高层建筑箱基一些设计问题的探讨

通过一些已建成的采用箱基的高层建筑实例以及箱基中钢筋应力的实测情况，对箱基“规程”中某些规定，如壁率的规定、整体弯矩的计算方法等进行了探讨．     

箱形基础的极限分析

箱基作为钢筋混凝土构件,在目前设计中内力按弹性理论分析确定,配筋却按极限状态理论设计。这种不匹配的计算方法是不合理的,也是造成目前箱基实测钢筋应力比按计算小的原因之一。本文利用实测基底反力或其它考虑上下部共同作用后的基底反力分布,对箱基进行了极限分析,给出了箱基整体和局部弯矩的实用计算公式。经与箱基实测工程及算例的计算对比,本文所得结果与实测较吻合,说明按极限分析较为合理和经济。     

箱形基础在上下部共同作用下整体受力的极限分析

提出箱形基础在上下部共同作用下整体受力极限分析方法,并与实际工程实测结果对照验证其合理性与可靠性。将上部结构与箱基、地基视为整体,借助于上下部同步进入极限状态的虚功率方程,从极限分析的角度对箱基在上下部共同作用下的整体受力进行求解。根据十字机动破坏模型和双抛物线基反力破坏模式,求出相应箱基整体受力上限解。箱基整体进入极限受弯状态时,视上部结构为框架体系,计算上部结构抗弯刚度对箱基整体受力解约束效应分析。选取两个具有较完整实测结果的箱形基础工程按以上方法进行极限分析,并与实测对比。结果显示,与现行“箱筏基规范”考虑上部效应法相比,该极限分析方法计算结果更接近实测。同时,上下部共同作用整体受力极限分析方法更易于手算和电算编程,并可用于各种基反力模式。     

某高层办公楼套箱基础-框架体系协同作用的测试研究

本文报导了某十层办公楼套箱基础-框架体系的测试研究成果。实测表明,对采用加气砼隔墙的大开间框架,箱-框体系的中和轴随楼身筑高不断变化,把箱基折算成工字形截面的计算方法仅适用于筑高的一定阶段。箱基确实存在整体弯曲,但因体系中和轴移至上部结构,整体弯曲应力大为减小。测试表明底板钢筋拉应力只有现行计算方法算得的1/7,顶板钢筋拉应力约为1/10左右,说明国内箱基实测应力通常为20～50MPa决非偶然,而是中和轴上移的必然结果,基础与上部结构协同作用的理论从而得到证实。另外,按大基础计算压缩层深度,以总压力、变形模量的弹性理论公式计算的地基变形与实测结果较符合。文中还分析了所采用的“套箱式”箱基的优越性。 本文系结合某十层办公楼套箱基础-框架体系进行的长达四年的测试研究的总结。     

高层建筑箱形基础计算的新方法

本文提出了箱形基础新的计划模型，既考虑整体弯曲，局部弯曲，又考虑上部结构刚度作用，可使基础承担的整体弯矩计算值减小，节省箱基底板配筋７０％以上，解决了箱基设计中一直存在的理论计算配筋过多的问题。计算简便，安全可靠。     

上部结构刚度对箱形基础整体弯矩影响的探讨

本文通过大量的计算和钢筋应力的实测,分析了上部结构刚度对箱形基础整体弯矩的影响,提出了上部为墙板式结构及上部为框架结构的箱形基础的计算方法。当上部为框架结构时,建议采用等代刚度梁的方法作为考虑上部结构共同作用的简化计算方法,该法经证明具有足够的精确度。对于G.G.Meyerhof在1953年建议的等代刚度梁公式,本文进行了验证和改进,建议按改进后的公式计算上部框架结构的等代刚度。     

