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        房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)選型探討

        2016-12-05 11:04:48伍騰峰湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院湖南湘潭411100
        低碳世界 2016年22期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力設(shè)計(jì)

        伍騰峰(湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院,湖南 湘潭411100)

        房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)選型探討

        伍騰峰(湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院,湖南 湘潭411100)

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展,現(xiàn)今的房屋建筑需要滿足的功能要求日益增多,工程造價(jià)在很大程度上取決于設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,基礎(chǔ)工程建造造價(jià)占建筑總造價(jià)的15~25%,超高層建筑所占比例更高。因此,必須加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)注和重視,確?;A(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性,在保證安全的前提下,節(jié)約工程造價(jià)?;诖耍疚慕榻B了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要性及需要遵循的原則,分析了房屋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選型,并提出了在設(shè)計(jì)過程中需要注意的有關(guān)問題,以供參考。

        房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);基礎(chǔ)設(shè)計(jì);基礎(chǔ)選型

        1 引言

        建筑物的重量最終要通過基礎(chǔ)傳給地基,一個(gè)穩(wěn)固的地基和基礎(chǔ)是建筑物安全的基本要求,并且相對(duì)于上部結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)造價(jià)對(duì)建筑總造價(jià)的影響較大。因此,地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。而在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)充分利用地基本身的承載能力,選擇合理的基礎(chǔ)形式,才能在滿足建筑物安全的同時(shí)降低工程造價(jià)。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),提高地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的水平極具現(xiàn)實(shí)意義。

        2 影響建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素

        2.1 上部結(jié)構(gòu)的影響

        建筑的高度,上部結(jié)構(gòu)形式,墻體的厚度對(duì)于基礎(chǔ)的類型、埋深以及基底面積都有著十分重要的影響,其會(huì)導(dǎo)致房屋建筑荷載在基礎(chǔ)上分布特點(diǎn)的不同,隨后則會(huì)相應(yīng)的影響基礎(chǔ)沉降、穩(wěn)定性以及抗變形能力,所以,在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮。

        2.2 地質(zhì)條件的影響

        基礎(chǔ)的選型很大程度上取決于地質(zhì)條件,而地質(zhì)條件所涉及的范圍較廣,包含的因素也比較的復(fù)雜,其中影響較大的因素主要有以下幾個(gè):①土層的地基承載力,土層的地基承載力是能否選作基礎(chǔ)持力層的關(guān)鍵;②土層的分布均勻性問題,土層厚度在基礎(chǔ)范圍內(nèi)的不均勻分布將會(huì)造成不均勻沉降,嚴(yán)重者甚至危及建筑物安全;③地下水的分布情況,對(duì)于帶地下室建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必需考慮抗浮問題?;A(chǔ)設(shè)計(jì)中必需對(duì)地質(zhì)勘察資料進(jìn)行分析研究,才能做出安全合理的基礎(chǔ)方案。

        2.3 施工環(huán)境

        房屋建筑的施工環(huán)境主要指自然環(huán)境以及人工環(huán)境。自然環(huán)境則主要包含:建筑場(chǎng)地的地形情況,建筑場(chǎng)地所在地的是否存在凍融情況等。人工環(huán)境對(duì)于建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的影響則主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)工程在施工過程中,不能對(duì)周邊建筑物或居民產(chǎn)生過大影響。

        3 主要基礎(chǔ)型式

        在進(jìn)行房屋建筑基礎(chǔ)選型時(shí),由于影響的因素比較多,因此盡可能選擇具有較高整體性能,能夠滿足地基承載載力及允許變形要求的基礎(chǔ)形式,所選擇的基礎(chǔ)形式最好能夠?qū)Σ痪鶆虺两灯鸬揭欢ǖ恼{(diào)節(jié)作用。現(xiàn)階段,工程中主要采用的基礎(chǔ)形式有以下幾種:

        3.1 淺基礎(chǔ)

        淺基礎(chǔ)一般指基礎(chǔ)埋深3~5m,或者基礎(chǔ)埋深小于基礎(chǔ)寬度的基礎(chǔ),且只需排水,挖槽等普通施工即可建造的基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為墻下條基、柱下獨(dú)基、柱下條形基礎(chǔ)、柱下交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等。

