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北京地基设计规范发展历程

北京地基设计规范凝结了几代工程师们的智慧、几十年付诸工程实践的丰硕成果,也是结构与岩土工程老前辈们精诚合作的结晶。笔者学习并应用这部规范已经二十年了,通过翻阅相关技术资料并整理访谈笔记、工作日志等汇集成文。

北京市勘测机构的创建

1951年,永茂建筑公司设计部内开始筹建勘察组织。1952年永茂建筑公司设计部内成立调研组,由张国霞工程师负责。同年下半年,中国工程勘察大师袁炳麟先生参加了勘察工作。1953年永茂建筑公司设计部改组为北京市建筑设计院,成立勘测室。1953年1月-5月完成了专家招待所(现友谊宾馆)勘察任务。许多年过去了,笔者与袁炳麟大师谈及勘察与设计如何更好的衔接,与胡庆昌先生一道骑车赶去友谊宾馆工地验槽的往事,袁大师仍记忆犹新。

张国霞先生(右)与恩师杨宽麟

(摄于1964年)

1954年,北京市建筑设计院开始进行王府井百货大楼工程勘察。

北京市百货大楼

1955年由北京市建筑设计院勘测室与北京市城市规划管理局扩大局所属工程地质勘测所、测量队合并成立了北京市地质地形勘测处,至此,北京市建立了专门为城市建设服务的工程勘察机构。中国工程勘察大师张国霞于1952年研制成功一台标准贯入试验设备,并在同仁医院工程勘察中使用。恩师杨宽麟总工在设计北京和平宾馆时巧妙地采用了“以浮筏基础原理设计的满堂基础”。

北京和平宾馆

(1952年建成,地上8层)

在工程事故的调查和分析中,张国霞先生认识到土质较软的新近冲积层具有独特的工程特性,因其具有实际的工程意义,得到国内同行广泛认可,定名为“新近沉积土”并纳入国家标准《岩土工程勘察规范》、《建筑地基基础设计规范》。

北京地基设计规范发展历程与历史沿革

1952年10月,北京市建筑设计院勘测室在同仁医院进行工程勘察时,应用平板载荷试验(早期亦称为荷重试验),结合标准贯入试验,得出地基土的允许(容许)压力值。1962年,中国工程勘察大师张国霞等研制成功钎探试验设备,即轻型动力触探试验的设备,并将其应用于工程实践。

20世纪50年代平板载荷试验现场照片

胡庆昌总工曾嘱咐我说搞地基设计要胆大心细,还特别讲了民族文化宫的实例。“根据刨槽后验证结果,除西翼南部为粉砂外,其他均为细砂。又据施工完毕后的沉降观测结果,所有基础的下沉量都在许可的范围以内而且大部分都只有2cm左右,证明所采用的基本计算强度值是很安全的;这也说明北京砂类土的密实度按孔隙比的划分标准应该根据北京地区的实际情况重新统计求得,苏联127-55规范表3中所列数字只可作为一般性的指示来采用。”

民族文化宫

胡庆昌总工

北京地基设计规范的年表如下:

第一版,1961年的《北京市区建筑地基设计暂行办法》(1960-1961年间编制);

第二版,1971年的《北京市平原地区建筑地基设计规定》(1971年试行稿);

第三版,1986年的《北京市平原地区建筑地基基础设计规定》(一九八六年修订稿);

第四版,1992年的《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(DBJ01-501-1992);

第五版,2009年的《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(DBJ11-501-2009),笔者得到张在明院士和沈小克勘察大师提携,有幸参与了修订工作。

北京地基设计规范核心技术特色及工程实践

土力学与基础工程的基本理论与工程实践相结合,在解决地基基础实际工程问题的过程中,逐步形成了北京地基设计规范的核心技术特色——按变形控制与条件确定地基承载力以及地基基础协同作用原理与应用。

北京西苑饭店新楼工程是第一个中外合作设计的高层建筑,程懋堃大师当年是结构设计总负责人,在结构设计过程中根据国外建筑师的要求和当时结构设计水平,完成了很多对当时技术规范的创新和挑战,例如地基基础设计,考虑高层(23层)与裙房均采用天然地基方案并且高低层建筑之间不设永久沉降缝而改为沉降后浇带。不仅满足了建筑的要求、缩短了工期,而且整体抗震性能也提高了。该工程获得了全国首届优秀转自:建筑结构-公众号设计一等奖。

