新世界商业中心超限高层基础结构设计

张明月

摘要： 新世界商业中心主塔楼高度139.95m，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地上31层，地下4层。基础采用钢筋混凝土筏板基础，采用PKPM-JCCAD计算软件，进行基础受力及沉降计算，满足上部结构承载的需要。由于地下室埋深较大，地下水位较高，进行结构整体抗浮及局部抗浮计算，通过设置抗浮桩使结构抗浮满足规范要求，确保结构安全。

Abstract： In the New World Trade Center， the main tower height is 139.95m， and it uses the reinforced concrete frame-shear wall structure， 31 floors above ground， 4 floors under the ground. The foundation uses the reinforced concrete raft foundation， and by using the PKPM-JCCAD computation software to carry on the foundation stress and the settlement computation， it satisfies the need of the upper structure bearing. Because the depth of the basement is large and the underground water level is high， the anti-floating and local anti-floating calculation of the whole structure should be taken， and the anti-floating pile is set up to make the structure's anti-floating meet the requirements， so as to ensure the safety of the structure.

关键词： 框架-剪力墙；筏板基础；沉降；抗浮桩

Key words： frame-shear wall；raft foundation；settlement；anti-floating pile

中图分类号：TU398+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0134-02

0 引言

随着我国国民经济的高速发展，近年来我国的超高层建筑也随之飞速发展，要保证超高层建筑的结构安全，其基础结构设计尤为重要。因此，在超高层的基础设计中，应结合上部结构布置及工程地质勘察资料，综合考虑建筑的安全、经济、材料及施工工艺等因素，采用合理的基础方案，进行详细的计算分析，采用合理的结构构造，确保建筑基础设计的安全。

现如今，超高层建筑地下埋置深度较深，且高低建筑连为一体，层数差别较大，荷载差异较大，基础设计时应重点考虑差异沉降和相邻基础的影响，同时考虑地下水浮力的不利影响，上述问题是当今设计界的一大难点和热点。本文依托实际工程，采用合理的技术手段，着重解决超高层建筑筏型基础差异沉降及地下水浮力对结构的不利影响，提出合理的解决方案。

1 工程概况

本项目地块位于沈阳市和平区，地上共31层，地下4层，主屋面高度为139.95m。本工程地下二层至地下四层为车库及主要机电设备用房，地下四层层高为4.60m，地下二至三层层高均为3.85m；地下一层与地上5层裙房为商场，地下一层层高为5.30m，裙房一层层高为6.50m，二～四层均为5.20m，五层层高为5.55m，裙房的主屋面高度为27.65m；裙房以上主楼为26层的办公楼，各层层高为4.3m，屋面层层高为4.55m，顶部另有1层5.95m高的电梯机房层，主楼与裙房结构上连为一体。

本工程结构型式为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，本工程主楼的结构高度为139.95m，7度抗震设防，超过A级高度钢筋混凝土框架-剪力墙结构的最大适用高度120m （120m<139.95m<140m）属B级高度，为高度超限高层建筑[1，2]。同时存在平面凹凸不规则、扭转不规则（扭转位移比为1.39）和塔楼偏置（局部楼层偏心距大于15%）两项不规则，为扭转不规则、塔楼偏置的特别不规则的超A级高层建筑[3]。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

勘察场地位于沈阳市和平区南京街西侧。场地地形平坦，由于勘测期间建设单位正在拆除原有建筑物地下基础，故地面形成基坑形状，地面标高为35.50～42.80m。地貌类型属浑河高漫滩及古河道。

2.2 水文地质条件及抗浮设计水位

勘察场地近期地下水位埋深8.00～15.60m，标高為27.10～27.50m，地下常年水位年变化幅度约2m左右。抗浮设计水位标高建议按39.0m考虑。

勘察期间，场地所有钻孔遇见地下水，地下水类型为潜水，主要赋存在⑤砾砂层及以下砂类土层中，其主要补给来源为大气降水及浑河侧渗，其排泄方式主要靠大气蒸发、人工开采及地下径流，水位埋深8.00～15.60m左右，相对标高为27.10～27.50m。

2.3 地下水对建筑材料的腐蚀性评价

本场地环境类型属Ⅱ类。根据在2个钻孔中所取2件地下水样的水质分析结果，判定地下水对砼结构无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

2.4 场地地震效应

本场地抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g。场地地基土20m内等效剪切波速度平均值Vse=275m/s，场地覆盖层厚度介于55～57.8m之间，大于5m，建筑场地类别为Ⅱ类。设计特征周期为0.35s，根据场地实测剪切波速和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中表4.1.3，场地土类型为：①杂填土为软弱土、②中砂、⑥1粉质粘土、⑦1细砂为中软土、③砾砂、③1中砂、④圆砾、④1粗砂、⑤砾砂、⑥圆砾、⑦砾砂、⑧花岗片麻岩（全风化）为中硬土、⑩花岗片麻岩（中风化）为软质岩石。

