付珊

摘 要：近年來我國城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，這也使高層建筑不斷興起。在高層建筑建設(shè)過程中，由于其基礎(chǔ)作為高層建筑結(jié)構(gòu)體系中非常重要的組成部分，因此在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)考慮地基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形要求，同時(shí)還要針對上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的共同作用進(jìn)行綜合考慮，確?；A(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：高層建筑；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)選型；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號：TU972 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0112-02

前言

高層建筑由于自身高度較大，層數(shù)較多，其豎向荷載十分大，這也導(dǎo)致在風(fēng)荷載及地震荷載作用下高層建筑的傾覆力矩會成倍增長，這就對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要提供更好的豎直和水平承載力，同時(shí)沉降和傾斜也要控制在允許的范圍內(nèi)，這樣才能有效的保證建筑物具有較好的穩(wěn)定性。因此對于高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅要掌握具體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，同時(shí)還要努力提高設(shè)計(jì)水平，以此來確保高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。

1 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論

1.1 上部結(jié)構(gòu)的剛度對基礎(chǔ)受力狀況的影響

上部結(jié)構(gòu)作為高層建筑的主要組成部分，上部結(jié)構(gòu)的剛度直接關(guān)系到基礎(chǔ)的受力狀況。如果上部結(jié)構(gòu)為絕對剛度情況下時(shí)，當(dāng)?shù)鼗霈F(xiàn)變形現(xiàn)象時(shí)，其各豎向構(gòu)件會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，下沉?xí)r具有較好的均勻性。針對于這種情況下，在具體設(shè)計(jì)過程中，如果忽略豎向構(gòu)件抗轉(zhuǎn)運(yùn)能力，基礎(chǔ)梁的不動(dòng)鉸支座的作用可以由豎向構(gòu)件支座來替代，將二者等同，這樣基礎(chǔ)梁則等同于倒置的連續(xù)梁，出現(xiàn)整體彎曲的可能性幾乎沒有，但會有局部彎曲現(xiàn)象產(chǎn)生。假設(shè)上部結(jié)構(gòu)為絕對柔性，在這種情況下上部結(jié)構(gòu)沒有約束力作用于基礎(chǔ)，一旦基礎(chǔ)梁出現(xiàn)局部彎曲，勢必會導(dǎo)致整體彎曲情況發(fā)生。對于上部絕對剛性或是上部絕對柔性情況下，基礎(chǔ)梁無論是在內(nèi)力大小或者是在內(nèi)力分布方面都會存在一定的差異。在實(shí)踐損傷過程中，結(jié)構(gòu)物多處于這兩種情況之間，具體需要依靠計(jì)算軟件來對其整體剛度進(jìn)行分析。因此在具體高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可以適當(dāng)?shù)卦黾由喜拷Y(jié)構(gòu)的剛度，但這需要在地基、基礎(chǔ)和荷載等條件不變的情況下進(jìn)行，這樣基礎(chǔ)的相對撓曲和內(nèi)力則會相應(yīng)減少，上部結(jié)構(gòu)自身內(nèi)力得以增加。

1.2 地基條件對基礎(chǔ)受力狀況的影響

基礎(chǔ)受力狀況還會受到地基條件的影響，這種影響多來自于地基土的壓縮性和分布的均勻性。當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較好，不具有可壓縮性時(shí)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)整體彎曲現(xiàn)象也不會發(fā)生，即使發(fā)生局部彎曲，但這種情況出現(xiàn)的機(jī)率也不大，這種情況下下部結(jié)構(gòu)也不會有次應(yīng)力產(chǎn)生。但在實(shí)際高層建筑建設(shè)過程中，地基土完全處于不可壓縮狀態(tài)的情況幾乎不存在，地基土多少會存在可壓縮性，并存在分布不均勻性，因此基礎(chǔ)彎矩的分布也存在較大的差異。這種情況下，基礎(chǔ)與地基界面處會產(chǎn)生不同程度的摩擦，但基于土自身的強(qiáng)度來講，基礎(chǔ)與地基界面之間摩擦?xí)r產(chǎn)生的摩擦力較小，這種摩擦力會處于土的抗剪強(qiáng)度以下。在地基土孔隙水壓力出現(xiàn)變化時(shí)，必然也會導(dǎo)致壓縮時(shí)摩擦力的大小和分布情況的改變。而且界面并不簡單的受來自于基礎(chǔ)的影響，外荷載、基礎(chǔ)柔度和土蠕變也會對界面情況帶來一定的影響，在估計(jì)對界面摩擦影響情況時(shí)，需要針對完全光滑至完全粘著這兩種極端情況來進(jìn)行考慮。

