第十一章-高层建筑-地基基础共同作用的实测与计算分析.pptx

2024/4/22 周一1在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址：http:/2024/4/22 周一2为了证实高层建筑地基基础设计及理论的正确性，为了证实高层建筑地基基础设计及理论的正确性，进行现场测量比之室内模型试验更具有真正的价值。进行现场测量比之室内模型试验更具有真正的价值。现场实测工作非常艰巨，时间长，费用贵，同时，现场实测工作非常艰巨，时间长，费用贵，同时，量测工作不一定完全成功。量测工作不一定完全成功。在本章中将以国内外著名而影响深远的典型工程为在本章中将以国内外著名而影响深远的典型工程为实例，主要阐述超高层建筑地基基础的实测和计算。实例，主要阐述超高层建筑地基基础的实测和计算。下面分三方面的工程实例论述：超高层建筑的筏板下面分三方面的工程实例论述：超高层建筑的筏板基础、超高层建筑的桩箱基础和超高层建筑的桩筏基础、超高层建筑的桩箱基础和超高层建筑的桩筏基础。基础。第十一章高层建筑地基基础的实测与计算分析第十一章高层建筑地基基础的实测与计算分析2024/4/22 周一3国国外外对对筏筏板板基基础础的的实实测测研研究究并并不不多多，比比较较完完整整的的当当推推美美国国休休斯斯敦敦市市独独特特壳壳体体广广场场（One Shell Plaza）筏基的实测结果。）筏基的实测结果。该该广广场场高高为为217.6m，52层层，筒筒体体剪剪力力墙墙结结构构，筏筏基基平平面面尺尺寸寸为为52.4670.76m，厚厚为为2.52m，埋埋深深18.3m。该该广广场场地地基基土土主主要要是是夹夹有有砂砂层层的的坚坚硬硬的的超超固固结结粘粘土土更更新新世世三三角角洲洲沉沉积积的的典典型型的的Beaumont粘粘土土，在在建建筑筑场场地地下下200ft(61m)内内的的土土层层基基本本上上是是均均匀匀的的，如图，如图11-2所示。所示。第一节第一节 高层建筑的筏板基础高层建筑的筏板基础 美国独特壳体广场（美国独特壳体广场（One Shell Plaza）2024/4/22 周一4One Shell Plaza,Houston,TX 2024/4/22 周一52024/4/22 周一6在在筏筏基基设设计计时时，考考虑虑超超固固结结粘粘土土地地基基与与大大型型筏筏基基的共同作用。的共同作用。为为了了提提供供地地基基基基础础与与上上部部结结构构共共同同作作用用的的筏筏基基性性状状的的真真实实数数据据，制制订订美美国国筏筏基基设设计计的的标标准准，在在筏筏基基埋埋设设27个个土土压压力力盒盒和和20个个钢钢筋筋应应力力计计，对对基基坑坑回回弹弹与与筏筏基基沉沉降降进进行行测测量量，测测试试平平面面布布置置图图见见11-1。从从1968年至年至1975年，该广场测试历时年，该广场测试历时8年之久。年之久。2024/4/22 周一72024/4/22 周一8一、实测地基变形一、实测地基变形1回弹变形回弹变形在在基基坑坑开开挖挖前前，在在基基坑坑底底下下约约0.61m处处埋埋没没24个个回回弹弹标标；在在基基坑坑开开挖挖完完毕毕后后，测测得得基基坑坑中中心心处处回回弹弹变变形为形为10.215.2cm，基坑边缘为，基坑边缘为2.55.0cm基基坑坑开开挖挖坑坑底底回回弹弹量量的的大大小小是是与与开开挖挖深深度度有有关关的的，开开挖挖深深，回回弹弹量量大大，当当然然也也与与土土性性、地地下下水水位位等等有有关。关。经验值是：开挖深经验值是：开挖深1m，回弹量应在，回弹量应在1cm以内。以内。此此工工程程开开挖挖深深度度为为18.3m，相相当当于于每每开开挖挖1m深深度度，基基坑坑中中心心处处的的回回弹弹量量为为0.83cm(=15.2/18.3)，这这数数值值是在是在1cm以内，所以该基坑是安全的。以内，所以该基坑是安全的。2024/4/22 周一92筏基纵向弯曲和差异沉降筏基纵向弯曲和差异沉降 图图11-3表示大楼筒体、外墙和筏基边缘处沉降与时表示大楼筒体、外墙和筏基边缘处沉降与时间关系的曲线，也反映该三部份本身以及三者之间间关系的曲线，也反映该三部份本身以及三者之间的差异沉降。的差异沉降。至至1976年年7月，筒体平均沉降为月，筒体平均沉降为12.45cm，差异沉降，差异沉降为为13mm；外墙沉降为；外墙沉降为8.19.4cm；筏基边缘沉降为；筏基边缘沉降为3.37.1cm。