大底盘多塔楼高层建筑基础设计讲座.ppt

1,筏板有限元基础 适用于大底盘、多塔的 新设计方法,2,内容,1，大底盘高层建筑基础设计简介 2，上部结构荷载的正确使用 3，上下部结构共同作用 4，沉降、内力计算及地基模型的选择 5，大底盘高层建筑基础交互设计 6，厚板有限元计算改正 7，变刚度调平设计方法应用介绍,3,一、大底盘多塔楼高层建筑基础设计简介,1，大底盘多塔楼高层建筑应用现况 每年城镇竣工的建筑面积达5亿平方米。大底盘多塔楼高层建筑、地下商场、地下车库建筑以及大跨空间、多层地下结构的出现，在目前住宅小区建设以及大型公建项目中都占有非常重要的地位，其面积可达总竣工建筑面积的10%。,4,工程实例：北京巴黎城（北京院） 43层，大底盘尺寸210m×200m,5,工程实例：北京西雅图（冶研院） 34层，大底盘尺寸230m×220m,6,沉降图,7,例：北化东四环西区住宅及商业工程（地基所） 18层，大底盘尺寸138m×103m,8,工程实例：上海陆家嘴金融贸易区X2地块（茂尔盛maunsell深圳公司） 35层，大底盘尺寸127m×160m,9,2、给地基基础设计与施工带来的问题,（1）上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大，荷载不均匀，基底反力不均匀，基础底板的不均匀变形。设计不当会引起基础开裂。例如国贸二期工程底板裂缝，防水失效；昆明建筑大厦梁板式筏基开裂，底板防水失效。,10,2、给地基基础设计与施工带来的问题,（2）目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝，二是设置施工“后浇带”，待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”砼。（北京降水费用：在6个月以内100120元/平米，612个月150170元/平米） （3）高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接,11,3,JCCAD软件,12,13,二、上部结构荷载的正确使用,PM荷载 TAT, SATWE, PMSAP荷载 子结构的凝聚荷载 “一次加荷”， “模拟施工1”， “模拟施工2”， “模拟施工3” 活荷载楼层折减 一层荷载作用点标高,14,15,活载楼层不折减,16,1，荷载楼面折减系数的影响 在PM交互输入的楼面折减不但影响梁的设计也影响柱与基础的设计（与楼层折减系数连乘） 规范：荷载楼面折减系数应只影响梁。 2，基础设计是否不考虑地震效应组合（在地基规范3.0.4没有提地震效应组合）？ 基础设计应考虑地震效应组合。抗震设计应依据抗震规范，桩基设计还应依据桩基规范，有地方规范(规程)应优先按地方规范设计。（类比：荷载规范中也没有提地震效应组合）,17,3，地震效应组合会发生竖向力增加或减小（力不平衡） 按静力概念理解地震效应组合与风荷载组合，认为竖向力不应增加或减小。实际发现力不平衡。 原因是底层地震内力是通过CQC方法得到，CQC是一种用于单个构件的地震内力统计方法，将CQC以后的内力作为荷载来进行整体分析是一种近似，就会发生力不平衡的这种现象。,18,4，SATWE等增加“模拟施工3”，基础设计如何取用？ “模拟施工3”实是分层刚度分层加载方法 “模拟施工1”实是整体刚度分层加载方法 “模拟施工3”大大改善了“一次加荷”与“模拟施工1”中的竖向刚度不均匀造成竖向荷载传递不合理现象。 “施工模拟2”是专为基础设计生成，是一种人工近似。 建议：优先采用“施工模拟3”+上下部结构共同作用 采用“施工模拟1”+上下部结构共同作用 采用“一次加荷”+上下部结构共同作用 “施工模拟2”（不应考虑上下部结构共同作用） 竖向刚度不均匀结构举例： 框架剪力墙结构，内砼筒体+外钢框架结构,19,荷载作用点标高,H,20,一层上部结构荷载作用点标高 影响：独基，桩承台；作用：剪力换算成弯矩,21,三，上下部结构共同作用 TAT,SATWE,PMSAP刚度,1.