大底盘多塔楼高层建筑基础设计讲座朱明

筏板有限元基础适用于大底盘、多塔的新设计方法屮建翁科禽斫宪院朱春明眄究2007.9电话：010-64517375, 84272121-216231,2,3,4,5,6,7,内容大底盘高层建筑基础设计简介上部结构的正确使用上下部结构沉降、内力计算及的选择大底盘高层建筑基础交互设计有限元计算改正变刚度调平设计方法应用介绍一、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 结构的岀现，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,5工程实例亠北京巴黎城（北京院）43层，大底盘尺寸210mX200mLvuhsac lr-!cF匚EGF r嚮制if器asf期跻助aasf朗喷ifitififsif軌i/级*枷g;g;i林棚切榔杠昨如如3昨如如如 Jt#t丄 S h R r k F M F M p. M Lr p Fwtjtlfjgtlifff!hhhlIIIIIblCMI 11 11 IblblI 11 11 l 11 11 rIbl- Lgtggjmgj“llgfl”mif”jlfHHgg”9f仙罪”UH ASiHitlMfaMMttlMtM41111.11-1I二d产十 Q 产 S.WUR8h9m 9! ton 9 、 F 细 “工程实例：北京西雅图（冶研院）34层，大底盘尺寸230mX220m1沉降图20.0 10.01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138mX 103m11上1生IB上U伯点100匿E31525JdT商业511Y=5LCr?f 3$|X=3CE31I.542Vinrh7 ?r=biijyiv.3wK=3CE3B5.74eX商业31.)住宅12S&834XlCAiO9.B14rY=51O973.i53X=302234c34 wtI 司 _llzzoIl23.20/ /11 1 I 11 11 1Jr 1q | | | 1 | | | |II冃严0西区25.103C UX30262.442X60/ I58.25閘炉房|lt5B昌住2Rh2bi0H=OrnM=Mm5.25 1L5E話业310&1.9D25.10BFH=Mm=ni =n上 117.IDeiS业耳=511689.649.QQH=4,4Dm?83配电鞫183自:18.621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127m X 160m“土上.2;扛JJ-LI!-1 - - .-i.ryl_.3-ptr、rruMzv b.vrwriuq Js一 n :!i:;:!:屛rl kq . T , 3 Ja J JJ-J-JJ-JD23J 3J-J3 u -_ -兰；L一&匸匚-JIWKle.二.-、 4 川faga3M333戈 sssz S = L %12、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。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，二是设置施工“”，待沉降基本稳定后再浇筑后浇带”碇。（北京降水费用：在6个月以 内100120元/平米，612个月150170元/平米）（3）高层建筑与的连接相当于主塔楼与裙房的连接17计算琴数凶回区I3JCCAD软件篇PKP阿络版系列软件(2005. 04)结构I特种结构|連筑|设备丨钢结构|节能| 匯础工程计算机辅助i勰计算琴数凶 PMCAD PK TAT-8 SAT-8 *TAT SATWE梁柱施工图JCCAD LTCAD JLQ地质资料输入基础人机交互输入基础梁板弹性地基梁法计:桩基承台及独基沉降计算0 桩筏義板有限元计算基础平面施工图筏板基础配筋施工图 心)弹性地基梁施工图绘制独基条基详图桩基承台详图图形编辑、打印及转换桩位平面图钢柱锚栓布置图工具箱Autocad础图向基础模西计算琴数凶计算琴数凶文件存取管理当前工作目录：|乔莎计算琴数凶计算琴数凶转单机版关闭 |帮助计算模型Q弾性地基梁板模型（VINKLER模型）C倒楼盖模型（桩及土反力按刚性平假设求出）r单向压缩分层总和法T单性解:力公式上部结构影响（共同作用计算）广不考虑c 取 TAT 刚度 TATFDK. TAT 取SATWE刚度 SATFDK. SAT广取円侣AF刚度SAPFDK. SAP单向压缩分层总和法一?