厦门国际中心超高层塔楼的基础设计

Ｉ工程建设与设计　ｌ　Ｃｏ￣ｔｒｕｃｔｌｏｎ＆ＤｅｓｉＳｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　厦门国际中心超高层塔楼的基础设计　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ＳｕｐｅｒＨｉｇｈ－ｒｉｓｅ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｘｉａｍｅｎ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ　王玮　，顾绍义　，刘金明　（１．华东建筑设计研究院有限公司现代都市建筑设计院，上海２０００７０；２．上海建筑设计研究院有限公司，上海２０００４１；　３．机械工业第一设计研究院上海分院，上海２００３３３）　ＷＡＮＧＷｅＰ，ＧＵ　Ｓｈａｏ一　，ＬＩＵ　Ｊｉｎ－ｍｉｎｇ３　ｆ１．ＥａｓｔＣｈｉｎａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ．ＵＤＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｕｔｔｅ，Ｓｈａｎｇｈｍ２０００７０，Ｃｈｉｎａ；　２．ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＣｏ．ｇＬｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈｍ２０００４１，Ｃｈｉｎａ；　３．ＦｉｒｓｔＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＭＩＣｈｉｎａＳｈａｎｇｈａｉＢｒａｎｃｈ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００３３３，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】为了在已有地下工程的基础上新建超过３００ｍ的超高层建筑，结合原有基础资料以及新建塔楼范围内的地质情况，确定　采用天然基础和大直径嵌岩桩的混合基础形式。底板设计从计算分析和构造措施两个方面，详细阐述了原有底板和新建底板的结　合共同受力，并对抗拉角柱柱脚做了进一步细化分析。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］ｎｏｒＩｄｅｒｔｏｂｕｉｌｄｍｏｒｅｔｈａｎ３００ｍｈｉｇｈ．ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｅｘｉｓｔｉｎｇｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｗｏｒｋｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｈｔｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｏｗｅｒ　ｒａｎｇｅ，ｍｉｘｅｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｎａｔｕｒａｌ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒｐｉｌｅｓ　ｗａｓｄｅ￣ｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｗａｓｄｅｓｉｎｅｄｆｇｒｏｍｔｗｏａｓｐｅｎｓｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｗｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｈｏｗｔｏｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｌｄａｎｄｎｅｗ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓｌａｂｉｎｄｅｔａｉｌｓａｎｄｍａｄｅｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｎｓｉｌｅｃｏｌｕｍｎｃｏｌｕｍｎｂａｓｅ．　