从图中可见，上部结构的刚度对筏基纵向弯曲和差从图中可见，上部结构的刚度对筏基纵向弯曲和差异沉降影响很大，可减少差异沉降。在超压密粘土异沉降影响很大，可减少差异沉降。在超压密粘土上巨型筏基的差异沉降主要是在结构加载期间有所上巨型筏基的差异沉降主要是在结构加载期间有所发展，几年以后，以衰减速度继续发生差异沉降。发展，几年以后，以衰减速度继续发生差异沉降。2024/4/22 周一10 上部结构刚度的影响2024/4/22 周一11二、实测基础反力二、实测基础反力根根据据27个个土土压压力力盒盒的的测测试试结结果果，绘绘制制大大楼楼的的筏筏基基的各个部位的反力与时间关系曲线，如图的各个部位的反力与时间关系曲线，如图11-4所示。所示。从从图图中中可可见见，在在土土建建结结构构施施工工期期间间，筏筏基基各各个个部部位的反力随荷载的增加而增大。位的反力随荷载的增加而增大。在在结结构构施施工工竣竣工工后后，各各个个部部位位的的反反力力变变化化并并不不显显著，尤其是大楼筒体的筏基反力几乎不变。著，尤其是大楼筒体的筏基反力几乎不变。从从图图中中可可见见，在在主主体体和和外外墙墙之之间间的的反反力力明明显显地地比比筒筒体体的的筏筏基基反反力力要要小小。筏筏基基反反力力形形成成一一个个锅锅底底形形分布。分布。2024/4/22 周一12 筏基反力形成锅底形分布2024/4/22 周一13三、实测基础应力三、实测基础应力 筏筏板板基基础础的的厚厚度度为为2.52m，含含钢钢率率较较高高，考考虑虑施施工工的方便，分的方便，分8次浇注。次浇注。筏筏基基浇浇注注后后，由由于于混混凝凝土土收收缩缩产产生生高高达达53,800kPa的的压压力力，这这样样大大的的应应力力应应特特别别注注意意。同同时时，钢钢筋筋应应力也要作修正。力也要作修正。位位于于筏筏基基长长轴轴的的钢钢筋筋应应力力与与时时间间关关系系如如图图11-5所所示示，它它表表示示筏筏基基浇浇注注后后不不久久，钢钢筋筋应应力力有有一一个个初初始始突突变变，以以后后，钢钢筋筋应应力力只只有有轻轻微微的的增增加加，仅仅在在筒筒体体边边缘缘处处，钢筋应力有较明显的增加。钢筋应力有较明显的增加。随随着着上上部部结结构构的的建建造造，在在筒筒体体边边缘缘处处，钢钢筋筋应应力力有有最明显的增加。最明显的增加。2024/4/22 周一14 筒体边缘处，钢筋应力增加较明显2024/4/22 周一15在在施施工工完完毕毕后后，当当筏筏基基继继续续变变形形时时，钢钢筋筋应应力力继继续缓慢地增加。续缓慢地增加。最高应力出现在刚性筒体边缘处最高应力出现在刚性筒体边缘处(见图见图11-5)。钢钢筋筋应应力力的的最最大大值值达达1l0MPa，接接近近一一般般的的允允许许应应力力。实实测测结结果果表表明明，该该筏筏基基的的大大多多数数断断面面，其其受受力状态仍属于不开裂情况。力状态仍属于不开裂情况。实实测测结结果果表表明明，筒筒体体边边缘缘处处的的筏筏基基内内增增加加局局部部钢钢筋是必要的筋是必要的(见图见图11-5)。2024/4/22 周一16四、计算与实测的综合比较四、计算与实测的综合比较 筏基的沉降，反力和应力分布的综合比较见图筏基的沉降，反力和应力分布的综合比较见图11-6。2024/4/22 周一17从测试历时从测试历时8年实测资料分析得到的结论是：年实测资料分析得到的结论是：l1.沉降预估应考虑土与结构物的共同作用；沉降预估应考虑土与结构物的共同作用；l2.在分析中应考虑上部结构刚度对减少差异沉降在分析中应考虑上部结构刚度对减少差异沉降的影响；的影响；l3.在超压密粘土上，大型筏基的差异沉降主要发在超压密粘土上，大型筏基的差异沉降主要发生在结构施工期间；生在结构施工期间；l4.筏基的大多数断面处于不开裂受力状态；筏基的大多数断面处于不开裂受力状态；l5.采用的近似分析方法可定性地预估筏基的性状。采用的近似分析方法可定性地预估筏基的性状。2024/4/22 周一18第二节第二节 高层建筑的桩箱基础高层建筑的桩箱基础世茂滨江花园世茂滨江花园 世茂滨江花园世茂滨江花园(Shimao Riviera Garden)是中国最是中国最大规模的超高层水景豪宅，座落在上海浦东，该大规模的超高层水景豪宅，座落在上海浦东，该豪宅是由豪宅是由7幢幢4955层、高达层、高达169m大楼组成。大楼组成。桩箱基础，箱板厚度桩箱基础，箱板厚度 2.0m，长，长58 m、直径、直径850mm的灌注桩，落在的灌注桩，落在7-2粉砂层中。