上海某一建筑基础优化设计

张春晖

(建学建筑与工程设计所有限公司 上海200336)

1 工程概况

本项目位于上海浦东新区临港新城，由一层地下室和地上六层结构构成的办公楼，工程结构采用钢筋混凝土框架结构体系，结构典型剖面和典型楼层结构如(图1，图2)所示。

图1 典型剖面

图2 典型楼层结构

2 基础分析

2.1 柱底反力

本文只研究该结构基础部分的优化设计，根据中国建筑科学研究院编制的结构计算软件PKPM计算结果，各柱底反力标准值如(图3)所示。基础设计依据《临港大厦岩土工程勘察报告》(工程标号:2010－G－199)，结构±0.000相当于绝对标高4.700m，抗浮水位取为绝对标高2.700m(室外完成面以下1.5m)。

2.2 基础方案比较

基础工程的设计与施工对建筑本身及其周围环境的安全至关重要，其造价与工期对高层建筑总造价与总工期有举足轻重的影响。在各种复杂的地质条件下建造高层建筑，首先必须经济合理地做好基础设计［1］。

图3 柱底反力标准值

2.2.1 方案一:桩加防水板基础

该办公楼结构柱网均匀，主楼部分各柱下力也均匀。根据基础勘测报告所提供的土层参数，经计算分析后，主楼下抗压桩和裙房下抗拔桩均采用预应力高强混凝土空心方桩(HKFZ－A350(200))，桩顶绝对标高定为4.500m，桩长25m，桩端持力层均为⑦1层粉土，保证桩端进入持力层深度均大于等于1m。根据土层参数计算的抗压桩单桩竖向极限承载力为2200kN，按上海地基基础设计规范(DGJ08－11－2010)，设计值取为1100kN，抗拔桩单桩抗拔承载力为360kN，结构桩位布置如(图4)所示，相应的承台布置如(图5)所示:

图4 桩位布置图

图5 承台布置图

桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降稳定性快和沉降变形小、抗震能力强以及能适应各种复杂地质条件等特点，在工程中得到了广泛应用［2］。采用这种基础方案，把结构所有荷载通过桩直接传到稳定坚实的地基上，导荷传力直接明确，充分利用了其承载力大的特点，当然其工程造价也是较高的。结构防水底板厚度取为300mm。采用桩基础，可以有效控制主楼与裙房之间的不均匀沉降［3］。该基础方案受力机理简单明确，在沿海地区多高层建筑的基础设计中广为应用。

2.2.2 方案二:筏板基础

筏板基础具有整体性好、承载力高、结构布置灵活等优点，广泛用作多高层建筑及超高层建筑的基础［4］。平板式筏板基础，板顶标高定为－4.350m(相对标高)，筏板基础持力层选为②3－2层粉砂，地勘报告提供的持力层承载力特征值为110kPa。按筏板基础设计，计算其修正后的承载力时，其修正深度可以从室外地面标高算起，按上海地基基础设计规范修正后的地基承载力能达到170kPa。为了保证主体结构和筏板基础的整体刚度性，筏板厚度取为600mm，同时考虑到柱下集中荷载较大，需要考虑筏板抗冲切承载力要求，柱下加设厚度900mm的柱帽，这样就形成了带柱帽的筏板基础。此外在群房区域，仍需采用抗拔桩来承担较大的水浮力。基础抗拔桩布置如(图6)，筏板柱帽布置如(图7)。

图6 抗拔桩布置图

图7 柱帽布置图

考虑到上部框架结构整体刚度有限，基础持力层承载力也非很大，同时600mm厚的筏板基础整体刚度也偏弱，基础必然存在不同的变形，所以该筏板基础定义为柔性基础比较准确，可按弹性地基筏板分析其受力。经基础设计软件JCCAD程序计算后，筏板下配筋量为双层双向，相对常规防水板来说，配筋较大。局部柱下另附加钢筋来保证柱帽区域的承载力要求，基础沉降计算最大值为约为50mm。

全楼采用筏板基础，充分利用柱下筏板的面积大、变形协调能力好、能与上部结构共同变形受力的特点。按弹性地基假定计算的局部地基反力如(图8)所示，柱帽下的最大值为153kPa，小于地基承载力170kPa，所以承载力是满足要求。

图8 筏板最大地基反力

图9 筏板沉降

3 工程造价比较

对比上面两种基础方案，在不考虑人工及施工周期成本的情况下，工程采用筏板基础造价约为450元/m2，而采用桩基础加防水板的基础形式的造价约为700元/m2。在满足结构安全的前提下，按总体面积采用筏板基础可以节省约150万元以上的工程造价，经济优势很明显。

4 结论

本工程目前已经主楼封顶，正在室内外装修阶段。通过计算分析可以看出，不同的上部结构体系，不同的工程地质状况，所采用的基础方案不同，所带来的效益也是不同。因此，结构工程师需要具体问题具体分析，要突破惯性思维，多做分析比较后再确定基础方案，这样能保证结构安全的情况下，取得较大的经济效益，对今后类似项目的基础设计提供一定思路。

［1］李兰.高层建筑结构筏板基础设计与研究［D］.合肥工业大学，2008，6.

［2］赵明华，徐雪燕.基础工程［M］.北京:高等教育出版社，2003:82.

［3］陈方斌.不同荷载下高层建筑筏板基础设计比较［J］.江西教材，2014(1)，27.

［4］刘开强，翁明强，蒋媛.筏板基础的优化设计［J］.四川建筑科学研究，2010(03).