单性解修正*051n（D/Sa）计算琴数凶计算琴数凶基础形式及沉降计算规范a天然地基、常规桩基（外荷载完全由桩基承担）C复合地基（地基处理规范JGJ79-2002厂复合桩基（桩基规范JGJ9494）c沉降控制复合桩基上海地基规范-1999）-网格划分依摇左所有底层网格线C布置构件（墙、粱、板蒂）的网格线r布置构件墻、粱、板带）的网格线及桩位F有梁无板时按梁单元计算计算琴数凶计算琴数凶筏板（梁）混凝土级别|40筏板（梁）受拉压钢筋级别|HRB335 二|梁箍筋级别|HPB235 二|筏板受拉区构造配筋率S为自动计算）1有限元网格控制边长（町I2板上剪力墻考虑高度（町（0为不考虑I10混凝土模量折减系数（0. 71.0）|1如设后浇带，浇后浇带前的加荷比例（01）|0.5桩混凝土级别|30桩钢筋级别HRB335 二|桩顶的嵌固系数（狡接01刚接）1人防顶板等效荷载标准值（kPa）卩00人防底板等效荷载标准值（kPa）i75dV底板抗浮验算 C底板抗浮验算的水头标高再7丽匝考虑筏板自重厂采用USS向量稀疏求解器P沉降计算考虑回弾再压缩计算模型e复合模量法 广Mndlin法确定二、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3“模拟施工1”， “模拟施工2”, 活荷载楼层折减一层荷载作用点标高23请输入荷载组合夢数确定(Y) I放弃(N) I谙选择荷载组合类型TAT基本爼合TAT基本组合TAT基本组合TAT基本组合TAT基本俎合TAT基本组咅T皑基本组合TAT基本组台TAT基本细台TAT基本组合TAT基本组合TAT基本组合TAT基本组合TAT基本组咅TAT基本组 TAT基本组L 2D*恒1.40*JMx l.20*tS-l-40* 凤 yl.20*tl+l. 40*活+0. 60+L40*风盟 l.20*ts + l. 40*-0. 60*1?40*Rx l.20*tS+l. 40*活+0. 60*l?40*JXy 1.20*+!. 40活-0. 60*1.40*风y 1 20*+1. 40*Mk+0 .70*1.40*fi1 20*恒-1 40*Mk+0 .70*1.4活1理0时亘+1.40*l.20*tl-1.40*70*1.40*活70*1? 40*1.20* tl+0. 50*) + l. 30*fttx+0. l._20*(ta+0. 50*S)-l. 3地咒+0. 5竖地ill01720* (tl+O. 5肿活+ 1. 30*地y+D. 5竖地1正0糸(廣0丽磋El二匚3d录地丙5丽竖地一 ；l._20* (fi+0. 50*活+CL 20*1. 40*凤x+l?30*地盟+15帥竖地1.20* (fs+0. 53活)+0. 20*1. 40凤y+1.30*地y+0 50*竖地1.20* (恒+0. 50活)-0 20*1. 40凤x-1.30*地盟+0. 50*竖地地 VLiTAT基本組合水TAT基本组合：1.2酬（tS+0. 50*活-020*1.40*凤厂1. 30*ifiy+0. 5加竖扯楼层不折减271, 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（规禅J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）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璋风荷载组合，认为竖向 力不应增加或减小。实际发现力不平陆原因是底层地震内力是通过CQC方法W，CQC是一利| 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，就会乐生力不疋 衡的这种现象。29圈篇豐分眾閲畫豐计如何取用?“模拟施工1”实是整体刚度分品礒方法席爲加1亦gr“施工模拟2”是专为基础设计卞成，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”+上下部结构共同石旳采用“一次加荷” +上下部结构共同作* “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，内殓筒体+外钢框架结构31#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H2H1BA三，上下部结构共同作用TASATWE，PMAP 冈 U 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。1地基规范条文中相关内容335. 3. 10在同一整体大面积基础上建有多栋高、低层建筑，沉降计算时应考虑上 部结构、基础与地基的共同作用。7. 1. 3设计时，应考虑上部结构和地基的共同作用。对建筑体型、荷载情况、结 构类型和地质条件进行综合分析，确定合理的建筑措施、结构措施和地基处理方法。8. 3. 2柱下条形基础的计算，除应符合本规范第8.2. 