【关键词】厦门国际中心；大体积混凝土；新旧叠合底板；钢管混凝土柱脚；基础设计　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】Ｘｉａｍｅｎ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｃｅｎｔｒｅ；ｌｒａｇｅ　ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｉ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｌａｂ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｉｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｃｏｌｕｍｎ；ｆｏｎｄａｔｉｏｎ　【中图分类号］ＴＵ４７１；ＴＵ４７３．１　【文献标志码Ｉｎ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１４）０９．００７４．０５　［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｌｄ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１４．０８．００１５　１工程概况　厦门国际中心位于福建省厦门市，场地原址为厦门邮电　通信枢纽大厦，其地下室和裙楼已建造完成（见图１　ｏ新建塔　楼地上６ｌ层，地下４层，主屋面高度３３６．８８ｍ，塔楼平面尺寸　为３６．５５ｍ￣４９．９ｍ，核心筒平面尺寸为１６．５ｍｘ３０．２ｍ，总建筑　面积为１０．３×１０ｈｎ２。由于新建塔楼高度超过原有建筑较多，核　心筒和柱网也与原设计完全不同，对新建塔楼的基础改建是　设计面临的巨大挑战。　图１新建塔楼效果图和场地现状　【作者简介】王玮（１９７１一），男，浙江永康人，高级工程师，从事结构　设计与研究，（电子信箱）ｗａｎｇｗｅｉ８＠ｌ　２６．ｃｏｍ。　７４　２原基础现状和地基情况　在基础改造前，地勘单位对新建塔楼范围内的底板下地　基础工程设计Ｉ　Ｅｎｇｎｉｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｔｈｅ　Ｇｒｏｕｎｄ　１　基重新进行了详细勘探［１】，并结合原有地质资料［２１，获得的基础　概况如下：（１）场地中风化岩面埋深不均匀，但其承载力和变　超出原塔楼区域大部分位于强风化岩面。新建塔楼与原塔楼　相对定位见图４，虚线区域为原有塔楼底板范围，粗实线区域　为新建塔楼底板范围。　形模量较大，是超高层建筑的理想持力层。（２）原塔楼为筒中　简结构，主要为天然筏板基础，其基础底板基本支承在中风化　花岗岩层上，中风化岩层在原塔楼东南部形成一个凹槽，凹槽　最深处在Ａ孔附近（见图２），其基底下强风化花岗岩层最大　厚度约１０．２ｍ，原设计在阴影区域采用１．２ｍ直径的人工挖孔　桩将上部荷载传至下部中风化岩面。塔楼以外区域的地下室　底板主要位于中风化或强风化的岩面上，原地下室底板下强　风化岩层分布范围见图３。　『：　，　，，，，，　—．　一＿　ｒ—　一　１　，，ｒ，　，，，，　｛　》　／　一　ｒ　一　图４拟建塔楼与原塔楼相对定位　＼　　Ｉ——ｎ１　Ｉ　３．１混合地基设计　新建塔楼采用天然基础加局部桩基础的形式，对未达到　中风化花岗岩区域，采用直径１．８—３．１ｍ的嵌岩桩基础将上部　荷载传至中风化花岗岩，嵌岩深度满足嵌岩桩的规定。中风化　＼　—～／　／。　Ｉ　Ｉ　～　：：　，　‘－　’　●　Ｉ　Ｉ　、　、＠　，　、　◆　花岗岩承载力特征值为按８　Ｏ００ｋＰａ，嵌岩桩端承载力特征值　为１３　７５０ｋＰａ。由于天　电基和桩基均支撑在中风化　量　岩面，　经验算桩基础桩身压缩量仅为４ｍｍ，基础的沉降差异变形很　小。桩基布置见图５。　＼　Ｉ　８　Ｈ　一　—　～　ｔ－－———　Ｉ　ｌ　图２原塔楼范围中风化岩面较深处（斜线区域）　一＼ｆ—１一　　１ｌ　　｝＼Ｊ　Ｉ　ｒ　ｌ　　１｛　｝　－ｆ　—　ｌ　Ｉ　ｌ　　ｌ　ｌＩ　●■■Ｊ　＿　ｊ　］　一‘　。’１Ｉ囤　ｉ　－ｒ　Ｉ。