总桩数为粉砂层中。总桩数为464根，根，根据桩的荷载试验，确定单桩容许承载力为根据桩的荷载试验，确定单桩容许承载力为5000kN，上部结构为钢筋混凝土剪力墙。，上部结构为钢筋混凝土剪力墙。桩箱基础的桩布置相当匀称。基础形状为不规则，桩箱基础的桩布置相当匀称。基础形状为不规则，面积约为面积约为2700m2，埋深，埋深8.27m。采用上部结构与地基基础共同作用理论对其中一采用上部结构与地基基础共同作用理论对其中一幢豪宅的桩箱基础的性状进行实测与计算分析。幢豪宅的桩箱基础的性状进行实测与计算分析。2024/4/22 周一19上海世茂滨江花园上海世茂滨江花园 2024/4/22 周一20世茂滨江花园基础平面图见图世茂滨江花园基础平面图见图11-7。建筑场地的地质条件见表建筑场地的地质条件见表11-1。CJ282024/4/22 周一21表表11-1 各层土的物理各层土的物理-力学性质指标力学性质指标土层编号土层名称厚度(m)含水量w(%)重度(kN/m3)孔隙比e压缩系数(cm/s)固结快剪Mpa-1MpaC(kPa)()2褐黄色粉质粘土1.533.018.90.9210.454.272415o153灰色淤泥质粉质粘土2.2542.517.71.1980.822.741118o453夹灰色粘质粉土0.8533.118.80.9190.209.59830o454灰色淤泥质粘土7.4850.617.01.4271.112.17109o455-1a灰色粘土2.543.717.71.2250.723.111410o155-1b灰色粉质粘土7.5334.418.50.9830.424.721915o306暗绿-黄色粉质粘土3.623.320.30.6580.198.7450200207-1灰绿-黄色砂质粉土6.9830.919.0 0.8600.1611.66334o157-2灰-黄色粉砂32.9527.219.40.7640.1116.02335o159-1灰色粉细砂10.8825.919.50.7370.1313.34336o159-2灰色含砾粉细砂 29.7527.519.30.7700.1412.88335o30说明：填土说明：填土1.3m,地下水位为地下水位为0.5m2024/4/22 周一22一、实测和计算沉降一、实测和计算沉降 1.实测沉降实测沉降该建筑在该建筑在2002年年2月月1日结构封顶，沉降测量从日结构封顶，沉降测量从2001年年3月月21日开始，到日开始，到2002年年10月月28日止，共日止，共36次。次。沉降布置点见图沉降布置点见图11-7，现选测点，现选测点CJ28(相当中点相当中点)，绘制沉降随时间变化的曲线，见图绘制沉降随时间变化的曲线，见图11-8。可以推算，最终稳定沉降约为可以推算，最终稳定沉降约为50mm.。同时，绘制。同时，绘制沿纵剖面的实测沉降图，如图沿纵剖面的实测沉降图，如图11-9 所示。所示。2024/4/22 周一23 图图11-8 CJ28#沉降随时间变化的曲线沉降随时间变化的曲线图图11-9 沿纵剖面的实测沉降沿纵剖面的实测沉降2024/4/22 周一242.计算沉降计算沉降计算的最大沉降为计算的最大沉降为46.5mm,如图如图11-10所示。所示。从图从图11-8、图、图11-9和图和图11-10对比可见，计算最大沉对比可见，计算最大沉降与实测最终沉降很接近，而且，沿纵剖面的计算降与实测最终沉降很接近，而且，沿纵剖面的计算沉降与实测沉降也相当吻合。沉降与实测沉降也相当吻合。2024/4/22 周一25二、计算弯矩二、计算弯矩沿纵剖面计算的弯矩分布见图沿纵剖面计算的弯矩分布见图11-11。最大弯矩为。最大弯矩为4257kN-m,相应的基础应力为相应的基础应力为2838kPa，因此，建，因此，建筑非常安全。筑非常安全。2024/4/22 周一26三、群桩的荷载分布三、群桩的荷载分布群桩的荷载沿纵剖面的分布如图群桩的荷载沿纵剖面的分布如图11-12所示，桩的最所示，桩的最大荷载为大荷载为5163kN，位置靠近核心部。该值刚刚超过，位置靠近核心部。该值刚刚超过桩的容许承载力桩的容许承载力(5000kN)。2024/4/22 周一27通常在桩筏或桩箱基础设计中，工程技术人员不考通常在桩筏或桩箱基础设计中，工程技术人员不考虑桩筏或桩箱间的荷载分担，甚至也不考虑地下水虑桩筏或桩箱间的荷载分担，甚至也不考虑地下水的全浮力。