1.3 上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基共同作用的概念及分析方法

在高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要明確上部結(jié)構(gòu)、地基和基礎(chǔ)三者之間的不可分性，這三者作為一個(gè)整體，其連接點(diǎn)和接觸點(diǎn)都需要滿足變形協(xié)調(diào)的條件，這樣才能更準(zhǔn)確的對整個(gè)系統(tǒng)的變形和內(nèi)力進(jìn)行求解。在高層建筑中，由于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)多是由梁和板共同組成，因此要想建立上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度矩陣，則能夠采取的分析方法較多，如有限單元法、有限條法、有限差分法和解析方法等，同時(shí)還要依托于變形協(xié)調(diào)條件，將其與地基的剛度矩陣有效的耦合起來。當(dāng)前地基可以根據(jù)實(shí)際情況來選擇具體的地基模型，并建立地基剛度矩陣。

2 高層建筑基礎(chǔ)選型工作

2.1 高層建筑基礎(chǔ)選型的影響因素

在進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)選型過程中，其影響主要來自于高層建筑上部結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、周圍環(huán)境及高基礎(chǔ)樁種類等幾個(gè)方面。對于高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來講，上部結(jié)構(gòu)直接影響到高層建筑基礎(chǔ)的類型、深度和浮力等參數(shù)，不同的上部結(jié)構(gòu)會對高層建筑基礎(chǔ)荷載的大小和分布帶來不同的影響，在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要設(shè)計(jì)人員要給予充分的重視。而且在具體設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)高層建筑上部結(jié)構(gòu)及地下室種類和形狀不同時(shí)，其所產(chǎn)生的沉降幅度和變形幅度也會存在差異，進(jìn)而對高層建筑的基礎(chǔ)選型帶來較大的影響。對于地質(zhì)條件對高層建筑基礎(chǔ)選型所帶來的影響，可以從兩方面入手分析。其一，考慮來自于地基持力層所帶來的影響，由于持力層需要承擔(dān)高層建筑的基礎(chǔ)荷載，因此在高層建筑基礎(chǔ)選型時(shí)需要以持力層承載能力大小和壓縮變化幅度為依據(jù)。其二要考慮穿越土層的基本狀況，即所選的高層建筑基礎(chǔ)類型來綜合考慮土層中地下水和樁基穿越能力的實(shí)際情況，這樣才能選擇出適宜的基礎(chǔ)類型。高層建筑基礎(chǔ)類型還會受到來自于施工中空間因素的影響，因此在具體選型時(shí)要選擇利于施工及具有較好穩(wěn)定性的基礎(chǔ)類型。由于高層建筑基礎(chǔ)樁基的入土和擠土過程中會產(chǎn)生擠土效益，并對周邊建筑和地下管網(wǎng)帶來較大的影響，因此在選型時(shí)盡量選擇擠土效應(yīng)最小的樁基形式。而且基礎(chǔ)樁種類不同時(shí)，其尺寸也會存在差異，因此基礎(chǔ)樁的類型和規(guī)格要根據(jù)持力層特性、安全性要求及高層建筑負(fù)荷等方面進(jìn)行具體的考慮。另外，還要考慮施工工期這一因素，需要在保證高層建筑基礎(chǔ)施工速度、施工質(zhì)量和施工效益的基礎(chǔ)上來選擇適宜的基礎(chǔ)類型，以此來確保高層建筑基礎(chǔ)的持續(xù)性、穩(wěn)定性和安全性，全面兼顧到高層建筑的總體價(jià)值。

