陳礎(chǔ)

（廣州珠江外資建筑設(shè)計(jì)院有限公司）

1 引言

如今時(shí)代的進(jìn)步，和人們生活水平的提高，建筑行業(yè)有著顯著的發(fā)展。我國(guó)的高層住宅建筑已經(jīng)越來(lái)越多，高層住宅建筑的建造也備受人們關(guān)注。高層住宅建筑的高度高、樓層多，施工時(shí)的面積也較小，這些特點(diǎn)使得它在施工時(shí)隨著樓層越建越高，地基要承受的壓力也越來(lái)越大，進(jìn)而導(dǎo)致施工的難度逐漸地增大。所以就必須要嚴(yán)格的對(duì)高層住宅建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行把控，以確保高層住宅的地基部分不會(huì)發(fā)生坍塌和建筑結(jié)構(gòu)沉降等事故。

作為建筑工程，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是最為基礎(chǔ)的部分，下層基礎(chǔ)與上層建筑有著直接的聯(lián)系和影響。高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全性與其所在的環(huán)境因素也有極大的關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)時(shí)也要把環(huán)境因素的影響充分的考慮進(jìn)去。

2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論

高層住宅建筑的上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)以及建筑的地基結(jié)構(gòu)構(gòu)成了有著共同作用的系統(tǒng)。但因?yàn)槿鄙儆?jì)算手段以及技術(shù)水平較低，使得在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期，為使得計(jì)算更為簡(jiǎn)便，便將這3個(gè)部分的相互作用給切斷了，把上部結(jié)構(gòu)與接觸當(dāng)做2個(gè)獨(dú)立的部分來(lái)進(jìn)行計(jì)算，即純粹的將基礎(chǔ)當(dāng)做上部結(jié)構(gòu)的一個(gè)底座，經(jīng)過計(jì)算得到上部結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)連接點(diǎn)處作用的反力，再將反力作用在彈性地基的前提下來(lái)計(jì)算得到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。雖然這樣做可以使得計(jì)算變得簡(jiǎn)單一些，卻忽略了上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的產(chǎn)生的共同作用，使得上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有限制的作用被忽略了，這樣的受力計(jì)算并未將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)際黨的不均勻沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的次應(yīng)力計(jì)算在內(nèi)，導(dǎo)致在一些部位上預(yù)估低了上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力大小，使得以上結(jié)果缺乏可靠性；或者使得基礎(chǔ)彎矩太大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)過于保守了。

2.1 上部結(jié)構(gòu)的剛度的影響

若是上部結(jié)構(gòu)是絕對(duì)剛度，出現(xiàn)地基變形之后，豎向構(gòu)件只可能出現(xiàn)均勻下沉的現(xiàn)象，若是忽略不計(jì)豎向構(gòu)件的抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力，則它的支座能夠看成是基礎(chǔ)梁的不動(dòng)鉸支座，就是基礎(chǔ)梁像將連續(xù)梁進(jìn)行倒置，不會(huì)發(fā)生整體性的彎曲，但是會(huì)把基底作用的反力作為外加荷載，發(fā)生局部彎曲的現(xiàn)象。若上部結(jié)構(gòu)為絕對(duì)柔性，則這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)于地基變形不會(huì)有一點(diǎn)約束，導(dǎo)致基礎(chǔ)梁在發(fā)生局部性的彎曲時(shí)也受到較強(qiáng)的整體性的彎曲。以上所述的兩種基礎(chǔ)梁內(nèi)力大小以及分布狀態(tài)有較不小的差異。而工程上結(jié)構(gòu)實(shí)際是介于上述兩類情況之間，必須利用計(jì)算分析軟件對(duì)整體剛度的變化進(jìn)行充分的考慮。在確?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)、地基和載荷條件恒定的前提下，上部結(jié)構(gòu)的剛度變大，基礎(chǔ)的應(yīng)力和相對(duì)撓曲則減少，與此同時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變大。

2.2 地基條件造成的影響

上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的受力是由所在區(qū)域的地基土的均勻性和可壓縮性決定，若是工程的施工處的地基土并不能壓縮的時(shí)候，例如該區(qū)域在巖石層上，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不會(huì)有整體性的彎曲，而且有且僅有極弱的局部性的彎曲，這樣上層結(jié)構(gòu)就不可能由于不均勻的沉降而導(dǎo)致次應(yīng)力的發(fā)生。但實(shí)際的施工場(chǎng)地的地基土大多數(shù)是可以被壓縮的，并且大都是不均勻的分布，如此便會(huì)使得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)各個(gè)區(qū)域的彎矩分布完全不同，地基和基礎(chǔ)的接觸部分也有可能發(fā)生摩擦。由于有土層自身的強(qiáng)度不高，能夠提供的摩擦力比較小，通常不大于土層的抗剪強(qiáng)度。此外，摩擦力也有可能被孔隙水壓力影響。此外，比如土壤的蠕變、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的相對(duì)柔度以及外荷載的分布情況都會(huì)給界面條件造成影響。所以對(duì)于摩擦給界面造成影響的預(yù)估，應(yīng)由完全的光滑至完全的黏著來(lái)進(jìn)行，避免出現(xiàn)大的錯(cuò)誤。