场地为对建筑抗震有利地段。

场地饱和砂土在地震烈度为7度时不液化。

2.5 基础埋深及基础形式

本工程地下四层，地下室底板顶标高为-17.60m，基础采用平板式筏型基础见图1，塔楼部分地下室底板厚度为3.5m/4.0m，基础底板底标高为-21.1m/21.6m，基础持力层为第⑤层砾砂，地基承载力特征值为500kPa。核心筒下电梯基坑深5.0m，基础底板底标高为-26.6m，基础持力层为第⑥层圆砾，地基承载力特征值为600kPa.；裙房地下室底板厚度为1.80m，基础底板底标高为-19.4mm。基础持力层为第⑤层砾砂，地基承载力特征值为500kPa。

3 地基基础

3.1 基础反力及沉降计算

根据地质勘察报告，基础均采用筏板基础，剪力墙核心筒部位底板厚度为4000mm，主楼下筏板基础厚度为3500mm，其余裙房及地下室部分筏板基础厚度为1800mm。

基础计算时，恒活荷载计算取“模拟施工加载2”，并考虑上部结构刚度；计算模型取弹性地基梁板模型，基床反力系数取20000kN/m3。

计算结果见图2，中心点最大沉降约为39.0mm，平均沉降为15mm，4m核心筒下基底最大反力约为800kPa，3.5m平均反力约为630kPa，1.8m筏板下平均反力为300 kPa。

4m厚筏板中心沉降为39mm，边缘沉降为33mm，长向整体挠曲值为（39-33）/16000=0.0375%，短向整体挠曲值为（39-35）/10000=0.04%，满足《建筑地基基础设计规范》8.4.22中筏板整体挠度值不大于0.05%的要求[4]。

3.5m厚筏板中心沉降为39mm，边缘沉降为33mm，长向整体挠曲值为（39-23）/33000=0.048%，短向整体挠曲值为（39-25）/26000=0.053%，基本满足《建筑地基基础设计规范》8.4.22中筏板整体挠度值不大于0.05%的要求[4]。

3.2 裙房及地下室抗浮计算

裙房部分：

裙房及地下室部分重量较小，这部分结构将因地下水压力而产生向上的浮力作用，故在裙房及地下室部分底板下设置抗浮桩。

本工程地下室底板建筑标高为-16.85m，其下为750mm厚架空排水层，由于架空层卵石之间缝隙较大，容重不利按16kN/m3计算，每层钢筋混凝土自重按照25kN/m3。根据先期与建筑专业的沟通，由于地下室及裙楼部分不做地热，仅预留50mm厚面层即可。此部分按砂浆容重20kN/m3计算。裙楼屋顶均布置花园，最薄处500mm，容重按16kN/m3计算。

地下室底板厚1800mm；地下三层、地下二层、地下一层楼板厚150mm；一层地面楼板板厚为200mm；地上一层～地上四层板厚130mm；地上五层板厚180mm。

裙房部分总重量：q=40.09+25.48+6.84+8+8+12+45=145.41kN/m2；

水浮力：1.05×10×（17.6+1.8-3.85）=164kN/m2。

结论：每平米尚存18.6kN/m2的水浮力，抗浮力不满足要求，需设置抗浮桩。

纯地下室部分根据计算也设置抗浮桩。

单桩竖向抗拉承载力特征值：

抗拔桩：BH6孔：P=3.14×0.6×（7×50+5.5×65）×0.6=800kN；

桩身强度：0.7×14.3×3.14×0.6×0.6/4=2828kN（0.6-2400）/1.35=2094/1795kN；

桩身强度：Ra=1700kN；

桩端裂缝？棕max=0.208mm。

综上所述，底板抗浮桩采用螺旋钻孔压灌桩，单桩竖向抗拔承载力特征值為800kN。桩长15m，桩间距为1.5m。桩身混凝土强度等级为C30，施工严格按照规范执行。

4 结论

本工程通过采用合理的基础设计方案，将主楼结构剪力墙下基础底板连成一片并适当增加其厚度，提高基础的整体性和刚度，抵抗由地震作用、风荷载作用产生的基底弯矩。

通过设置抗浮桩抵抗水浮力的不利影响，使结构在最不利水浮力下确保结构安全。

参考文献：

[1]GB50001-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]徐培福，傅学怡，等.复杂高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

[4]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.