显然，这种设计是比较保守的。的全浮力。显然，这种设计是比较保守的。根据上述对世茂滨江花园的桩箱基础的分析，上部根据上述对世茂滨江花园的桩箱基础的分析，上部结构与地基基础共同作用理论的分析是可行而实用结构与地基基础共同作用理论的分析是可行而实用的。的。2024/4/22 周一28 第三节第三节 高层建筑的桩筏基础高层建筑的桩筏基础 金茂大厦金茂大厦从从上上世世纪纪七七八八十十年年代代始始，国国内内外外已已经经很很重重视视对对桩桩筏筏基基础础的的现现场场实实测测，最最早早当当推推英英国国和和德德国国，已已约约有有20幢高层建筑进行实测；例如：幢高层建筑进行实测；例如：l英英国国的的伦伦敦敦海海德德公公园园骑骑兵兵大大楼楼(Hyde Park Cavalry Barracks)，高度为，高度为90m，31层高层建筑，桩筏基础；层高层建筑，桩筏基础；l德德国国的的Messe-Torhaus大大楼楼，高高度度为为130 m，2230层，桩筏基础；层，桩筏基础；l欧欧洲洲最最高高的的德德国国商商业业银银行行大大楼楼(Commerzbank Tower)，高高300m，桩桩筏筏基基础础，专专门门研研究究上上部部结结构构与地基基础共同作用。与地基基础共同作用。2024/4/22 周一29在我国上世纪在我国上世纪80年代，也很重视桩筏（箱）的现年代，也很重视桩筏（箱）的现场实测，上海有场实测，上海有7幢、武汉有幢、武汉有2幢和西安有幢和西安有2幢，共幢，共11幢。幢。101层的上海环球金融中心已于层的上海环球金融中心已于2007年年9月月14日结构封顶，日结构封顶，2008年年8月间竣工，有比较完整的月间竣工，有比较完整的现场测试资料和分析结果。现场测试资料和分析结果。下面具体论述典型的高层建筑桩筏基础工程实例下面具体论述典型的高层建筑桩筏基础工程实例金茂大厦。金茂大厦。2024/4/22 周一30三、金茂大厦（三、金茂大厦（Jinmao Tower）金金茂茂大大厦厦位位于于上上海海浦浦东东陆陆家家嘴嘴地地区区，88层层，高高420.5m，桩桩筏筏基基础础，该该楼楼由由主主楼楼和和裙裙房房组组成成。主主楼楼地地下下三三层层；裙裙房房五五层层，地地下下室室三三层层。总总面面积积23000m2。主主 楼楼 的的 基基 础础 面面 积积 3519m2，相相 当当59.32m59.32m，筏筏厚厚4.0m，桩桩数数429根根，桩桩长长 83m，筏筏基基埋埋深深19.65m，有有效效桩桩长长63m。总总荷荷载载3,000,000kN(300,000t),金金茂茂大大厦厦自自1998年年8月月28日日竣竣工工，营营业业至至今今，使使用用良好。良好。金金茂茂大大厦厦总总平平面面图图和和主主楼楼桩桩位位图图分分别别见见图图11-22和和图图11-23，各层土的物理力学性质指标见表，各层土的物理力学性质指标见表11-2。2024/4/22 周一312024/4/22 周一322024/4/22 周一33表表11-2 各层土的物理各层土的物理力学指标力学指标土层编号土层名称层厚含水率重度孔隙比渗透系数固结快剪(m)w(%)(kN/m3)ekh(cm/s)kv(cm/s)C(kPa)()1填土0.90011.017.002粉质粘土2.17535.318.51.005.11 E-517.020.803淤泥质粉质粘土4.20039.618.11.111.77 E-42.81 E-611.522.004淤泥质粘土9.72049.017.31.371.64 E-62.47 E-714.013.505粉质粘土8.59034.418.50.981.33 E-72.49 E-513.020.006粉质粘土3.21523.020.10.6751.021.007-1砂质粉土6.94031.218.60.914.2932.707-2粉细砂28.3226.918.90.800.0033.578砂质粉土32.118.50.939-1砂质粉土28.918.90.84注：地下水位为注：地下水位为-0.5m-0.5m。2024/4/22 周一34（一）实测沉降分析（一）实测沉降分析 1.沉降观测数据沉降观测数据沉沉降降测测量量从从1995年年10月月5日日开开始始到到2003年年4月月1日日，在在将将近近7年年半半期期间间里里，共共进进行行149次次的的沉沉降降测测量量，这这在在中国是首次。中国是首次。