        3.1.1 墻下條形基礎(chǔ)

        墻下條形基礎(chǔ)是在墻下沿墻走向設(shè)置的擴(kuò)展基礎(chǔ),能直接將上部墻體傳來的線荷載分散至地基。根據(jù)所采用材料不同,可分為剛性條基和鋼筋混凝土條基。墻下條基存在荷載傳遞直接簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

        3.1.2 獨(dú)立基礎(chǔ)

        獨(dú)立基礎(chǔ),多用于柱下,將柱傳來的上部荷載擴(kuò)散至其下地基。獨(dú)立基礎(chǔ)常用斷面形式有踏步形、錐形、杯形。材料通常采用鋼筋混凝土、素混凝土等。其特點(diǎn)在于傳力路徑明確,設(shè)計(jì)計(jì)算方法簡(jiǎn)單,施工簡(jiǎn)便,造價(jià)較低。

        3.1.3 柱下條形基礎(chǔ)及十字交叉基礎(chǔ)

        柱下條形基礎(chǔ)由于有較好的剛度,可以對(duì)不均勻沉降進(jìn)行有效的調(diào)整,所以通常在柱荷載較大或是地項(xiàng)穩(wěn)定性較差時(shí)采用,但柱距應(yīng)控制在六七米的距離,否則條形基礎(chǔ)的作用也會(huì)下降。十字交叉基礎(chǔ)盡管其空間剛度較大,但其造價(jià)并不太經(jīng)濟(jì),所以在使用過程中只有在條形基礎(chǔ)不能有效的滿足條件時(shí),才能考慮使用十字交叉基礎(chǔ)。交叉基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)類型見圖1。

        圖1 交叉基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)類型

        3.1.4 鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)

        鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)多用于地基承載力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),地基土質(zhì)不均勻,上部結(jié)構(gòu)荷載較大,同時(shí)基礎(chǔ)之間空隙不夠或是出現(xiàn)重疊時(shí),則均可以使用筏板基礎(chǔ),同時(shí)在地下室結(jié)構(gòu)中則需要使用筏板基礎(chǔ),而且可以充當(dāng)?shù)叵率业匕褰Y(jié)構(gòu)使用。筏板基礎(chǔ)主要見圖2。

        圖2 筏板基礎(chǔ)

        3.1.5 鋼筋混凝土箱形基礎(chǔ)

        箱形基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土的底板、頂板和若干縱橫墻組成的,形成中空箱體的整體結(jié)構(gòu),共同來承受上部結(jié)構(gòu)的荷載(如圖3所示)。箱形基礎(chǔ)整體空間剛度大,對(duì)抵抗地基的不均勻沉降有利,一般適用于高層建筑或在軟弱地基上造的上部荷載較大的建筑物。當(dāng)基礎(chǔ)的中空部分尺寸較大時(shí),可用作地下室。

        圖3 箱形基礎(chǔ)

        3.2 樁基礎(chǔ)

        樁基礎(chǔ)由基樁和連接于樁頂?shù)某信_(tái)共同組成。樁基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)是:通過承臺(tái)將上部荷載傳給基樁,再由基樁傳至樁周土體及樁底土層(巖層)。根據(jù)受力原理大致可分為摩擦樁和端承樁。

        樁基礎(chǔ)優(yōu)點(diǎn)為:①沉降量??;②承載力較高;③抗地震性能好等。其缺點(diǎn)在于:①造價(jià)高;②施工較淺基礎(chǔ)復(fù)雜;③施工工期較長(zhǎng)。

        4 基礎(chǔ)選型及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        4.1 多層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        多層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于上部荷載較小。故在地質(zhì)條件允許的前提下,宜盡量考慮淺基礎(chǔ)形式。

        4.1.1 多層砌體基礎(chǔ)選型

        多層砌體一般采用墻下條形基礎(chǔ),在層數(shù)不高的時(shí),可采用剛性條形基礎(chǔ),以節(jié)約成本。

        如地質(zhì)條件限制,不能采用天然地基上條形基礎(chǔ)時(shí),宜優(yōu)先考慮地基處理滿足承載力要求的條形基礎(chǔ)。如淺層土層承載力較低(fa≤60kPa),且不適合做地基處理時(shí),考慮采用墻下樁基礎(chǔ)。

