1 概 述
《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2010)(以下簡稱為《高規》)第 12.1.8 條明確規定,“基礎應有一定的埋深,在確定埋深時,應考慮建筑的高度、體型、地基土質、抗震設防烈度等因素。
基礎埋置深度可從室外地坪算至基礎底面,并符合下列規定:天然地基或復合地基,可取房屋高度的1/15;樁基礎,不計樁長,可取房屋高度的 1/18”。
當建筑物采用巖石地基或采取有效措施時,在滿足地基承載力、穩定性要求及《高規》第 12.1.7 條規定的前提下,基礎的埋深可比本條第 1、2 兩款的規定適當放松。當基礎可能產生滑移時,應采取有效的抗滑移措施。
本次設計的安徽省柏星置業有限公司柏星麗景廣場 Z08#樓為 18 層高層住宅,主體結構為框架剪力墻結構,基礎為鋼筋混凝土筏板基礎;抗震設防烈度為 6 度,設計地震分組為第二組,地震加速度為 0.05;主體屋面板頂標高為 49.700 m,該樓西面、南面、東面、及部分北面室外地坪標高為-3.150 m。北面左側部分室外地坪標高為 -0.150 m,即四周基礎埋深不一致,高差為 3.0 m,局部總平面示意圖如圖 1 所示。該工程基礎埋深最高處埋深 5.05 m,最低處基礎埋深 2.05 m,即有效埋深2.05 m,按照《高規》第 12.1.81 條之要求,基礎埋深?。?9.700 m+3.150 m)/15=3.52 m,根據該場地地質報告及項目總平面圖,場地中等風化巖石外露,如按照規范要求的 1/15 房屋高度確定基礎埋深,將會給施工帶來極大的困難,建設成本也會提高?!緢D1】
2 設計思路
2.1 地基承載力驗算
根據該工程地質報告,基礎持力層為層③中等風化石灰巖,巖石埋藏深度淺、強度高、工程性質良好,地基承載力特征值 fak=3 000 kPa,計算結果顯示的基礎底板下基底平均壓力值(含基礎自質量)為 pk=279 kPa,即 pk<fak,地基承載力滿足設計要求。
2.2 結構的抗傾覆驗算
根據 PKPM2010 版系列結構軟件 satwe 計算結果,結構整體抗傾覆驗算數據如表 1 所示?!颈?】
依據以上計算結果及《高規》第 12.1.7 條之條文解釋,該工程結構的抗傾覆能力具有足夠的安全儲備,不需再驗算結構的整體傾覆。
2.3 結構的抗滑移驗算
高層建筑在承受地震作用、風荷載或其他水平荷載時,筏形基礎的抗滑移穩定性應符合下式的要求:【1】
式中:Ks為抗滑移穩定性安全系數,取 1.3;Q為作用在基礎頂面的風荷載、水平地震作用或其他水平荷載,kN;F1為基底摩擦力合力,kN;F2為平行于剪力方向的側壁摩擦力合力,該工程忽略不計;Ea、Ep分別為垂直于剪力方向的地下結構外墻面單位長度上主動土壓力、被動土壓力,kN/m;L 為垂直于剪力方向的基礎邊長,m。
2.3.1 基礎頂面處的風荷載、水平地震作用力根據該工程基礎四周嵌固條件,最不利抗滑移方向為 Y 向,依據結構軟件 satwe 計算結果得出,作用在基礎頂面 Y 向的風荷載、水平地震作用總合力 Q=2 050.94 kN2.3.2 基礎底面摩擦力合力 F1計算基礎底面摩擦力合力計算公式為:【2】
式中:μ 為基底與巖石地基的摩擦系數,本工程取 0.40;F′k為上部結構恒載傳至基礎頂面的豎向力,根據 PKPM2010 版系列結構軟件 satwe 計算結果為 76 032.97 kN;Gk為基礎自重及基礎上土重之和,其值為 22 370.80 kN。
經計算 F1=39 361.50 kN2.3.3 結構兩側主動土壓力、被動土壓力計算垂直于剪力方向的地下結構外墻面單位長度上主動土壓力 Ea、被動土壓力、Ep計算式分別為:【3】
式中:φa為主動土壓力增大系數,該工程取1.0;γ 為填土的重度,該工程取 18.0;h 為擋土結構的高度,該工程為 5.05 m;ka為主動土壓力系數,該工程取 0.2;kp為被動土壓力系數,該工程取 5.0?!?】
即 KS>1.3依據以上計算結果,該工程基礎的抗滑移穩定性驗算滿足《高層建筑筏型與箱型基礎技術規程》(JGJ6-2011)第 5.5.1 條之規定。
2.4 本工程所采取的抗滑移措施
該工程采用 1 000 mm 厚鋼筋混凝土筏板基礎,設計在滿足承載力、穩定性要求的前提下,采用了一種抗滑移基礎,是在筏板基礎底面東西兩側及南側各設置一道抗滑趾,抗滑趾的長度方向與基頂水平推力的方向垂直,如圖 2 所示??够旱膶挾群透叨仁峭ㄟ^計算確定的,其值應能滿足抵抗與基底交接面處的抗剪切及抗彎能力;抗滑趾長度與基礎底面寬度 H 同向且等值。通過在基礎底面增設抗滑趾,能有效增加基礎的抗滑移能力,從而保證巖石地基上高層建筑筏板基礎抗滑移的穩定性?!緢D2】
3 結 論
綜合上述各驗算結果,巖石地基上的高層建筑基礎埋深設計雖然在《高規》第 12.1.8 條給予了適當放松,但是高層建筑由于質心高、荷載重,基礎設計在滿足地基承載力的前提下還必須滿足在承受地震作用、風荷載或其他水平荷載作用下的基礎抗滑移、抗傾覆驗算,同時在建筑物四周地坪標高不同時,基礎埋深起算面應按室外最低的地坪起計,并應兼顧計算高側土壓力作用對地基整體穩定性的影響。
[參 考 文 獻]
[1]JGJ3-2010,高層建筑混凝土結構技術規程[S].
[2]JGJ6-2011,高層建筑筏型與箱型基礎技術規程[S].