7条一、二款的要求外，尚 应符合下列原则：1在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基 础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连 续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以12的系数；8. 4. 10当地基土比较均匀、上部结构刚度较好、梁板式筏基梁的高跨比或平板式 筏基板的厚跨比不小于1/6,且相邻柱荷载及柱间距的变化不超过20%时，筏形基础 可仅考虑局部弯曲作用。筏形基础的内力，可按基底反力直线分布进行计算，计算时 基底反力应扣除底板自重及其上填土的自重。当不满足上述要求时，筏基内力应按弹 性地基梁板方法进行分析。上部结构刚度的影响1，按TAT、SATWE、PMSAP的、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,模型-上部结构为刚性（计算局部内力）3,上部结构刚度-上部结构刚度为0巴黎城单塔计算37#O 0 o QooO-ZL.o; * 0号9 0&-0vs Q-0a-0- !sI:-0也ff-40.O -45 Q一-50. Q-55. 0-33#v 210B* 21圧#位置（离中心距m）2.424.82桩数13iwaMINDLIN解桩反力(kN)7iW1372修正解桩反力（kN）160515291550177917861801瀝WINKLER解桩反 力(kN)7.229.1212.02比值 中心处结果1692183721051.377A=2364mm2/m1822184518691.051 A 二276 站mm2/m-20-60-80-100-120上海规范MindlinMMindlin解修止一XWinkler解-1401000500五、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37工程拼装望京B1项目B区（34层）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常用方式：单桩布置，单桩拷贝，围桩承台。筏板应后布或不布。可对桩筏基础先按承台桩布置, 然后再删除承台#4、DWG图转桩位（万豪世纪中心）4、DWG图转桩位（万豪世纪中心）&%注00Nf 2 jirdll-随层JII-随层二|随颜色Jj万豪世纪中心场区原设计为，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，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Al座33层办公 楼。裙房地上35层，地下3层，框筒结构，桩筏基础。4352卜接荷载CCTV#、外接荷载5、外接荷载阖 Microsofxcel -荷载重心(ZW).xls：3j文件g）编辑）视因辺 插入！格式 工具0）数据 窗口魁）帮助（W i二日2丨吕丨臭丨胡适丨町丨戛兀 2M88A二；Arial 工；A =1- 2+D88+0. 6*L 88+1.3*2. 86*188BEr 10I谨入希要帮助的I司题叮 B Z U I2JointXYDead LoadReduced Live LoadWindXWindYWind TorsionPush M1Push M23TextmmkNkNkNkNkNkNkNkN41-0.8817-0.8817-18389.256692.15355-4617.48S-2561.671-216.767403.31524227.2322807.75525.8183-0.8817-5260.966971.597-2397.297-1572.406 35.6183333.523-12212.569919.7026313.3183-0.88172589.1082598.2088-2605.329-2688.80596.214751.161-15317.7031167.547J7420.8183-0.88176198.6232010.01735-1269.481541.94716.462-172.735-8320.355934.542|8528.3183-0.881721241.9554422.42845-745.625 3104.97199.817-6281.45-10355.8191512.76696 |第mm-n呼归wen AOQ-Amn 解mJRd GCIR1H7 E跖如791.A?ns 7Q91QKTABLE: Joint Coordinates10111213789W编辑）视因 插入（1）格式 工具（X）数据）窗口 帮助” :Arial;啓y 詁丨吕丨具丨需追 g 丨幺W 忙丨曲叮 B Z H l=S辜 I EEr 3键入需要帮助的问题=1. 