Ｌ『～［　目＿１　　Ｉ　一曲　奄　凼　幽　图３原地下室底板下强风化岩层分布范围　图５桩基布置图　混合地基设计遵循以下原则：１）天然地基和桩基承载力　３新建塔楼基础设计　新建塔楼位于原地下室范围之内，由于新建塔楼平面形　的合力与上部荷载重心的偏心距需满足规范要求，防止上部　建筑整体倾斜；２）桩基尽量布置在柱和墙下，既有利于减小地　基重心与上部荷载重心的偏心距，也有利于荷载的直接传递，　７５　状和位置的改变，部分与原塔楼重叠，部分位于原地库范围，　ｌ工程建设与设计　ｌ　‘ｎＩｃ　＆脑　ＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　减小底板钢筋量。　板连接，同时在结合面配置一定数量的连接钢筋，以加强新旧　底板的结合（见图７）。新建塔楼的柱墙钢筋则锚入新做的底板　由于超高层单柱油匪　民大，分忻了＿　主下天然地基的应力　分布嗍。通过在基础顶部施加竖向力模拟柱的轴力，分析得到　基础底部反力如图６所示。由图可知，柱下局部区域的地　基反力集中，并随着与柱边的距离增大而迅速减小；最大　内，柱脚锚栓通过后植锚栓的形式与老底板进行可靠锚固。　２）原底板表面凿毛，表面形成纵横向凹槽，凹凸深度　８０ｍｍ，宽２００ｍｍ，间距４００ｒａｍ。　处地基反力约３　５００ｋＰａ，小于中风化花岗岩承载力特征　值８ｏ０ＯｌｃＰａ。　ＦＮ＝Ｉ１００００ｋＮ　ｒ　。．　３）根据基底剪力计算新、旧底板结合面的滑移系数，通过　叠合面构造处理，使其摩擦系数大于该滑移系数。　４）参考一级剪力墙水平施工缝的抗滑移公式进一步验算　　：＾　＿・－　。　Ｊ　，底板叠合面。　３．３底板温度应力及收缩控制　＿｛：　’ｌＩＩＩｌ　ＩｌＩｌ　ＩＩ　ｌ　。　ｌ　新建塔楼底板为大体积混凝土，因其受混凝土中胶凝材料　水化引起的温度变化和收缩影响较大，需采取有效措施控制　ＩｌＩｌｌ’　Ｉｌｌ‘　Ｉｌ　●　底板温度应力和混凝土收缩。设计　材料选用和配合比、施工　工艺以及混凝土底板的里表温差控制等多个方面采取措施Ｉｓ］，　以减少有害裂缝的产生。　尸　－３　５００ｋＰａ　首先，底板选用低热硅酸盐水泥，其混凝土配合比的设计　除满足强度等级、耐久性、抗渗性等要求外，还需符合大体积　混凝土施工工艺特性的要求。其次，控制底板混凝土的里表温　新主楼结构拄　原主　楼　结构柱　，　凿去　一　图６柱下天然地基基底反力分布图　３．２底板设计　考虑到基础对超高层建筑　的重要性，　及成本控制、防水　要求和切割改建时对原有地下　新主楼核心筒　，　一＾　　＿室外墙的支护等，确定将新建　塔楼的基础底板位于原底板　上，该范围内的原塔楼地下室　ｑ　新建夹屡　／　主楼新建粱橱　／　部分拆除。　塔楼新建底板自身满足　抗弯［４］要求，与原有基础叠合　后满足抗冲切、抗剪切的要求。　同时在塔楼柱四角布置混凝土　墙体，既有利于上部结构的传　４　矗　４　口　ｔ　－　ｄ　ｄ　：　●　‘　‘　●　●　●　ｄ　Ｉ　二－　‘．　ｄ．　‘．１ｌ　ｄ　＾　－　●　‘　＂／＂／／／／／／／／　，　／／／，　＼晤蟹蜷　ａ原塔楼竖向构件与新旧底板的连接　力和嵌固，也有利于改善基底　的零应力区。　为保证底板安全，新老底　霉　Ａ孽　旧底板结构面凿毛　需预先清除面层　板结合面设计需同时满足构造　和计算要求。　１）保留原主楼地下室范　围内的柱墙底部纵筋并与新底　７６　ｂ新旧底板接触面做法　图７新旧底板的结合　基础工程设计ｌ　ＥｎｔｅｒｎｉｇＤｅｓｉｂｍ　ｏｆ‘ｋＧｒｏｕｎｄｌ　差不大于２５＂Ｃ，混凝土表面与大气温差不大于２０＂Ｃ，降温速　率则不大于ＴＣ／ｄ。同时底板中间部位沿厚度方向间隔１．７５ｍ　５２ｔｈ４０　５０厚加劲肋　设置抗裂钢筋网，并适　舀尽拆　寸间，以控制底板有害裂缝。　４柱脚设计　塔楼在百年一遇风荷载和中震作用下柱脚将产生拉力，　柱脚控制工况下拉力见表１。　表１柱脚拉力控制工况　ｂ矩形钢管混凝土角枉枉脚大样　图８柱脚示意图　为研究受拉工况下的柱脚内力分布情况，并考察新　注：拉力为正。　旧底板结合面受力，采用大型通用有限元分析程序ＡＢＡＱＵＳ　对角柱柱脚节点进行有限元分析。通过奁　角柱及周边相关区　域进行分析，新老底板间内力位移采用完全耦合，老底板与岩　面之间采用接触单元模拟，柱底荷载采用ｌ　００ａ重现期　柱脚设计时遵循以下原则：（１）塔楼新建底板自身满足抗　弯要求，新底板与原有基础叠合后满足抗冲切和抗剪切的要　求；（２）柱脚轴心压力Ⅳ由埋入的钢柱柱脚底板直接传给混凝　土底板，轴心拉力Ⅳ和全部弯矩　由埋入钢柱翼缘上的抗剪　１．０Ｄ＋Ｉ．４Ｗ　内力组合，施加拉力和弯矩。节点郁艮元模型见图　９。　