上部结构、基础与地基共同作用方法及案例

作者：刘朋辉

应用背景

随着我国经济的发展和城镇化进程的推进，掀起了我国高层建筑和超高层建筑的建设高潮。与此同时，地下空间使用需求的提升，箱形基础不能满足地下大空间的要求，而筏形基础在发挥地基承载力、调整地基不均匀沉降、提高抗震性、加快施工进度和地下空间综合利用等多方面具有优越性，因此具有较大刚度的箱形基础逐渐被使用空间较大的筏形基础所代替。目前高层建筑基础多采用平板式筏形基础和梁板式筏形基础。

鉴于已有的研究成果，我国《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）和《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》（JGJ6-2011）规定，对于建有多个高层建筑的大面积整体筏板基础，应按变形控制原则进行地基设计，计算时应考虑上部结构、基础和地基的共同作用。对于高层建筑和裙房共同作用在具有同一个地下空间的整体筏板基础之上，平面形状规则的高层建筑下地基反力和变形特征做了较多的研究工作，通过模型试验、理论分析和现场原位测试工作得到了这类高层建筑沉降和反力的特点和基础设计原则，并列入到上述规范中用以指导设计。

上部结构、基础和地基共同作用方法

1 方法特点：

★ 充分利用土体补偿性原理和高层荷载的有限扩散性原理，将高层下基底附加压力控制在较小的状态；

★ 充分利用回弹再压缩段变形小的特点进行变形控制设计，解决大面积筏板沉降量和差异沉降问题，进而取消沉降缝或沉降后浇带，实现筏板整体设计；

★ 利用土体回弹再压缩段弹性变形特征和高层荷载扩散的有限影响距离的特点，采用叠加原理解决多个高层建筑下筏板的沉降计算问题；

★ 根据高层建筑（群）下大面积筏板基础的刚度变化特征，解决了筏板设计过程中如何根据基础刚度考虑局部弯矩与整体弯矩的贡献问题，降低了筏板钢筋用量，节约基础造价。

2、技术优势

★ 节材
   减少桩用量，大幅度节约钢筋混凝土，达到节能、减排的目的。

★ 节省工期
   沉降后浇带取消。

★ 减少环境污染
   较少泥浆排放。

★ 节约地下水资源
   较常规建设方法提前停止降水。

★ 节省地下空间资源
   节约30米以下深层地下空间资源，为城市深层地下空间开发利用提供了更大的灵活性和技术保障。

工程应用

目前大底盘框架厚筏基础应用越来越广泛，在不同的上部结构形式下均有应用，主要包括规则的单个高层建筑、多个高层建筑和异形高层建筑（L形、十字形和回字形等不规则平面形状）。在上部结构与地基基础共同作用下基底反力、基础沉降和基础内力均取得了一定的研究成果，并在多个工程中成功应用。

目前该技术成果已成功在北京中国银行大厦、北京富景花园、北京华天大厦、北京创世纪大厦、北京世纪财富中心、北京LG大厦、北京中京艺苑大厦、北京中石油大厦、北京恒富家园、北京金宝大厦、北京万豪酒店、北京三里屯SOHO工程、中华全国总工会二期办公楼等项目应用。部分工程介绍如下：

1 万科回龙观007地块11#商业楼工程

   万科回龙观007地块11#楼包含主楼及裙房，主楼部分地上平面呈“L”型，西侧21层，东侧17层，采用框架剪力墙结构。裙房为地上2层，局部为纯地下室，地下为3层，基础埋深约为14.6m。

万科回龙观007地块11#商业楼

应用结果：

（1）经共同作用分析，主楼和裙房差异沉降满足规范要求，主楼筏板等厚度向裙房外延一跨半后，主楼和裙房之间可不设置沉降后浇带。

（2）采用大面积整体筏形基础时，与主楼连接的外扩地下室其角隅处的各层楼板板角，除配置两个垂直方向的上部钢筋外，尚应布置斜向上部构造钢筋。

2 腾讯北京总部大楼基础

腾讯北京总部大楼由主裙楼组成，塔楼地面以上7层，地下室3层，基础埋深16.6m。该建筑东南、西南和东北建筑立面造型存在切角，结构悬挑长度巨大，上部结构有多个中空区域和凹入，造成整体荷载分布极不均匀。

腾讯北京总部大楼效果图

应用结果：

根据该地区的地质条件，并结合上部结构与地基基础的共同作用分析，主要解决问题如下：

（1）本工程利用大底盘荷载扩散技术，解决多个悬挑和中空区域造成差异沉降较大的问题，可采用天然地基。

（2）给出了本工程不同位置合理板厚的建议值、有效调整了各部分的差异沉降，又相对减少了基础本身的造价。

（3）给出了该结构不同位置具体的抗浮建议值，为类似工程的抗浮设计提供参考。

3 北京中石油大厦

北京中石油大厦由四栋22层办公楼组合而成，地下3至4层，为大底盘多塔联体结构。结构形式采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，柱采用型钢混凝土柱，梁采用钢梁，上部连桥部、主中庭、报告厅及其他中庭等采用钢架结构。

中石油大厦效果图

应用结果：

（1）本工程高层建筑与低层裙房间、框架柱间差异沉降和高层部分整体倾斜满足规范要求，因此多个L形的高层建筑作用在一个筏板基础上，可采用天然地基方案。

（2）原设计方案设置的四条沉降后浇带可以全部取消，但施工过程中尚需根据施工顺序及基础平面尺寸位置设置施工温度缝。

（3）在满足设计使用功能的前提下，地下3层和地下4层部分区域宜设置或部分设置剪力墙。

4 三里屯SOHO工程

北京三里屯SOHO工程由五栋地上12～24层办公楼、四栋22～28层公寓楼以及各楼间地上为4～5层商业楼（裙房）和地下车库组合而成。建筑物的地下室及地下车库为四层，形成大底盘多塔结构体系。

北京三里屯SOHO工程

应用结果：

（1）建筑物地基反力和沉降计算结果，经修正后地基承载力满足设计要求，高层建筑与低层裙房间、框架柱间差异沉降和高层部分整体倾斜满足规范要求，因此本工程可以采用天然地基方案。

（2）三里屯SOHO工程（北区）可不设置沉降后浇带。

（3）为解决高层建筑基础底板边缘的墙下地基反力集中问题和偏心问题，建议局部位置基础板外扩，以扩散高层建筑及基础边缘墙下的地基反力。