主主楼楼筏筏基基的的沉沉降降测测点点平平面面图图见见图图11-24，沉沉降降剖剖面面图图见见11-25。2024/4/22 周一352024/4/22 周一362024/4/22 周一372.沉降数据分析沉降数据分析最最大大沉沉降降(M7)为为82mm，最最小小沉沉降降(M1)为为44mm，形形状状像像一一个个倒倒锅锅形形，根根据据对对M1M13测测点点的的分分析析，沉降相当对称。沉降相当对称。平平均均沉沉降降。如如取取13个个测测点点(M1-M13)的的平平均均值值，平平均均 沉沉 降降 值值 为为 59.4mm，如如 取取 核核 心心 筒筒 的的 5测测 点点(M7,M4,M6,M10,M8),此此 时时 的的 平平 均均 沉沉 降降 值值 为为77.4mm。2024/4/22 周一38稳定沉降稳定沉降。l如如果果从从148、149两两次次计计算算，时时间间相相隔隔3个个月月（2003年年1月月7日日到到4月月1日日）的的沉沉降降测测量量对对比比，只只有有核核心心筒筒的的5个个测测点点中中有有两两测测点点相相差差1 mm，其其余余8个个测测点点相差为零。相差为零。l如如果果从从147次次和和149两两次次计计算算，时时间间相相隔隔7个个月月（2002年年9月月30日日到到2003年年4月月1日日），也也只只有有3个个测点（包括前述测点（包括前述2个测点）相差个测点）相差1mm。l建建筑筑变变形形测测量量规规程程(JGJ8-2007，前前身身为为JGJ8-97)条条款款5.5.5-4指指出出：当当最最后后100d沉沉降降速速率率小小于于0.010.04mm/d，可可认认为为建建筑筑物物已已经经进进入入稳稳定定阶阶段段，根根据据规规范范要要求求，大大厦厦的的沉沉降降基基本本趋趋于于稳稳定定。根据分析推算，若干年后，沉降将达到根据分析推算，若干年后，沉降将达到9cm。2024/4/22 周一39（二）高层建筑与地基基础共同作用的计（二）高层建筑与地基基础共同作用的计算分析算分析对对于于超超高高层层建建筑筑，沉沉降降和和差差异异沉沉降降控控制制要要求求严严格格，安安全全度度的的保保证证特特别别高高，设设计计时时，必必须须把把应应力力控控制制在在弹性状态内，有别于一般的高层建筑。弹性状态内，有别于一般的高层建筑。根根据据表表11-2的的土土的的指指标标，计计算算的的平平均均桩桩土土弹弹性性模模量量Eo=33MPa。采采用用高高层层建建筑筑与与地地基基基基础础共共同同作作用用理理论论计算桩筏基础沉降、桩顶反力筏板弯矩和应力。计算桩筏基础沉降、桩顶反力筏板弯矩和应力。现现选选中中轴轴线线的的沉沉降降、桩桩顶顶反反力力、筏筏板板弯弯矩矩和和应应力力的的计计算算结结果果分分别别示示于于图图11-26，图图11-27、图图11-28和和图图11-29。2024/4/22 周一401桩筏基础沉降桩筏基础沉降基础设置滤水层，不必考虑浮力的影响。为了与考虑浮基础设置滤水层，不必考虑浮力的影响。为了与考虑浮力的比较，计算结果如图力的比较，计算结果如图11-26所示。所示。实测的中点沉降为实测的中点沉降为82mm，推算稳定沉降约为，推算稳定沉降约为95mm。计。计算沉降为算沉降为110 mm，两者比较接近。从实测与计算的沉降，两者比较接近。从实测与计算的沉降剖面比较，两者形状均像一个倒锅形。剖面比较，两者形状均像一个倒锅形。图图11-26 桩筏基础的中轴线沉降桩筏基础的中轴线沉降不考虑浮力不考虑浮力考虑浮力考虑浮力实测实测2024/4/22 周一412桩顶反力桩顶反力建建筑筑物物荷荷载载主主要要集集中中在在四四边边8个个钢钢筋筋混混凝凝土土巨巨型型柱柱上上，而而巨巨型型柱柱靠靠近近基基础础边边；中中间间为为核核心心筒筒荷荷载载，在在巨巨型型柱柱和和核核心心筒筒间间的的荷荷载载较较小小。在在这这样样荷荷载载条条件件下下，计计算算的的桩桩顶顶反反力力分分布布显显示示一一个个转转折折点点（见见图图11-27）是是符符合合情情理理，也也反反映映4m厚厚的的基基础础并并非非绝绝对对刚刚性性，实实测测沉沉降降的的结结果果，见见图图11-25，同同样样说说明明这种情况。这种情况。计计算算的的桩桩顶顶反反力力分分布布，在在角角桩桩最最大大为为8500kN,比比之之平平均均荷荷载载7500kN，约约大大13%，而而中中心心桩桩的的计计算算反力为反力为6350 kN，比之平均荷载约小，比之平均荷载约小15%。