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高层建筑筏形基础设计实例演算与讨论 刘 岳 东 云南省设计院 昆明 650228 摘要：对高层建筑筏形基础设计不同意见的关键，除了考虑基础的局部弯矩，还有要不 要考虑基础整体弯矩的问题。本文将用静力平衡法计算实例证明基础确实存在整体弯矩。 并且证明因不考虑整体弯矩而导致基础大量开裂。其次，为了避免基础因与上部结构共同 工作修改上部结构设计，提出“基础结构层”作为建筑“底盘”的设想，使上部结构不因 基础设计改变内力。再其次，地基土性决定基底反力的分布，它将改变基础结构内力分析 的方法，本文提出调整基础设计荷载来适用设计方法的改变。 关键词：静力平衡法 倒楼盖法 “基础结构层”建筑“底盘” 调整基础设计荷载 1 高层建筑筏形基础按静力平衡法分析的基础的整体弯矩 高层建筑筏形基础按静力平衡法分析基础内力，须先计算基础的局部弯矩，然后和基 础与上部结构组成的组合结构基础的整体弯矩相加。计算实例如下： 设19 层8 跨对称框架，4 层以下层高均为5m，4 层以上层高均为3m。假定施工期间 结构刚度滞后建筑重量4 层，即15 层结构按19 层重量计算。筏形基础基底反力系数参照 规范附录取值。先对筏形基础计算局部弯矩与柱脚处的地基集中支承力，由此求得与柱压 力的“差值”以及“差值”产生的体系弯矩。示意于图1。再将“差值”作用于框架，由 电算求得所有杆件内力。示意于图2 。 （a ）基础荷载及基底反力图 （b ）基础梁支座反力与支座弯矩图 （c ）基础梁支座反力与柱压力“差值”及“差值”的体系弯矩 图1 基础荷载计算图（单位：kN 、m、kN.m ） 图2 中基础E 截面弯矩9645kN.m，只占“差值”对该截面计算体系弯矩106336kN.m 的9%，即其余91%的弯矩已由上部结构承担。上部结构是如何分担弯矩的呢？请看如下 分析。 以A 排 1-2 层间柱端弯矩（不计+、- ）21 与240 为例，层间剪力对基础平面取矩， 21 240 M= （5×2-5×1）=21+240，即1-2 层间柱端弯矩之和，可见A 排柱所有柱端弯 5 矩之和 11478.7，都是体系弯矩的抵抗矩。同理，A、B、C、D 各排柱所有柱端弯矩的累加 值92187.2，也都是E 截面体系弯矩的抵抗矩。 图2 中E 截面梁端轴力，即各排柱柱端弯矩在梁平面派生的轴力之和，所有梁端轴力 对基础平面的弯矩即92187.2；E 截面各层梁端弯矩之和为4504；基础弯矩为9645，三者 之和，为：92187+4504+9645=106336，正好平衡体系弯矩。 上百根杆件的弯矩加总的结果，作用力与抵抗力全部平衡，可见高层建筑整体基础（如 筏基）的结构内力分析结果是真实可信的。 图2 杆件弯矩、轴力示意图（单位：kN.m,kN，图中括号表示轴力） 2 通过实例演算，结合理论分析，可以说明高层建筑筏形基础设计的以下问题。 （1）高层建筑筏形基础即使荷载均匀、地基均匀，由于基底压力在土中扩散条件的 差异，基底反力最终表现为边缘反力大，中部反力小，所以高层建筑基础与上部结构都将 产生结构内力。 （2 ）“差值”作用于框架体系的电算结果，在图2 中反映的基础弯矩，就称为基础的 整体弯矩。所以高层建筑筏形基础设计必须同时考虑基础的局部弯矩与整体弯矩。 上部结构参与基础共同工作后，虽然分担了大部分体系弯矩，但从计算实例表示，基 础E 截面仍然承担了9645kN.m 的整体弯矩。它与局部弯矩11233kN.m 相加为20878kN.m， 为只考虑局部弯矩的1.86 倍。D 点弯矩为12172+11597=23769，为倒楼盖法计算弯矩11597 的2.05 倍。所以计入整体弯矩才是基础的真实内力。 基础与上部结构的综合抗弯刚度很大，基础的挠曲极小，或认为可以不考虑基础的整 体弯矩，仅考虑基础的局部弯矩。现在以计算实例证明整体弯矩，是确实存在的，筏形基 础如不考虑整体弯矩，基础开裂