大底盘多塔楼结构桩基与基础优化设计研究

大底盘多塔楼结构是目前商务楼宇建设中较为热门的建筑结构形式之一，桩筏基础也是高层建筑常用的基础结构形式。 

大底盘多塔楼结构是目前商务楼宇建设中较为热门的建筑结构形式之一，桩筏基础也是高层建筑常用的基础结构形式。本书主要涉及大底盘多塔楼结构桩基与基础变形及优化设计的基本理论及方法。全书共六章，内容主要包括：基坑开挖对邻近浅基础框架结构的影响分析、基坑开挖对邻近大底盘多塔楼结构的影响分析、大底盘多塔楼桩筏基础的优化设计分析以及上海奉贤区南桥新城项目实体建模分析等。

孙海忠:上海市建工设计研究院有限公司副总。

张治国: 1978年生，博士，副教授，硕导。现任系工会负责人，兼任中国土木工程学会土力学及岩土工程分会青年工作委员会委员，软土工程分会委员，中国岩石力学与工程学会工程安全与防护分会理事，国际土力学与岩土工程学会（ISSMGE）会员。担任第二届全国岩土本构理论研讨会组织委员会委员，第三届全国环境岩土工程与土工合成材料技术研讨会组织委员会成员。

第1章绪论00111大底盘多塔楼结构及桩基础应用现状002

111大底盘多塔楼结构的工程应用002

112桩基础应用状况005

113桩基础优化理念009

12现有研究成果011第2章基坑开挖对邻近浅基础框架建筑影响分析02121MohrCoulomb模型简介022

22三维模型的建立024

221历史建筑物计算参数选取024

222土体及施工参数选取025

223基坑施工参数选取026

23基坑开挖对邻近任意角度建筑物的变形影响分析027

231模拟方案027

232建筑物横、纵墙倾斜和水平位移变化规律028

233建筑物纵墙相对挠曲变形规律030

234建筑物扭转变形规律031

235建筑物纵墙主拉应变分布规律035

24梁柱受损条件下建筑受基坑开挖影响分析039

241模拟方案039

242纵墙沉降变形规律040

243纵墙相对挠曲变化规律041

244建筑物纵墙主拉应变分布规律043

245梁、柱刚度分别受损条件下建筑变形规律046

2451纵墙相对挠曲变形规律046

2452建筑纵墙主拉应变变化规律048

25任意角度建筑物和梁柱受损工况下安全评价049

251变形控制标准049

252建筑物结构安全评价050

26不同结构形式建筑受基坑开挖影响变形051

261模拟方案051

262基础沉降变形规律053

263基础相对挠曲变形规律054

264建筑纵墙主拉应变变化规律055

265建筑倾斜、转动、角变形分析057

266不同开洞比建筑物变形性状061第3章基坑开挖对邻近大底盘多塔楼结构影响分析06931模型概况070

32模型工程地质条件072

33模型基本信息072

34模型数值模拟结果分析076

341建筑土体整体位移076

342桩的水平侧移080

343桩的竖向沉降082

344筏板的变形084

345上部结构的变形085第4章竖向荷载作用下大底盘多塔楼结构桩筏基础优化设计研究08741大底盘多塔楼结构模型概况088

411大底盘多塔楼概况088

412地质土层参数信息089

42有限元数值模型的建立089

43数值模拟结果分析091

431竖向沉降分析091

432桩基内力分析099第5章工程实例10551项目概况106

511结构设计方案106

512结构体系及抗震等级108

513材料选用109

514其他说明109

52岩土工程初步勘查报告109

521工程概况109

522勘察目的110

523执行的规范、规程111

524勘察工作量布置111

525取土方法和原位测试方法112

526地形地貌112

527场地周边环境113

528地基土的构成及特征113

529地基土物理力学性指标114

5210地基土分析114

5211天然地基115

5212桩基116

5213基坑工程119

5214基坑开挖注意事项120

5215结论与建议122

53数值模拟126

531模型介绍126

54数值模拟结果分析127

541Z向沉降分析127

542建筑扭转位移图129

543桩基与筏板沉降图129

544桩基扭转图131

545桩基内力及应力云图131

546上部结构内力云图133第6章结论与展望13961结论140

611基坑开挖对邻近浅基础框架建筑的影响140

612基坑开挖卸荷作用下大底盘多塔楼变形的影响140

613竖向荷载作用下大底盘多塔楼结构桩筏基础优化设计141

614工程实例项目对比141

62展望142参考文献143

大底盘多塔楼结构是目前商务楼宇建设中较为热门的建筑结构形式之一，桩筏基础也是高层建筑常用的基础结构形式。鉴于桩基相关技术规范已将变刚度调平方法写入，故非常有必要针对大底盘多塔楼结构桩基、桩筏基础优化进行更详细的研究。

 

