黃曉亮

摘 要：當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)取得了較快的發(fā)展，這也加快了城市化建設(shè)的進(jìn)程，隨著城市人口數(shù)量的增加，城市用地較為緊張，在這種情況下，高層及超高層建筑成為城市的主要建筑形式。在當(dāng)前高層建筑建設(shè)過程中，需要做好基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，以此來確?；A(chǔ)本身的強(qiáng)度和剛度，確保高層建筑工程的整體質(zhì)量。

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

中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（b）-0143-02

近年來高層建筑在城市中較為普遍，高層建筑基礎(chǔ)作為其結(jié)構(gòu)體系中非常重要的組成部分，越來越被業(yè)內(nèi)人士所重視。因此在當(dāng)前的高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要重視其強(qiáng)度和剛度，確?；A(chǔ)的穩(wěn)定性和具有較好的抗變形能力，在具體設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基進(jìn)行綜合考慮，全面提高基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性。

1 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)影響因素

1.1 上部結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)基礎(chǔ)受力的影響

當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為絕對(duì)剛性時(shí)，一旦地基變形，則各豎向構(gòu)件就會(huì)均勻下沉。這其中在忽視豎向構(gòu)件端部抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力的情況下，可以將豎向構(gòu)件支座視為基礎(chǔ)梁的不動(dòng)鉸支座，可以將基礎(chǔ)梁視為倒置的連續(xù)梁，以基底分布反力作為外荷載，有局部彎曲產(chǎn)生。假設(shè)上部結(jié)構(gòu)為絕對(duì)柔性情況下，對(duì)基礎(chǔ)變形則無約束作用，在基礎(chǔ)梁產(chǎn)生局部彎曲的同時(shí)，還要承受較大的整體彎曲。在這兩種情況下，基礎(chǔ)梁的內(nèi)力分布形式和大小具有較大的差異性。在實(shí)際高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，實(shí)際結(jié)構(gòu)物通常會(huì)介于這兩種情況之間，對(duì)于整個(gè)剛度考慮時(shí)需要依靠計(jì)算軟件進(jìn)行分析。在保證地基、基礎(chǔ)和荷載條件不變的情況下，通過增加上部結(jié)構(gòu)的剛度會(huì)減少基礎(chǔ)的相對(duì)撓曲和內(nèi)力，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)自身內(nèi)力增加。

1.2 基礎(chǔ)剛度對(duì)基底反力分布的影響

對(duì)于絕對(duì)柔性基礎(chǔ)，當(dāng)忽視上部結(jié)構(gòu)剛度的情況下，荷載傳遞無擴(kuò)散作用，這種情況下就等同于荷載直接作用在地基上，反力分布與荷載大小相等，但方向呈現(xiàn)相反性。荷載較為均勻時(shí)，基礎(chǔ)呈現(xiàn)出盆形沉降，要想達(dá)到基礎(chǔ)沉降的均勻分布，則需要確保荷載從中部向兩端不斷增大，使其呈現(xiàn)也不均勻狀況。對(duì)于絕對(duì)剛性基礎(chǔ)，由于其迫使地基均勻沉降，但對(duì)于土中塑性區(qū)域，反力首先出現(xiàn)在邊緣處，反力會(huì)減小并向中部轉(zhuǎn)移，形成馬鞍形分布。對(duì)于基底反力的分面，其與基礎(chǔ)剛度具有較為密切的關(guān)系，同時(shí)還與土的類別、土變形特性、荷載大小與分布、土的固結(jié)與蠕變特性、基礎(chǔ)埋深和形態(tài)等諸多因素存在一定的關(guān)系。基底反力分布可以分為3種類型，具體如下。

（1）當(dāng)基底面積較大而且具有一定埋深、荷載不大，同時(shí)地基處于線性變形階段的情況下，則基底反力圖以馬鞍形為主，在堅(jiān)硬地基土情況下，邊緣位置多為反力最大值出現(xiàn)的位置。

（2）對(duì)于砂土地基上的一些小型基礎(chǔ)，埋深淺及荷載大，而且臨近基礎(chǔ)邊緣的塑性區(qū)呈現(xiàn)出逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)，這部分地基土荷載在卸除時(shí)必然會(huì)向基底中部的土體進(jìn)行轉(zhuǎn)移，這必然會(huì)增加中部基底的反力，使其呈現(xiàn)出拋物線形。

（3）當(dāng)荷載大至致使地基接近到整體破壞的情況下，反力則向中部集中并呈現(xiàn)出鐘形，這種情況下，如果兩端存在較大的地面堆載或是相鄰建筑影響的情況下，也會(huì)出現(xiàn)鐘形反力分布。