2024/4/22 周一42 图图15-37 桩筏基础的中轴线桩顶反力桩筏基础的中轴线桩顶反力（考虑浮力，考虑浮力，不考虑浮力）不考虑浮力）2024/4/22 周一433筏基弯矩和应力筏基弯矩和应力计算的考虑浮力与不考虑浮力的最大弯矩分别为计算的考虑浮力与不考虑浮力的最大弯矩分别为13000kN-m和和15000kN-m,如图如图11-28所示，只是为简所示，只是为简便估计，试取截面模量便估计，试取截面模量W为为bh2/6，那么，相应的应，那么，相应的应力分别为力分别为4400kPa和和3800kPa，见图，见图11-29。这些应力。这些应力远小于容许的钢筋应力。远小于容许的钢筋应力。图图11-28 桩筏基础的中轴线弯矩桩筏基础的中轴线弯矩（考虑浮力，考虑浮力，不考虑浮力）不考虑浮力）2024/4/22 周一44图图15-39 桩筏基础的中轴线应力桩筏基础的中轴线应力（考虑浮力，考虑浮力，不考虑浮力）不考虑浮力）从上述计算分析可见，金茂大厦的桩筏基础的沉降从上述计算分析可见，金茂大厦的桩筏基础的沉降实测与计算沉降是比较接近的；筏板的简便估算应实测与计算沉降是比较接近的；筏板的简便估算应力很小，没有出现裂缝；计算的桩顶反力分布与实力很小，没有出现裂缝；计算的桩顶反力分布与实测沉降相应。这些表明考虑共同作用的计算方法具测沉降相应。这些表明考虑共同作用的计算方法具有良好的实用性和可行性。有良好的实用性和可行性。2024/4/22 周一45五、高层建筑桩筏五、高层建筑桩筏(箱箱)基础实测桩顶荷载和筏基础实测桩顶荷载和筏板钢筋应力板钢筋应力在在高高层层建建筑筑，尤尤其其是是超超高高层层建建筑筑的的桩桩筏筏基基础础设设计计中中，筏厚的确定是一个亟待解决的问题。筏厚的确定是一个亟待解决的问题。上上海海某某一一饭饭店店，上上部部结结构构只只不不过过42层层，外外方方设设计计的的基基础础要要4m；88层层金金茂茂大大厦厦桩桩筏筏基基础础筏筏厚厚为为4 m，101层层上上海海环环球球金金融融中中心心桩桩筏筏基基础础筏筏厚厚为为4.5m，而而上上海海某某60层层的的桩桩筏筏基基础础的的筏筏厚厚却却也也要要4.5m，目目前前世世界界最最高高828m阿阿联酋迪拜哈利法大楼桩筏基础筏厚仅仅联酋迪拜哈利法大楼桩筏基础筏厚仅仅3.7m。筏筏厚厚为为什什么么相相差差这这样样大大？究究其其原原因因，现现场场实实测测数数据据不不够够充充分分，且且尚尚没没有有一一个个适适合合于于超超高高层层建建筑筑的的有有效效设设计计规范等等。规范等等。目目前前对对于于高高层层建建筑筑现现场场实实测测数数据据主主要要是是桩桩顶顶荷荷载载分分布布规律和筏板钢筋应力，下面汇总这方面的实测成果。规律和筏板钢筋应力，下面汇总这方面的实测成果。2024/4/22 周一461.实测的桩顶荷载分布实测的桩顶荷载分布 早早在在20世世纪纪80年年代代，同同济济大大学学高高层层建建筑筑与与地地基基基基础础共共同同作作用用课课题题组组就就收收集集国国内内外外桩桩基基基基础础的的桩桩顶顶反反力力实测资料，总结桩顶的反力分布的关系式为实测资料，总结桩顶的反力分布的关系式为 桩桩筏筏（箱箱）基基础础中中桩桩荷荷载载分分布布，取取决决于于地地基基条条件件、基基础础形形状状、桩桩的的长长径径比比、桩桩的的刚刚度度和和桩桩距距，同同一一基基础长短桩的结合等。础长短桩的结合等。2024/4/22 周一472实测的筏板钢筋应力实测的筏板钢筋应力我我国国从从20世世纪纪70年年代代，已已经经重重视视高高层层建建筑筑地地基基基基础础现现场场测测试试研研究究，为为编编制制高高层层建建筑筑箱箱形形基基础础规规范范，在在中中国国建建筑筑科科学学研研究究院院地地基基所所主主持持下下，北北京京、上上海海和和西安的高校和设计院对箱形基础进行现场实测。西安的高校和设计院对箱形基础进行现场实测。20世世纪纪80年年代代起起，在在湖湖北北、上上海海和和西西安安又又对对桩桩筏筏（箱箱）基基础础进进行行现现场场实实测测研研究究，拥拥有有大大量量有有关关桩桩筏筏和和桩桩箱箱基基础础的的现现场场测测试试资资料料，现现将将有有代代表表性性的的高高层层建建筑筑的的桩桩筏筏（箱箱）基基础础的的钢钢筋筋应应力力的的测测试试数数据据载载于于表表11-4中。中。2024/4/22 周一482024/4/22 周一49目目前前，最最为为关关注注的的是是筏筏板板厚厚度度的的确确定定，应应满满足足受受冲冲切切承承载载力力的的要要求求，尤尤其其要要注注意意边边柱柱和和角角柱柱下下板板的的抗抗冲切验算。