上部结构计算时假设基础不变形，是固端约束 ： 实际结构的基础会沉降且可能不均匀。 差异沉降会对上部结构产生次内力。 2.不同结构形式对差异沉降的反应是不同的。 3.地基规范条文中相关内容,23,上部结构刚度的影响,1，按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部结构刚度进行计算 TAT,SATWE,PMSAP刚度凝聚的过程实际上是将上部结构作为整个上下部结构的子结构，对于基础筏板计算是一个准确解。 2，倒楼盖模型 上部结构为刚性（计算局部内力） 3，不考虑上部结构刚度 上部结构刚度为0,24,巴黎城单塔计算,25,考虑上部的沉降图 不考虑上部的沉降图,26,配筋值比较,考虑上部 不考虑上部 （mm2/m） X上筋 4955 4184 Y上筋 5992 7694 X下筋 9414 9461 Y下筋 6945 8234,27,四、基础沉降、内力计算及地基模型的选择,沉降=附加压应力引起的沉降+回弹再压缩计算 桩基可不考虑回弹再压缩,28,桩基沉降计算方法,一、半经验实体深基础法 二、从单桩出发考虑群桩作用的沉降计算法 建筑地基基础规范GB5007-2002 桩基规范JGJ94-94 上海地基规范DBJ08-11-1999,29,30,四、沉降、内力计算及地基模型的选择,算例：油罐设计 板厚1.1米 桩长36米 油罐直径26.44米 荷载300kPa,31,32,33,34,35,沉降比较,36,桩反力比较,37,五、大底盘高层建筑基础 交互输入,1、工程拼装 2、筏板复杂情况介绍 3、提供多种优化布桩方式 4、DWG图转桩位 5、外接荷载,38,1、工程拼装 望京B11-1项目B区（34层）,39,2、筏板复杂情况介绍,不等高，不等厚 开大天井情况 水浮力 抗水架空板 设置后浇带,40,3、桩布置方式的选择,桩筏下桩布置的特点 桩位的随意性，桩位自成网格 桩位与荷载的相关性就地消化 常用方式：单桩布置，单桩拷贝，围桩承台。 梁下布桩筏板应后布或不布。 优化布桩可对桩筏基础先按承台桩布置，然后再删除承台,41,4、DWG图转桩位(万豪世纪中心),42,万豪世纪中心,场区原设计为嘉利来世贸广场，由地上33层办公楼（A1座，高度约128m）、24层办公楼（A2座）、1115层公寓楼、4层群楼及外围大面积纯地下车库组成，各部分均设三层地下室，基础埋深为14.718.0m。 1995年，进行了基坑土方开挖和33层办公楼（A1座）桩基施工，办公楼区域工程桩总数约2000根，400的预应力管桩，桩长约67m，桩顶标高约在 23.30m左右，桩中心距为1.2m，设计单桩竖向承载力标准值为1000kN。此后原工程因故停工，基坑废弃并陆续被回填。 2003年北京美邦亚联公司承接该项目，对设计方案重新进行了调整，定位为办公、酒店高层建筑及大底盘商用裙房结构的大型综合性建筑体。其中酒店部分地上34 层，建筑高度128.2m，地下3层，基础埋深18.20m，位置局部对应于原A1座33层办公楼。裙房地上35 层，地下3层，框筒结构，桩筏基础。,43,5、外接荷载 CCTV,44,5、外接荷载,45,5、外接荷载,46,5、外接荷载,47,4、外接荷载,48,地震,49,六、厚板有限元计算改正,（一）筏板计算前处理 （二）筏板“后浇带”计算 （三）筏板计算后处理,50,（一）筏板计算前处理,基础筏板中厚板有限元计算前处理特点： (1) 单元尺寸可调节,能解决任意体量的筏板单元划分 (2) 调用上部结构底层柱、墙及筏板上的梁肋构成初网格,形成房间 (3) 用四边形(8节点)及三角形(6节点)高精度等参单元进行自动加密 (4) 减少人工干预，增加可操作性,51,工程实例：北京巴黎城 43层，大底盘尺寸210m×200m,52,网格划分图,53,网格划分图（局部）,54,工程实例：望京B11-1项目B区 34层，大底盘尺寸176m×47m,55,网格划分图,56,网格划分图（局部）,57,（二）筏板“后浇带”计算,58,计算原理,计算时分成“后浇带”前内力计算与“后浇带”后内力计算。 “后浇带”前内力是按独立的几块板分开计算，相互不连接，不传递弯矩与剪力。 “后浇带”后内力是按整体计算弯矩与剪力。 总内力是将前后内力进行叠加。通过设置加荷比例系数来模拟“后浇带”浇注时间。 考虑“后浇带”的计算使内力更加合理，配筋更加节省。,59,工程实例：北京恒富家园,60,设后浇带,61,设置加荷比例系数,0.0 =不设 1 .0 =永久设 0 .5 =完成一半,62,不设后浇带（系数为0） 沉降图连续,63,不设后浇带（系数为0.5） 沉降图在后浇带处不连续,64,（三）筏板计算后处理,JCCAD提供以下筏板配筋模式： (1)板带方式配筋； (2)分区域均匀配筋； (3)新板带方式配筋（新增）,65,新板带方式配筋,66,67,七、变刚度调平设计方法应用介绍,对于高层建筑桩筏、桩箱基础，按传统设计理念是只重视满足总体承载力和沉降要求，忽略上部结构、承台、桩、土的相互作用共同工作特性，采用均匀布桩，甚至对边角桩实施加强，由此导致基础沉降呈蝶形分布、反力呈马鞍形分布，主裙差异变形显著，基础整体弯距和核心区冲切力过大，虽然基础板配筋较多，但有的基础板和上部结构仍有裂缝出现乃至影响正常使用。 针对上述情况，提出变刚度调平设计新理念 。,68,调平设计基本内涵,基本内涵是：首先，考虑框筒、框剪结构的荷载与刚度分布特点和相互作用引起的应力场不均，实施变刚度布桩（视地质条件实施，变桩长、桩径、桩距）强化核心区，弱化核心区外围；对于刚度相对弱化区考虑桩土共同分担荷载。,69,调平设计作法,对于主楼裙房联体建筑，则按强化主体弱化裙房的原则设计，主体采用桩基，裙房则应首选天然地基，其次为复合地基、疏短桩基。 采用JCCAD程序进行上部结构、承台、桩、土的共同作用分析，调整布桩，使差异沉降趋于最小，合理确定箱、筏承台的板厚与配筋。,70,巴黎城单塔计算（均匀/非均匀布桩）,71,考虑上部的沉降图（均匀/非均匀布桩）,72,考虑上部刚度的配筋值,均匀布桩 非均匀布桩（mm2/m） X上筋 7679 4955 Y上筋 13733 5992 X下筋 15285 9414 Y下筋 11325 6945,73,例子：威海海悦国际大厦,74,75,威海海悦国际大厦CFG桩复合地基,海悦国际大厦由主楼与裙楼组成，主裙楼连体。主楼建筑物地上30层，裙楼地上4层，地下2层，建筑高度99.90M，外框内筒结构，平面呈矩形，整个建筑物东西长142.5 m，南北宽44 m，建筑面积约12万平方米。采用筏基，CFG桩复合地基。,76,威海海悦国际大厦设计方案,1、核心筒部分CFG桩桩长22m，桩径400mm，桩间距1.6m左右，单桩承载力特征值为800KN，桩数为182根。 2、柱下CFG桩桩长19m，桩径400mm，桩间距1.6m左右，单桩承载力特征值为700KN，桩数为451根。 3、主楼部分基础底板厚1.6m, 核心筒部分板厚2.2m。 4、裙房部分采用梁板式基础,梁尺寸是800 mm宽1400mm高, 板厚0.5m。 5、主裙楼之间设后浇带。 6、裙房的抗浮设计不设置抗拔桩，利用建筑物的自重和配重平衡水浮力。 7、筏板砼强度等级是C40，CFG桩砼强度等级是C30，受拉受压的钢筋是三级钢，箍筋是二级钢。±0标高处于地质资料标高4.30 m，筏板底标高为-10m，处于地质资料标高-5.70 m,埋深8.70 m。 8、筏板下天然地基承载力特征值270kPa。,77,基础布置图,78,沉降图,79,桩土反力图,80,小结,地基基础设计计算：能算，结果合理 软件是辅助工具，使用者要有经验 上部结构设计计算：算准，结果准确 使用者比较依赖软件 软件目标：向TAT，SATWE，PMSAP学习 欢迎同志们多提宝贵意见。,81,谢谢!,