1.3 地基條件對(duì)基礎(chǔ)受力的影響

地基土的壓縮性和分布的均勻性直接關(guān)系到基礎(chǔ)受力狀況。對(duì)于不可壓縮的地基土，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不會(huì)有整體彎曲現(xiàn)象產(chǎn)生，而且局部彎曲相對(duì)也較小，在不均勻沉降產(chǎn)生時(shí)，上部結(jié)構(gòu)也不會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力。只有當(dāng)?shù)鼗辆哂幸欢蓧嚎s性且分布不均勻的情況下，由于基礎(chǔ)彎矩分布截然不同，上部結(jié)構(gòu)在不均勻沉降下會(huì)產(chǎn)生次應(yīng)力。同時(shí)基礎(chǔ)與地基界面處還會(huì)有摩擦特性顯示出來，但基于土強(qiáng)度有限，因此所產(chǎn)生的摩擦力也相對(duì)有限，不會(huì)超出土的抗剪強(qiáng)度。另外，當(dāng)孔隙水壓力發(fā)生變化時(shí)，極易對(duì)壓縮過程中摩擦力大小和分布帶來一定的改變。

2 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 基礎(chǔ)方案選擇

在高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要嚴(yán)格按照工程地質(zhì)條件，并考慮施工條件及相鄰建筑物的影響，通過對(duì)上部結(jié)構(gòu)類型和荷載分布進(jìn)行具體分析，以此來確?；A(chǔ)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性和合理性。在具體設(shè)計(jì)過程中，為了能夠更大限度地發(fā)揮出地基的潛力，則需要驗(yàn)算地基變形。而且在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，還需要以詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告作為依據(jù)，必要時(shí)還可以參考臨近建筑資料和現(xiàn)場(chǎng)勘察報(bào)告。

2.2 基礎(chǔ)的埋深

高層建筑其垂直高度較大，這也要求其基礎(chǔ)要具備一定的埋深，在計(jì)算埋置深度時(shí)，需要從室外地坪算至基礎(chǔ)底面。獨(dú)立的高層建筑的基礎(chǔ)埋深容易確定。但當(dāng)前高層建筑建設(shè)過程中，多是與地下車庫相連，針對(duì)于采用筏板基礎(chǔ)或是設(shè)有防水底板獨(dú)立基礎(chǔ)的地下車庫基礎(chǔ)，在確定高層建筑基礎(chǔ)埋深時(shí)，也可以將室外地坪作為起始點(diǎn)，同時(shí)高層建筑地下室頂板和地下車庫頂板設(shè)計(jì)時(shí)要按照嵌固層要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，地下車庫要具備足夠的側(cè)向剛度，如果無法滿足以上條件時(shí)，高層建筑基礎(chǔ)埋深則需要以地下車庫地面作為起始點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。在具體對(duì)埋置深度進(jìn)行確定時(shí)，要對(duì)建筑物高度、體型、地基土質(zhì)、抗震設(shè)防烈度等諸多因素進(jìn)行考慮，埋置深度計(jì)算時(shí)要從室外地坪至基礎(chǔ)底面，而且要與下列要求相符：其一，對(duì)于天然地基或是復(fù)合地基則要求取房屋高度的1/15；對(duì)于樁基礎(chǔ)，可以取房屋高度的1/18。對(duì)于采用巖石基礎(chǔ)的建筑物，在其滿足要地基承載力和穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)埋深不必受上限兩點(diǎn)限制，對(duì)于可能產(chǎn)生滑移的地基則要求采取抗滑移措施。

2.3 嵌固端設(shè)置

當(dāng)前高層建筑建設(shè)過程中，通常情況下都是會(huì)帶有人防和地下室，所以嵌固端一般設(shè)置在人防頂板或地下室頂板等位置。在這個(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了如結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性以及嵌固端樓板的設(shè)計(jì)等由嵌固端的設(shè)置而帶來的一系列需要注意的問題。這其中如果忽視其中任何一個(gè)方面，那么其必然會(huì)對(duì)后期設(shè)計(jì)工作帶來嚴(yán)重的影響，無法有效地保證高層建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。

2.4 軸向形變

由于低層建筑結(jié)構(gòu)其軸力項(xiàng)影響較小，因此在設(shè)計(jì)時(shí)只需要考慮彎矩項(xiàng)即可，而不需要考慮剪切項(xiàng)。但高層建筑結(jié)構(gòu)則不同，其不僅層數(shù)較多而且垂直高度大，軸力值相對(duì)也較大，隨著高度積累，其軸向變形也較為顯著，這必然會(huì)造成高層建筑結(jié)構(gòu)分布與內(nèi)力數(shù)值發(fā)生較大的變化。因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要考慮軸向變形所帶來的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)完成后，結(jié)構(gòu)所受到的豎向荷載通常都是逐層施加，即在施工過程中軸向壓縮變形即已分階段完成。因此在考慮軸向變形的分層施加豎向荷載這一因素時(shí)，不能按一次加載，這樣會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的不合理性。另外，當(dāng)樓層逐漸增加時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形也會(huì)在水平荷載的作用下快速增大。

3 結(jié)語

當(dāng)前高層建筑已成為城市的主要建筑形式，人們對(duì)高層建筑的質(zhì)量越來越重視。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要確保其設(shè)計(jì)的合理性，這是確保高層建筑質(zhì)量的關(guān)鍵所在。因此需要努力提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的整體水平，使其在具體設(shè)計(jì)過程中能夠高效地利用上部結(jié)構(gòu)剛度和地基條件，并通過選取合理的基礎(chǔ)形式，同時(shí)各方在項(xiàng)目實(shí)施過程中緊密配合，以此來全面提高高層建筑的質(zhì)量，更好地推動(dòng)建筑行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。

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