冲切验算。冲冲切切问问题题要要比比弯弯曲曲和和抗抗剪剪问问题题更更为为复复杂杂，对对其其破破坏坏机机理理的的试试验验研研究究和和理理论论分分析析至至今今还还未未得得到到令令人人满满意意的结果。的结果。影响筏板抗冲切强度的主要因素有：影响筏板抗冲切强度的主要因素有：l(1)基基础础材材料料的的特特性性与与质质量量，包包括括混混凝凝土土强强度度和和配筋率等；配筋率等；l(2)冲切荷载的加荷面积、形状与板厚；冲切荷载的加荷面积、形状与板厚；l(3)地基土的性状与边界约束条件。地基土的性状与边界约束条件。2024/4/22 周一50第四节第四节 高层建筑的桩筏（箱）荷载分担高层建筑的桩筏（箱）荷载分担 一、桩筏一、桩筏(箱箱)荷载分担的现场实测荷载分担的现场实测关于桩筏（箱）的荷载分担在设计中能否考虑问题，关于桩筏（箱）的荷载分担在设计中能否考虑问题，是一个争论已久的课题。是一个争论已久的课题。早在上世纪早在上世纪30年代，上海高层建筑根据简单的共同作年代，上海高层建筑根据简单的共同作用原理，已采用地基土能分担老八吨（即用原理，已采用地基土能分担老八吨（即80kPa）进）进行桩基设计。那时，按照这种设计方法设计的大楼，行桩基设计。那时，按照这种设计方法设计的大楼，例如，曾有大上海美称的国际饭店，还有，屹立在黄例如，曾有大上海美称的国际饭店，还有，屹立在黄浦江畔的上海大厦，安全无恙，此外，有的建筑还适浦江畔的上海大厦，安全无恙，此外，有的建筑还适当增加层数。当增加层数。根据国内外对根据国内外对20余幢高层建筑的桩筏（箱）荷载分担余幢高层建筑的桩筏（箱）荷载分担的现场测试结果，选择其中的现场测试结果，选择其中16幢高层和超高层建筑的幢高层和超高层建筑的实测资料载于表实测资料载于表11-5中。中。2024/4/22 周一51表表11-5 16幢国内外超高层建筑的桩筏（箱）基础实测荷载分担表幢国内外超高层建筑的桩筏（箱）基础实测荷载分担表序号上部结构基础形式基础尺寸(m)桩长(m)桩 数实测沉降(cm)荷载分担比例()层 数总压力(kN/m2)基础埋深(m)桩径，宽(mm)桩距(m)计算沉降(cm)筏或箱桩1框架11桩 筏23556.031.013.6516.81800296.910.02.070302框剪16桩 箱24044.212.34.527.04504502031.653.32.05.617833框剪22桩 箱31042.724.75.0028.05503441.72.002.5 4.5257511框 筒31桩 筏36825259.025.0900511.92.24060 12剪力墙35桩 筏6262074m25.028.04504506621.51.73.04.015 8513框 筒39桩 筏6504338.813.060.0800 271 2.4 1.7148614框筒53桩 筏483294013.0030.01300403.86D11.0505015框剪60桩筏6503100m218.9572.58504133D4.05.0257516框 筒64桩 筏543345714.0020351300643.56D14.445552024/4/22 周一53二、桩筏二、桩筏(箱箱)荷载分担的计算荷载分担的计算关于桩筏关于桩筏(箱箱)荷载分担的计算，早在荷载分担的计算，早在1989年已提出年已提出简易计算公式、半经验简易计算公式、半经验-半理论反算公式和理论分半理论反算公式和理论分析方法。析方法。1991年，庄冠民、年，庄冠民、I.K.Lee 和赵锡宏提出一个利用和赵锡宏提出一个利用有限元结合统计的实用计算桩筏有限元结合统计的实用计算桩筏(箱箱)分担荷载的公分担荷载的公式，计算与实测结果比较相符，见表式，计算与实测结果比较相符，见表11-6。六年后，阳吉宝和赵锡宏又提出另一个计算桩筏六年后，阳吉宝和赵锡宏又提出另一个计算桩筏的荷载分担公式。的荷载分担公式。现汇总其中四个根据共同作用原理提出的计算桩现汇总其中四个根据共同作用原理提出的计算桩筏或桩箱荷载分担的公式进行分析。筏或桩箱荷载分担的公式进行分析。2024/4/22 周一542024/4/22 周一551方法方法1简易计算公式简易计算公式 pp=pt-pw+(510%)pA (11-6)式中式中 pp和和pt分别为建筑物荷载和桩分担的荷载；分别为建筑物荷载和桩分担的荷载；pw基底的水浮力；基底的水浮力；p 基底的总压力；基底的总压力；A 基底的面积。