2*D88+0. 6*L88+1. 3*2. 86*188ILN0PQRSTUVFiiwwCombination CaseFull live地震效应组合1.2DL+0.6LL+1.3EQ准永久组合 DL+qRLL标准组合 DL+RLL标准组合DL+RLL+W基本组合1.35 （DkkN123kNkN123121258.4616213.49457111388.8792-10872.8161-18112.39458-17697.1025-22314.5886686.666-17913.862-4324.987-20258.773-5861.775-30124.694-9026.9991-24183.7143-5838.732451766.547140.803314-50659.56674-1833.783164-4872.3272-4289.36964724.0168734.118618-51009.8805510282.278953628.391525187.31682581.98785283.53082498.51183485.68357132.76658Y3654.5778988.86507-21303.9860913105.720967002.629948208.640356939.15948225.10246666.69349367.865111103.8881788040.7796960.3823-8188.12164235939.2773923010.9263825664.3834524918.75825864.222559.41322794.76833640.32434112.58934916.6706134601.58432g7327.9645687.566522-332.13945636107.9339323104.9610825523.189225268.58425630.8031017271.62120812.788-785.910262-44964.0504117833.2537391713.6450391944.48235117701.550459451.6646282697.3943665151.2995589565.614465974.33894735.92165396.70490509.53358268.66780788.29889065.356127893.4988285.54979122187.870111I 1221234.161-80140.19633111076.4619123480.620886615.6C94293622.88255100829.8794140.59794778.40990441.55783708.02582279.854136120.32127089.81127950.8515122096.10231320111.01519957.501787154.65402118822.298983260.047389896.68225 io5、外接荷载I3100tfL-tf00Q190 01S O g17-0Ef 00E?2972辭338都2励eT00C$3397H|252787朋995a400曲 5615辭621#6 违 28103012Ef 00C$3552J3576靜咁2838护37rtp. co也冇邵86 8护66a7 oo捧660(J3671rf9-0tf6-0测rf7-tf10003707护08屮。四门。Ju咽:巒严卯宵依品:更092108.083801翻9r83951訥41厝5.Q浮tfS-也翻d6g22-0 皆诳也7直肌?2LS 醉Id酹1522TL475、外接荷载5、外接荷载縛LOAD.ZF -写字板文件（日 编辑（或 查看（刃 插入 格式（3 帮助（出41;附加准永久组合：100*15+0. 50*活100附加准永如恒+活集中荷载数J梁间荷载数，计算荷载比例，是否考虑筏板自重 110 0集中荷载节点号（负为单元号）尽MX0ZMY0乙坐标1.008641. 000. 0085S2. 000.008483. 000. 008404. 000.008325.000.008246. 000. 008157.000.008088. 000. 008009. 000.00128410.000.00204111. 000.00 LOAD.ZF 写字板文件（巳 編辑（於 查看（也 插入 格式（0 帮助（虫D H S| 17_1:准永久组合：1. DO恒+0L 50*活100准永久:恒4活集中荷载数，梁间荷载数，计算荷载比例亠昱否考虑筏板自a110 0集中荷载节点号（负为单元号）观IiKOZ, MY也 坐标1.00要帶助J谙按F1864-18112.3940. 000. 00856-4872.32720. 