箱形基础设计方法研究

<正> 在高层建筑的各种基础形式中,箱形基础由于其本身的刚度和整体性而得到比较广泛的应用。在设计箱基时,设计单位常使用以下两种设计方法,第一种是考虑箱基的整体弯曲作用,顶板和底板按整体弯曲和局部弯曲叠加配筋;第二种是不计整体弯曲,按倒楼板法用基底反力计算配筋。当上部结构有剪力墙时,不考虑整体弯曲没有异议;而当上部结构为框架时,是否要考虑整体弯曲还是一个有争议的问题。在实际设计工作中,对于上部结构为框架的箱基按两种方法设计的例子均有,例如,上海的华盛路高层住宅与康乐大楼同为12层框架结构,后者为框架板墙,用第二种方法设计,箱基用钢量为67kg/m²,前者用第一种方法设计,用钢量高达151kg/m²,经济效果明显不同。因此,本文研究了上部结构为框架时箱基整体弯曲所占比例如何及其影响因素,并据以对现行计算方法提出了建议。     

深埋箱形基础的地基反力问题（高层建筑箱基研究之二）

在分析了深埋箱形基础地基变形的基础上,进一步探讨基底接触压力分布规律是很有必要的。外科大楼箱基底面接触压力分布图形设计时原按图15（a）考虑,在参考了其他工程基底土反力实测资料以后,图形按图15（b）修改。根据两种图形计算最大弯矩,后者仅为前者的45％,配筋量相差达一倍以上。目前国内不少高层建筑箱基测试结果表明,按常用的、建立在弹性理论基础上的刚性板上反力系数求算箱基整体弯矩比按实测反力的计算结果往往大三倍左右,可见日前常用的计算刚性基础底面上反力分布方法很值得进一步研究。     

湖北出版文化城工程(一):主楼预应力箱基设计与分析

在湖北出版文化城工程中 ,为满足地基承载力要求及调整基础偏心 ,箱基三边整体外挑 ,形成大悬挑扩展式箱基 ,并在箱基底板和局部顶板中分段设置预应力直线束以抵抗整体弯曲并增大刚度。箱基内部墙体设置预应力体外束吊筋以减小洞口过梁截面并增大刚度。工程进行了钢筋应力、地基反力及沉降实测 ,对实测结果进行了分析     

箱形基础和上部结构共同作用(上)

探讨了箱基和上部结构－框架共同作用的机理,并对现行计算方法提出个人意见和初步建议。为了箱基的防渗漏,笔者提出一个大胆的设想。此外在文中还给出用杆件力学方法计算框架－箱基－地基的共同作用。     

上部结构、地基和基础共同作用理论在逆作法设计与施工中的应用

逆作法施工是一种地上和地下两向同时施工的技术。根据其施工特点。将上部结构与地基、基础的共同作用理论于逆作法的设计与施工中,上部结构采用子结构法实现刚度和荷载向基础边界的凝聚,最后与基础和地基的刚度矩阵叠加,求解上部结构和基础的内力和变形。经算例分析,该方法合理可行。     

高层建筑地基基础概念设计的思考

基于高层建筑箱、筏、桩筏基础变形、反力等实测资料的分析指出,按传统理念设计的箱基、筏基、桩筏基础有两个缺陷:一是呈现明显的碟形沉降引起上部结构的较大次应力;二是基底马鞍形反力分布导致基础板或承台冲剪力和弯矩显著增大。为使差异沉降和箱、筏承台的内力减至最小并改善上部结构受力性状,提出变刚度调平概念设计。对于框筒、框剪结构,应强化核心筒区的桩土刚度(调整桩长、桩径或桩数),相对弱化外围刚度;对于主裙连体建筑,应强化主体,弱化裙房(采用天然地基、复合地基和疏短桩基);对于箱、筏基础,可局部强化核心筒区(采用桩基或刚性桩复合地基)。对于上述变刚度调平概念设计,进行上部结构—基础—桩—土共同作用分析,进一步优化布桩和承台配筋。通过大比例现场模型试验对上述优化设计理念进行了验证,并应用于10余项工程,取得了良好的技术经济效果。     

Mindlin解均化应力法计算桩基沉降及工程应用

基于群桩Mindlin应力解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,总结了Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降的具体步骤细则。针对计算中具体问题,诸如压缩层计算厚度、上部结构刚度贡献、变刚度调平设计中桩类型的多样性,结合特定侧阻分布概化模式不同长径比、不同桩距条件给出基桩均化附加应力计算简易方法。应用所提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降,通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

箱形基础的空间分析及其结构优化设计

采用能量变分原理与多重子结构技术相结合的方法,建立了考虑上部结构与箱基、地基土共同工作的箱基内力空间分析模型.特别提出了上部结构为框架-剪力墙体系时箱基内力的实用算法.在空间内力分析的基础上,建立了箱形基础造价优化的数学模型,并采用子空间组合可行方向法求优.所提出的优化方法应用于工程实例,取得了明显的经济效益.     