栓钉传给底板混凝土，水平剪力　则由埋入的钢柱翼缘与底　板混凝土承压力来传递；（３）在确定埋入的钢柱周边配置的垂　直纵筋面积时，考虑纵筋承担全部柱脚弯矩：（４）在确定新老底　板接触面的锚栓数量时，考虑锚栓承担扣除新底板自重后的　柱脚净拉力。柱脚锚栓通过后植锚栓的形式与老底板进行可　靠锚固。　柱脚采用老底板“外露式”和新底板“埋入式”相结合的作　法（见图８）。　５５加劲环板　底扳纵筋　¨　图９角柱柱脚节点有限元模型　新底板面　＼　／　１００ａ重现期风荷载内力组合下，柱脚节点的主应力云图　见图１０。图中显示柱脚拉力以接近４５。的扩散角向新１日底板　底板中部水平｛　ＪＩ　扩散，在考虑底板自重后，新旧底板接触面处并无拉应力区出　现，表明了通过接触面的配筋和构造措施，新旧底板的结合以　及共同受力是安全且有合适的冗余度。底板最大拉应力在　新底板面下箍筋ｌ６＠！　Ｌ　Ｊ　顶面加密６咖１６＠５０　－　箍筋咖１４＠１５０＿　’　●　‘　－●　１．６ＭＰａ左右，并未超过Ｃ４０混凝土的抗拉强度设计值，同时　‘‘・，．●　‘　●　．１‘　“　根据受力分析，在新底板柱脚范围内的拉应力扩散区适当配　置垂直纵筋，用以承担柱脚通过栓钉传给混凝土的拉应力。　●　‘　●　●．　．　．　１　　・　－＿＿一一．　。　．。一．・”：．．　：　：　ｒ。‘。．　一　＿　‘　，　・　●　・．，　．　●　‘　．－　‘　：　・ｊ。・　●　・．・．’　．　’　５结语　’●　‘．“：－１．：・－．　．’　．　・．　‘　．｜　‘　Ｊ●●　厦门国际中心建造于已有的地下工程上，其基础设计既　有超高层建筑的自身共性，也有其独特之处。从收集调查原　７７　ａ新老底板相结合的作法　Ｉ工程建设与设计　　Ｉｌｒ　“＂＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃ￣　致谢：在厦门国际中心结构设计过程中，得到了上海建　筑设计研究院有限公司顾嗣淳、周春、张坚和华东建筑设计研　究总院汪大绥、中国建筑科学研究院王亚勇等各位总师的指　导和帮助，在此谨表衷心感谢！　【参考文献】　【１】厦门国际中心岩土工程补充勘察报告【Ｒ］．厦门：中节能建设工程　设计院有限公司，２０１２．　【２】厦Ｉ－］邮电大厦岩土工程勘察报告书ⅡＵ．厦门：机械工业部第二勘　察研究院厦门分院，１９９７．　图１０柱脚节点主应力云图　【３】龚剑，赵锡宏．对１０１层上海环球金融中心桩筏基础性状的预测　［Ｊ］．岩土力学，２００７，２８（８）：１６９５—１６９９．　基础资料人手，结合新建塔楼范围内的岩层分布情况，确定采　用天然基础和大直径嵌岩桩的混合基础形式。由于天然地基　【４】巢斯，赵锡宏，张保良，等．控制超高层建筑桩筏基础筏板弯矩的方　法［Ｊ］．建筑结构，２０１０，４０（３）：４０—４４．　和桩基均支撑在中风化花岗岩面，在考虑桩身压缩量后，其基　础的沉降差异变形很小。考虑到本工程底板受力的复杂性和　经济性，塔楼新建底板自身满足抗弯要求，新底板与原有基础　叠合后满足抗冲切和抗剪切的要求。同时，从计算分析和构造　【５］ＧＢ　５０４９６－－２００９大体积混凝土施工规范［ｓ】．　措施两个方面详细阐述了新老底板间的结合共同受力，并对　抗拉角柱柱脚做了进一步细化分析。　乔　薪　钥　铂　【收稿日期］２０１４．０５．２９　不　采　尔　臻　乖　幂　乖出尔　乖出　舔　帘　！　乖出　出尔砖帘　！坏　乖出　乖　尔　希　尔　尔　乖　乖出　（上接第７３页）　工复杂性，工程造价等方面考虑，通过综合分析对比并征求甲　方意见，最终确定了合理的基础形式。　１）由于新回填地基土固结及沉降稳定时间较长，因此，尽　量减小基础底地基处理层的厚度，以减小沉降量。　２）采用条形基础可以提高结构刚度，避免地基沉降或沉　降差异对结构造成安全隐患。　３）地基土层的压缩参数应尽量保持一致，避免土层变化　图５办公楼基础开挖图　所引起的基础不均匀沉降。参　【参考文献】　【１】ＧＢ　５０００７－－２０１　１建筑地基基础设计规范【ｓ】．　【２］ＪＧＪ　７９－－－２０１２建筑地基处理技术规范【ｓ】．　【３】顾晓鲁，等．地基与基础【Ｍ】．北京：中国建筑出版社，１９９３．　【４］ＪＣＣＡＤｓ．５钢筋混凝土地基梁用户手ｊｌｌ｝［Ｋ］北京：中国建科院ＰＫＰＭ　ＣＡＤ工程部，２０１０．　图６局部沉井降水点　６结论　基础方案选择是工程项目经常遇到的问题，也是最容易　．出安全隐患的环节，所以必须给与重视。本文从结构安全，施　７８　【收稿日期１２０１４　０５．１０