北京西苑饭店外景

程懋堃大师在办公室工作

北京新世纪饭店,北楼地上35层(高111m),南楼地上17层(高71m),地下部分南北楼及裙房连成一片,地下两层,基础深度为地面以下约15m,基础持力层为砂卵石层,局部为粗粉砂。南北楼高层均采用筏板基础,基础底板南楼为1m厚,北楼为1.1m厚。基础梁南楼为1m×3m,北楼为1.2m×3.5m,裙房采用独立柱基。高低层相连处不设沉降缝,采用下列措施解决不均匀沉降产生的不利影响:1)高低层之间设后浇施工缝,待高层主体完工后再浇灌;2)扩大高层部分的筏基面积,降低基底压力,北楼实际地基压力为475kPa,南楼为350kPa,而提高裙房单独柱基地基的承载力,按600kPa进行基础设计;3)裙房与高层相邻的柱基处设置0.5m×1.2m(南楼)及0.5m×1.5m(北楼)的基础拉梁。裙房其他部位的柱基由于地基比较好,不设基础拉梁,仅在地面混凝土垫层中沿柱网设计构造钢筋(参见基础平面)。该工程获得了全国第二届转自:建筑结构-公众号优秀设计一等奖。

北京新世纪饭店

北京新世纪饭店(基础平面)

北京CBD核心区Z15地块的中国尊大厦地基基础设计,在齐五辉总工的部署下,由岩土工程师与结构工程师共同组成设计团队,运用最新研究成果——基于差异变形协调与控制原理的高层与超高层建筑地基基础设计方法,采用PLAXIS 3D Foundation 和ZSOIL 2011数值分析软件,根据勘察报告、试桩报告、规范及地区经验选取合理的模型尺寸、模型参数所完成的精细建模与计算,作为结构设计依据,并且根据数值分析不断分析验证桩筏基础、调整方案,包括调整筏板厚度、取消所有抗拔桩、优化主塔楼基桩支承刚度(调整桩长与桩径),分析判断主塔楼筏板整体挠度值小于0.05%、主塔楼与裙楼之间差异沉降小于0.1%,因此施工图设计方案在超高层主塔楼与裙楼之间取消了沉降后浇带,实现了桩筏基础精益设计的创新。

中国尊基于差异沉降控制的桩筏基础设计

中国尊桩-土-结构协同作用计算分析模型

三十年之前,高低层建筑之间,北京西苑饭店首次取消了变形缝、优化为沉降后浇带,成功地解决了地基基础工程难题。三十年后,超高层主塔楼与裙楼之间,中国尊再一次率先优化取消了沉降后浇带,实现了新的设计创新。

结语

老前辈黄强先生在总结学习使用苏联48规范时曾告诫:“我们不应把它看作万灵丹来机械地使用。规范是做初步设计时用的,技术设计阶段应用力学试验结合上部结构来决定,而更不可少的是设计工程师的经验和他的理论基础,规范可以促使他们在考虑问题时更有根据而不应死板的套用。”

程总和袁总合作多年。袁总说“程总胆子大”,程总则讲“袁总是我的坚强后盾”,他们之间的战友情兄弟义,不仅令人难忘,而且最能体现出结构与岩土紧密合作。两位老总的言传身教,令晚辈受益匪浅。

程懋堃大师与袁炳麟大师

(摄于2013年春节)

“土木之工,根基岩土”与所有土木工程师共勉。

作者简介:孙宏伟,教授级高级工程师,注册土木工程师(岩土)。目前就职于北京市建筑设计研究院,从事复杂地质与工况条件的地基基础设计与咨询、超高层建筑桩筏基础设计与分析,专注于岩土与结构相互作用研究。《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》编委,全国民用建筑工程设计技术措施(2009版)地基与基础分册编委。国际土力学及岩土工程学会会员,场地地基抗震专业委员会委员。

本文摘自《转自:建筑结构-公众号》副刊《技术通讯》中的“老孙工程笔记之二:实践出真知——回顾结构与岩土相互支持与北京地基设计规范发展历程”一文。

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作者: ganggouren

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