基底的面积。2024/4/22 周一56地下水的浮力问题地下水的浮力问题。l水水的的浮浮力力问问题题是是客客观观存存在在的的事事实实，取取决决于于基基础础的的埋深、土的渗透性和地下水位的高低。埋深、土的渗透性和地下水位的高低。l从从20世世纪纪50年年代代起起，曾曾争争论论过过是是否否考考虑虑水水的的浮浮力力，直直至至工工业业与与民民用用建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范(TJ7-74)才正式把浮力列入规范。才正式把浮力列入规范。l建建筑筑桩桩基基技技术术规规范范(JGJ94-2008)明明确确考考虑虑浮浮力。力。l上上海海地地基基基基础础设设计计规规范范(DGJ08-11-2010)也也明明确扣除浮力。确扣除浮力。l即即使使有有规规范范可可循循，仍仍然然有有海海口口市市某某大大楼楼的的箱箱基基，由由于于对对浮浮力力不不重重视视，产产生生上上浮浮4.5 m的的“奇奇观观”出出现。现。2024/4/22 周一57海南某高层建筑的地下室上浮照片海南某高层建筑的地下室上浮照片 2024/4/22 周一58浮浮力力是是否否应应全全部部考考虑虑呢呢？例例如如，101层层的的上上海海环环球球金金融融中中心心，埋埋设设约约18.45m，地地下下水水位位在在1m左左右右，总总重重4400000kN，在在初初步步设设计计时时，仅仅仅仅考考虑虑98.1kPa的的浮浮力力(相相当当约约10m的的浮浮力力)，占占总总重重的的13.8%，比比之之不不考考虑虑浮浮力力时时，按按每每一一根根桩桩承承受受4300kN计计算算，可可节节省省140根长根长60 m的钢桩，经济效益可想而知。的钢桩，经济效益可想而知。根根据据大大量量浮浮力力测测试试资资料料表表明明，浮浮力力系系数数小小于于1，大大于于0.9，也也有有小小于于0.85。在在上上海海曾曾对对小小于于6m基基坑坑的的浮浮力试验，浮力系数接近力试验，浮力系数接近1。对对于于深深大大桩桩筏筏（箱箱）基基础础设设计计，一一般般可可取取浮浮力力系系数数0.80.9。但但是是，对对于于倾倾覆覆或或抗抗浮浮验验算算时时，应应取取浮浮力系数力系数1为宜。为宜。2024/4/22 周一592方法方法2半理论半理论-半经验反算公式半经验反算公式 式中式中 Pp桩分担的荷载；桩分担的荷载；s桩基沉降，按照半理论桩基沉降，按照半理论-半经验公式求得；半经验公式求得；n桩数；桩数；d桩径；桩径；E0桩土弹性模量；桩土弹性模量；C根据根据L/d,Sp/d和和n 查表和计算求得，详见查表和计算求得，详见第八章。第八章。2024/4/22 周一603方法方法3有限元结合统计的实用计算公式，有限元结合统计的实用计算公式，式中式中 Lp为桩长度，为桩长度，D为等代正方桩的边长，为等代正方桩的边长，Sp/D为桩距为桩距对桩的边长比，对桩的边长比，Kp=Ep/Es为桩、地基土材料的弹性（杨为桩、地基土材料的弹性（杨氏）模量比，氏）模量比，Kr为筏对地基土的相对刚度：为筏对地基土的相对刚度：2024/4/22 周一614.方法方法4桩筏或桩箱荷载分担比计算公式桩筏或桩箱荷载分担比计算公式 式中式中 Kp为群桩刚度；为群桩刚度；Kr为筏板刚度；为筏板刚度；Rm为单桩位移影响半径；为单桩位移影响半径；Rr为筏板下的单桩有效影响半径；为筏板下的单桩有效影响半径；R0为单桩半径。为单桩半径。2024/4/22 周一62思考题：思考题：1.休休斯斯敦敦市市独独特特壳壳体体广广场场基基础础实实测测结结果果对对于于高高层层建建筑筑基础设计有什么主要的启示？基础设计有什么主要的启示？2.结结合合上上海海金金茂茂大大厦厦基基础础实实测测结结果果，谈谈谈谈高高层层建建筑筑基基础设计应注意的一些主要问题。础设计应注意的一些主要问题。3.结结合合本本章章所所列列举举工工程程实实例例，谈谈谈谈你你对对高高层层建建筑筑基基础础筏板厚度确定方法的认识。筏板厚度确定方法的认识。4.比比较较高高层层建建筑筑基基础础桩桩筏筏基基础础荷荷载载分分担担的的几几种种常常用用计计算方法。算方法。5.试试分分析析水水的的浮浮力力对对于于高高层层建建筑筑基基础础设设计计的的影影响响。6.高高层层建建筑筑基基础础底底板板钢钢筋筋应应力力实实测测结结果果对对于于设设计计有有何启示？何启示？