实际上，随着我国城市建设走向集约化、立体化发展道路，带多塔楼的统一、大面积地下室建筑工程越来越多，成为城市建设设计的新趋势。目前，带裙房的超高层上部结构与地基基础共同作用的研究较多，同时开展的大量现场试验和变形、应力测试也取得了很多研究成果。但是，针对多塔楼、大面积底板的桩基优化研究项目不多，现场实测和理论计算分析也相对薄弱。因此，对于大面积、统底盘、多塔楼建筑结构形式的桩基受力性质研究及基础底板的刚度研究尚待深入，以对桩基及基础进行优化设计，提高基础设计水平，获得较大经济效益。

 

本书首先研究了基坑开挖对邻近建筑的变形影响，重点针对梁、柱及浅基础结构受力和变形进行了研究；其次，以变刚度大底盘多塔楼结构桩筏基础为研究对象，以变刚度调平原则为指导，对桩筏基础进行一系列优化设计研究，其中变刚度的实现途径主要有变桩长、变桩径、变桩距等。后，着重研究了改变桩长及筏板厚度后桩筏基础的变形规律和内力分布，以及不同桩筏基础下上部结构内力的变化特点，并通过工程实例，验证变刚度调平运用在桩筏基础上的优化效果，考虑基坑开挖对大底盘多塔楼结构的变形影响。

 

本书在编写中力求保持内容的完整性和系统性，其主要内容具体如下：

 

（1）
基坑开挖对邻近不同角度建筑物变形的影响分析。包括当填充式框架建筑物与基坑成不同距离且任意角度时，邻近建筑受基坑开挖影响的变形规律将呈现差异；当二者相对角度不同时，邻近建筑物将会从单一的弯曲与剪切变形，逐步转变为弯曲、剪切变形与扭转变形共同作用的复合变形。

 

（2）
基坑开挖对受损建筑结构的影响分析。包括通过对建筑物梁、柱受损刚度的调整，进而实现减小对历史建筑物刚度损伤的影响，研究了不同刚度填充框架建筑物的变形特征；基于既有历史建筑结构受基坑开挖影响，提出一定的加固措施。

 

（3）
建筑结构基础地基共同作用分析。包括建筑物的基础和上部结构与其所作用的地基组成相互作用统一整体，三者存在着相互协调、约束的关系；针对条形浅基础框架结构，在竖向力作用下，框架相邻柱的变形特征和受力特点。

 

（4）
变刚度调平原则。包括基于变刚度调平原则的理念，将调平方法运用于具体桩筏基础优化设计中；在不同调平方案下，研究桩筏基础受力、变形的差异性，选取工程设计上的方案；针对桩筏基础在不同优化设计方案下，上部结构的内力分布特点及变化规律。

 

（5）
建立大底盘多塔楼结构及其桩筏基础数值分析。包括基于MohrCoulomb理想弹塑性模型，采用Midas/GTS有限元软件，建立大底盘多塔楼结构及其桩筏基础的三维有限元数值模型；在上部结构为双塔及两层地下室时，模拟不同优化设计方案下桩基与筏板变形特点及受荷规律。

 

（6）
工程实例对比验证分析。包括针对上海南桥新城项目，通过建立整体三维有限元数值模型与实际工程设计进行对比，分析桩筏基础变形规律并对其设计的合理性进行验证；基于工程实例分析，提出在大底盘多塔楼结构下桩筏基础设计的重点和难点。

 

（7）
基坑开挖对大底盘多塔楼结构的影响分析。包括针对大底盘多塔楼结构，研究在其周围开挖基坑时，多塔楼、地下室及其桩筏基础变形影响；针对开挖基坑对邻近建筑可能产生的不利影响，提出变形预警分析及相应的安全防护措施。

 

本书的出版，可明确大底盘多塔楼结构桩基与基础的受力特征和优化设计，提高相关设计施工研究人员对多塔楼、大底板综合体桩基、基础设计水平及设计施工研究人员的业务水平，同时对我国土建相关专业的市场竞争力和科技竞争力都有促进作用。

 

本书参编单位为上海理工大学和上海市建工设计研究院有限公司，作者为上海市建工设计研究院有限公司孙海忠、上海理工大学张治国、上海市建工设计研究院有限公司栗新，由上海理工大学张治国设计大纲并主持编写。上海理工大学研究生张瑞、贾延臣等进行了相关文稿编辑和图表制作处理工作。本书部分研究成果来自作者所主持的科研项目，本书作者与合作者在大底盘多塔楼结构桩基与基础优化设计领域进行了合作研究，在此对他们的帮助表示由衷感谢！在本书的编写过程中，也参阅了国内外相关学者论著与资料，还得到了来自上海市建工设计研究院有限公司的各位专家及上海理工大学各位老师的指导帮助，在此一并表示衷心的感谢!

 

大底盘多塔楼结构桩基与基础优化设计方法和理论技术在我国仍处在积累和高速发展的阶段，且属于经典的交叉学科范围。由于时间仓促和作者认识上的局限性，本书存在疏漏和不当之处在所难免，恳请广大读者不吝赐教、批评指正。

 

作者

2018年10月