2.2 高層建筑基礎(chǔ)選型的基本原則

在進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)選型過程中，需要遵循多樣性、經(jīng)濟(jì)性和總體優(yōu)化等原則。即在高層建筑基礎(chǔ)選型過程中，要求設(shè)計(jì)人員要對各種高層建筑基礎(chǔ)類型進(jìn)行掌握，并從中選擇具有較高社會和綜合價(jià)值的基礎(chǔ)類型。在具體基礎(chǔ)選型過程中還要考慮到成本和施工進(jìn)度，以此來確保達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。endprint

3 做好高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的要點(diǎn)分析

3.1 框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)高層建筑框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)過程中，基礎(chǔ)盡可能的以柔為主，但當(dāng)?shù)鼗撂幱诟邏嚎s性情況下時(shí)，基礎(chǔ)在偏向于剛。當(dāng)采用樁基時(shí)，可以采用變剛度布樁的方式，以此來對地基或是樁基的豎向支承剛度進(jìn)行調(diào)整，盡可能的降低產(chǎn)生的差異沉降，確?；A(chǔ)或是承臺內(nèi)力的減小。

3.2 箱（筏）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

在高層建設(shè)箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，需要針對于上部結(jié)構(gòu)參與工作時(shí)箱基整體彎曲應(yīng)力的降低，具體設(shè)計(jì)時(shí)宜采用共同作用分析法來進(jìn)行具體的計(jì)算，確保計(jì)算出來的整體彎曲箱基底板鋼筋應(yīng)力與實(shí)際情況具有較好的相符性。特別是在共同作用下，上部結(jié)構(gòu)下面幾層邊柱會出現(xiàn)較大的內(nèi)力，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要注意邊柱邊墻內(nèi)力的提高。

3.3 樁箱（筏）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

荷載多會分布在高層建筑樁箱基礎(chǔ)上，因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)宜采用變剛度布樁的方式，以此來對樁基豎向支承剛度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對樁頂反力分布的調(diào)整。同時(shí)還要重視箱底樁間土的承載力，通過適當(dāng)增加基礎(chǔ)中部樁的間距，利用樁間土來適當(dāng)?shù)姆謸?dān)一部分上部荷載。對于上部結(jié)構(gòu)采用剪力墻的情況，要沿剪力墻進(jìn)行柱布置，以此來盡可能地減小底板的厚度。

4 對高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的建議

在高層建筑整體設(shè)計(jì)過程中，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作為其中非常關(guān)鍵的一個(gè)組成部分，在具體設(shè)計(jì)過程中要依托于整體建筑，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與上部關(guān)系進(jìn)行充分考慮，并通過各種假定條件，綜合考慮基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中相關(guān)的影響因素，并采取有效的措施來提高基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，盡可能的減少設(shè)計(jì)中的誤差，全面提升高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在具體進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，需要基于結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)來開展設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對基礎(chǔ)的柔性和剛度進(jìn)行考慮，以此來減少沉降發(fā)生，提高高層建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和可靠性，從而達(dá)到較好的設(shè)計(jì)效果。

5 結(jié)束語

對于高層建筑來講，其主要由上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基等三部分構(gòu)建成為一個(gè)完整的體系，而且三個(gè)部分相互依托，相互作用。因此在高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要對上部結(jié)構(gòu)剛度、地基條件和基礎(chǔ)受力等所帶來的影響進(jìn)行充分考慮，并在此基礎(chǔ)上來選擇適宜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，依托于相關(guān)理論來完成地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，盡可能的減少基礎(chǔ)內(nèi)力和沉降，確?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，這對于整個(gè)工程項(xiàng)目的順利實(shí)施具有極為重要的意義。

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