Factors affecting stress distribution of a 3×3 pile group in dry sand based on three-dimensional large shaking table tests

To investigate the factors influencing stress distributions of piles during earthquakes, a physical model test was conducted using the large shaking table at E-defense. The tests were run on a 3×3 pile group supporting a foundation with and without a superstructure set in a dry sand deposit prepared in a cylindrical laminar box. Experimental variables included the natural period of a superstructure and the presence of foundation embedment. Based on the test results and discussions, the following conclusions are made: (1) When the natural period of a superstructure was shorter than or close to that of the ground, the inertial force of the superstructure mainly controlled pile stresses, in which both shear force and bending moment tended to be the largest in the leading pile. When the overturning moment is small in this case, sway motion dominates in which bending moment has maxima at both pile head and a certain depth in the ground. When the overturning moment becomes large enough to induce a rotation of foundation, by contrast, rocking motion dominates in which pile bending moment is small at the pile head, increasing with depth with a peak at some depth; (2) When the natural period of superstructure was much longer than that of the ground, the inertial force from the superstructure gets small and ground displacement may control the pile stresses in such a way that the shear forces at the pile heads were almost the same within a pile group. In this case, pile stress distributions with depth were mainly controlled by the sway motion due to the ground displacement, in which bending moment becomes a maximum only at the pile head and decreases with depth; and (3) The combination of the effects of the sway and rocking motions on pile stress varied depending on such factors as the presence of foundation embedment, natural periods of superstructures, aspect ratios of structures (height/width) and ground displacement.     

上部结构、梁板式矩形筏基和地基共同作用解析分析

将弹性地基上的梁板式矩形筏基视为十字交叉梁与平板组合体系,上部结构刚度简化为等效刚度板,采用半数值、半解析方法,通过梁、板、柱以及地基之间力与位移平衡协调分析,可得到考虑上部结构刚度时梁板式筏基与地基共同作用的半数值、半解析解。该方法收敛性较好,未知量少,便于实际应用。算例结果表明,上部结构刚度对梁板式筏基的变形和内力影响显著。工程实例表明,该方法具有较好的适应性,特别是对于常规的岩土工程勘察资料,可采用插值的方法进行地基沉降系数计算。     

大型箱基变形计算

本项工程由国外引进,我国自行施工。这是一个长686m的复杂的大型箱体筏基,在变形计算上没有成熟的经验。在建设过程中,国内有关单位对基础进行了理论计算和实测研究,基本上搞清了基础的变形规律。工程投产几年来的实测结果证明,所作理论计算与工程实际是吻合的。本文将就其主要计算理论假定作一简要论述。如考虑地基与基础的共同作用,对计算沉降作刚度修正;截块近似计算法的假定和计算原则;文克尔弹性地基模型的应用和基础全长整体计算分析等。     

复合地基垫层刺入量模型试验与计算方法研究

为了研究复合地基垫层刺入量有关因素,通过可视化模型箱对不同垫层厚度、密实度、桩径以及桩帽的刚性桩复合地基进行室内模型试验。利用数字图像无标点量测技术,对在加载过程中垫层土体颗粒的位移场进行观测与分析,研究了复合地基垫层的位移场与变形模式,得到了垫层的刺入量、变形范围以及滑动面位置与形状。根据球孔扩张理论推导出垫层刺入量的求解公式,并与模型试验数据进行了对比分析,验证了理论方法的合理性,且理论计算结果与试验数据吻合较好。垫层刺入量的研究对复合地基垫层厚度、桩径等设计具有一定参考价值,垫层刺入量可协调桩土的荷载分担,使桩土共同承担上部结构荷载,为复合地基沉降研究提供了理论依据和数据支持。