        4.1.2 多層框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        多層框架結(jié)構(gòu)一般宜采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。如持力層承載力較低時(shí),可考慮柱下條形基礎(chǔ)及十字交叉基礎(chǔ)。如多層框架結(jié)構(gòu)帶地下室,宜采用柱下獨(dú)基加防水板的做法。如地質(zhì)條件較為復(fù)雜,亦可采用整體性較好的筏板基礎(chǔ)。

        持力層埋深較大,如采用淺基礎(chǔ)開挖土方量較大時(shí),宜采用樁基礎(chǔ)形式。

        4.2 高層基礎(chǔ)選型

        多層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要有:①建筑傳至基礎(chǔ)的荷載較大;②高層建筑對(duì)基礎(chǔ)埋深要求較大,一般帶地下室,需考慮整體和局部抗??;③高層建筑中主樓和裙房的荷載差距較為懸殊,容易引起不均勻沉降。這就需要在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定的允許值來控制基礎(chǔ)總沉降量和差異沉降量。

        在上部土層承載力較高時(shí),宜采用天然地基上筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。如土層承載力不夠或沉降量較大,亦可在筏板或箱形基礎(chǔ)下進(jìn)行地基處理,做成復(fù)合地基以滿足承載力和沉降量要求。

        如持力層埋深較大,可采用樁基礎(chǔ)加防水板做法來滿足承載力、沉降和抗浮的要求。

        對(duì)于超高層建筑,則一般采用樁筏基礎(chǔ)或樁箱基礎(chǔ),以便支承上部荷載和滿足沉降量的要求。

        5 基礎(chǔ)選型案例分析

        工程概況:某高層建筑主樓15層,裙房為4層(主樓、裙房均采用框架結(jié)構(gòu)),總建筑面積20000余平方米,帶一層地下室,地下室底板以下為粉質(zhì)粘土層(fa=220kPa),抗浮水頭2.5m。

        初步設(shè)計(jì)基礎(chǔ)方案為:主樓采用預(yù)制管樁加防水板,裙房采用獨(dú)基加防水板。

        經(jīng)計(jì)算,承載力滿足要求,主樓和裙房間沉降差不滿足要求,設(shè)沉降后澆帶加以處理。

        優(yōu)化實(shí)施方案:主樓與裙房均采用平筏板基礎(chǔ),主樓筏板厚700mm,裙房筏板厚400mm。

        經(jīng)計(jì)算,承載力滿足要求,筏板厚度滿足柱沖切要求,主樓和裙房間沉降差不滿足要求,設(shè)沉降后澆帶加以處理。

        將優(yōu)化實(shí)施方案與初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比,僅基礎(chǔ)工程一項(xiàng)節(jié)約造價(jià)300余萬元,節(jié)約工期30d左右。

        6 結(jié)語

        總而言之,基礎(chǔ)工程對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的造價(jià)和工期影響較大。而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前期階段的基礎(chǔ)選型是控制基礎(chǔ)工程造價(jià)和施工工期的重點(diǎn)。本文對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)選型問題進(jìn)行了探討,得到以下結(jié)論:

        (1)基礎(chǔ)選型中應(yīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件和施工現(xiàn)場(chǎng)條件等因素。

        (2)基礎(chǔ)選型宜優(yōu)先考慮淺基礎(chǔ)。如持力層(fa≥60kPa時(shí))承載力不滿足要求時(shí),可考慮復(fù)合地基上淺基礎(chǔ)。

        (3)基礎(chǔ)選型宜以沉降作為設(shè)計(jì)控制條件。

        (4)帶地下室建筑基礎(chǔ)選型時(shí),應(yīng)考慮地下室抗浮問題的影響。

        [1]徐 忠.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的探討[J].工業(yè)b,2016(1):135.

        [2]張 翔.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的探討[J].建筑·建材·裝飾,2015(13):44.

        [3]王琪一,褚廣平.探討房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015(9):96.

        TU318

        A

        2095-2066(2016)22-0161-02

        2016-7-16

        伍騰峰(1981-),男,工程師,碩士,主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),巖土設(shè)計(jì)等工作。

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