000. 008483628.391520. 000. 008407002.629940.000.0083223010.92630.000.0082423104.96100.000.0081659451.66460. 000. 0080882697.39430. 000. 0080086615.60940. 000. 00128483260.04730.000.00显才整个贡面u ai曲揚右；l.ZCCH .cun.awWK J? B ikl江 2 WXU*L JEQ(nL地震u ai曲揚右；l.ZCCH .cun.awWK J? B ikl江 2 WXU*L JEQ(n六、厚板有限元计算改正49#）筏板计算前处理:）筏板“后浇带”计算O筏板计算后处理#(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(2) 调用上部结构底层柱、墙及筏板上的 梁肋*勾成初网憾，形成房间用四边形(8节点)及三角形(6节点)高精 度等参单元进行51(4)，增加可操作性#工程实例：北京巴黎城43层，大底盘尺寸210m X 200m53#:rymyy*.*.*.牛,: ?*. J八(aMfb3, , d o. r I rt4妄wmhmqyvs* 77、 尹WWM.SmMWU #网格划分图iiiHWIJ l II! IIfFTIImnmimmacaaifflEillLnumaaumiimmaji I JQOi i i】 in: ： m.iT 丁 ITIL L【i tin-4| I l ill I ill L4-izriT r i 十！ ； i i riiT lET TJ_l 丨i 11 in i th i illrm nm门ff i I丨I I:丨丨丨H丨丨1 HI丨丨I ! IV戶 ! iSiiiBiimiBiiliMra I !.JI Idl I I Irrmnr r it i t I圧丑田FFRFRFRFFfl田 羽圧耳田比的屮屮径出田 羽圧 TFlPFFPPHiaaEiamiIIIIIIhiHt-w IAI QIM1BKI 01 flBLWIIIII II IPI11IINIllIBCWiBIrrnirrTTir riTirr-Fbw-|_4卫 1 1Li_in i.栄岂黒喇円ffl书钿蒲u w 【丄i 】m)i( rrmn nri rnrrrrii 比垃|比1阳出比t朮rjI I IIESSiIIIIS ! .SMTH1HIMMTm厂厂厂厂n n i rrm aMfalWS t itu ittt- + +卄IIIii恤RlI I ?iH RIImIlIIIIII网格划分图（局部）工程实例：望京B11-1项目B区34层，大底盘尺寸176m X 47m网格划分图sirnLJ55网格划分图（局部）（二）筏板馆浇带”计算57计算原理计算时分成内力计算与后内力计算。“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。O考虑“后浇带”的计算使内力更加合理，配筋 更加节省。59程实例：北京恒富家园设后浇带；PKPM杭找茯板有跑元计筒文件工具（E）登图PKpMfsfi（w）宇符jq 尺寸标注蚀固层m 吉谊妙黒示0）iftS（s） atj（w）3許坐副朗格.天丝捕冏搭I丽亘捕角度冠童话选择弟单项3130!|旻门風汉令|串0厠中乜口,r 厂|禺农氏欣命皎題附后浇带査田元号査节点号回王知滋定义3許坐副朗格.天丝捕冏搭I丽亘捕角度冠童61|30|HRE400 二I|hPB235|HRB335-0.0二不设1 .0 =永久设0.5二完成一半丿设置加荷比例系数筏板（梁）混凝土级别筏板（梁）受拉压钢筋级别梁箍筋級别筏板受拉区构造配筋率（0为自动计算） 有隈元网格控制边长（M）板上剪力墻考虑高度（Q（0为不考虑 混凝土模量折减系数（0广10） 如设后浇带，浇后浇带前的加荷比例（0=） 桩混凝土级别 桩钢筋级别桩顶的嵌固系数接）#不设后浇带（系数为0）沉降图连续扳沉降国亦）SATWE雄永久组合:1.00* 11+0. 50谒不设后浇带（系数为0.5） 沉降图在后浇带处不连续扳沉降国亦）SATWE 准永久组合:1.00* 11+0. 9)*活(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)#板带参数回前菜单XX J-cZt 乂八板带歹觌-柱上板-弯矩图-跨中板-弯矩结果配筋结果新板带方式配筋梭带半宽确定方式：負疣值芳式定值方式半宽度/房间宽度|0.25谙选择弯矩图放犬/縮小系数|0?5取消I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，釆用，甚至对边角桩实施加强，由此导致,虽然基础板配筋较多，但有的基础板和