上而先可分为 7层。分别为：①填土；②粉质粘土； ③粘土；④碎石土；⑤粘土夹碎石；⑥硅质灰岩；⑦强 风化泥岩。场地的稳定地下水位为地面以下 l m左 右。各土层的构成与特征详见表 1。 表 1 工程地质分层表 场地土层分布比较均匀 ，上硬下软，与建筑荷载 作用与天然地基通过应力扩散，而随深度衰减 的规 律相符合。筏板基础以其成片覆盖于建筑物地基的 较大面积和完整的平面连续性为明显特点，不仅满 足软弱地基承载力的要求 ．减少地基的附加应力和 不均匀沉降 。还可 以跨越地下浅层洞穴和局部软弱 层。从技术 、经济的角度出发，采用了有利于建筑整 体稳定、刚度较大能抵抗差异沉降、底面积大，有利 于分散土压力的连续性整体肋梁式筏板基础。 图 2 基础平面布置图 ， ＼， { ^ 伸 、 ＼ j】 — — 川 ， jt - ’ ￡ 句 d { ^ 0 { 土 t 甚、 ‘ “ 0 H } ⋯ { { 口 { { { ￡ d ￡ 0 0 { ^ 、 、 、。 ⋯ ￡⋯ # 5 0 ＼ ⋯ j ／ ．!：睾{ ： { ； {{： 、 口 } 0 ∞ 5 、 J c j j af 0￡t a l j ● I { I^ { 《 ll ‘ d t，_'】= 。 t 日 c { l I a ￡ 0 0 j E {1l ‘ 口 6 a I { 1 ⋯ ：⋯ ^ i 0 ； j ∞ } * t { i】c 0— 1ri— 1 ： j 0 l I 口 { { 1 + ‘ n ■ a 口 J t s t r——————— 11 tf I ～ 一 = == = = = == 图 3 基础沉降计算数值图 3．2 计算分析 0 0 0 尸 一 一 一 一 ． ～ 了、 ¨ 一 一 ． 一 0 O 0 0 O 0 0 O 0 ● ● ● 一 ¨ 一 2 2 1 z 1 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年 第 25卷 第 2期 武汉南湖农业科技园 3。住宅楼的基础平面布 置见图 2所示，用 中国建筑科学研究院结构所 CAD 工程部开发的“弹性地基梁板基础结构 CAD软件” 进行计算 。在“基础梁板的弹性地基梁算法”菜单中 计算沉降，计算中设有不考虑上部结构刚度的算法。 此时基础平面上每个单元区格的反力为整个基础的 平均反力，沉降计算对每个区格分别进行 ，并考虑所 有相邻区格的影响，每个区格的沉降计算值标在平 面上 ，用沉降横剖和沉降纵剖菜单可显示基础纵、横 每个剖面的沉降变化图。程序还给出基础的平均沉 降值。由图 3可见程序共划分了 556个网格，基础最 小沉降为 l5 mm，最大沉降为 23 mm，平均值为 22 表 2 沉降观测表 3．3 沉降观测 按照要求本工程共设置 8个观测点，主体结构 每上升 2层 ，观测 1次；结构封顶后 ，2月观测 1次。 共观测了 9次，观测结果见表 2。结果显示该楼在施 工期间沉降平稳，整个基础沉降比较均匀 ，基础最小 沉降为 11．5 mm．最大沉降为 16．8 mm，平均沉降 为 13．2 mm。各点的沉降差在 5．3 mm 以内，不存在 沉降突变的问题。 4 对 比分析及结论 从以上的结果可以看出，采用中国建筑科学研 究 院结构所 CAD工程部开发的“弹性地基梁板基 础结构 CAD软件”计算的沉降值，虽然与现场实测 值存在一定的差异．但总的趋势来说还是一致的，基 本上没有超过高层建筑沉降限值。其沉降计算值与 实测值存在着一定的差异的主要原因是实际测量沉 降时，建筑物只承受 了 8O％的荷载，而且最后 2次 沉降的差值高达 3 mm，说明建筑物还没有完全沉 降。根据建筑物的特点及场地土地质构造的特殊性 并结合地基基础的受力特点，该工程的基础采用筏 板基础 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是可行的。 参考文献 [1] 李玉峰．浅基础沉降量计算方法述评．河北理工学院学 报 ，2002． [2] 高大钊．土力学与基础工程．北京：中国建筑工程出版 社 ，1998． 收稿 日期：2004—03—02． 王 森波 ：男 ．1970年生 ，工程 师；武 汉．中南 财经 政法 大学 (430060)． 一 97 一 n n M H ¨ 挖 一 一 一 一 一 一 一 一 3 _ 0 ■ ； ：亍： l l 3 7 1 O 9 9 If i 8 ； i If If If i { { “ 一 一 一 一 一 一 一 一 ； ； O 2 吨 屯 屯 i i ； m m m m 一 一 一 一 一 一 一 一 i o o 。 O 0 口 Q 口 衄 维普资讯 http://www.cqvip.com