2.3 高層住宅建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)、地基共同作用的分析

上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基三者組成一個(gè)整體，計(jì)算分析高層建筑的受力情況就必須要考慮這三者的共同作用。在接觸點(diǎn)和連接點(diǎn)都符合變形協(xié)調(diào)的前提下，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)力和變形進(jìn)行求解。在分析它們?nèi)吖餐饔玫倪^程中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)一般是梁和板構(gòu)成的，可以利用有限單元法、有限條法和有限差分法來(lái)對(duì)它們進(jìn)行剛度矩陣的構(gòu)建，并把變性協(xié)調(diào)條件和剛度矩陣耦合起來(lái)。地基施工時(shí)第一步必須選擇正確的地基模型，目前來(lái)說(shuō)，通常說(shuō)的地基模型有三種：線彈性、彈塑和非線彈性地基模型。再采用上述的三種方法進(jìn)行地基剛度矩陣的構(gòu)建。但實(shí)際工程上，如今多數(shù)用的是結(jié)構(gòu)力學(xué)的辦法進(jìn)行地基柔度矩陣的建立，再計(jì)算求其逆矩陣來(lái)獲得剛度矩陣，最后用計(jì)算得到的剛度矩陣和上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度矩陣進(jìn)行耦合，得到沉降與作用的反力。在那三者共同作用的分析過程中，也能夠一同對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)實(shí)際的剛度進(jìn)行分析，把施工工程產(chǎn)生的影響也充分的考慮到，再把結(jié)構(gòu)荷載與剛度形成兩者先分開考慮再共同進(jìn)行分析。

3 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的問題

3.1 保證荷載可以可靠地傳遞

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)需要有夠大的強(qiáng)度與剛度，以保證可以將高層建筑的上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)頂面施加的水平和豎向荷載以及力矩傳導(dǎo)至地基土層。

3.2 減少不均勻的沉降

基礎(chǔ)是夾在地基土層和上層結(jié)構(gòu)中間的結(jié)構(gòu)，其大小、剛度和平面上的分布，對(duì)緩解局部或整體性的彎曲與不均勻沉降有著很大的影響。例如：若是條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)無(wú)法符合承載力和變形的標(biāo)準(zhǔn)或若是建筑需要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)不均勻沉降進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)可以換用筏形基礎(chǔ)。若是地基土較為均勻，筏形基礎(chǔ)基底平面的形心應(yīng)該和上部結(jié)構(gòu)的豎向永久荷載的重心相重合。圖1是筏形基礎(chǔ)的一般形式。

圖1 筏形基礎(chǔ)的一般形式

3.3 強(qiáng)化健全高層住宅建筑結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)

建立起一個(gè)好的建筑結(jié)構(gòu)體系是建筑工程中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以在實(shí)際工程中，一個(gè)合理完整的高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系的建立可以很大限度的避免諸多被忽略的施工問題。一般來(lái)說(shuō)，若是有好的建筑結(jié)構(gòu)體系，高層建筑就能夠適應(yīng)一直在改變的豎向壓力造成的影響。但因?yàn)閷?shí)際生活中承重墻的分布雜亂以及其他諸多的問題，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)體系還必須要去不斷地強(qiáng)化健全。

4 案例分析

4.1 案例描述

廣東的某高層住宅建筑由4棟塔樓組成，地上25層的樓層，地下有兩層?？傮w的建筑面積大約是42311m2，塔樓的高度全部是79.20m。本次施工建筑的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用壽命約50年，基本的風(fēng)壓0.50kN/m。

4.2 方案設(shè)計(jì)

本工程的塔樓高79.2m，與以前的施工經(jīng)驗(yàn)和建筑專業(yè)對(duì)內(nèi)部空間與戶型布局的標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，采用剪力墻結(jié)構(gòu)。構(gòu)件的精細(xì)化設(shè)計(jì)除了匯總在最近這些年的眾多房地產(chǎn)工程中已成功的執(zhí)行以及應(yīng)用的全面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的統(tǒng)一辦法之外，與本工程實(shí)際的情況相適應(yīng)，還添加了更加詳細(xì)的構(gòu)件設(shè)計(jì)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)。

（1）按照《混凝土規(guī)》的11.3.6條規(guī)定，三級(jí)抗震箍筋加密區(qū)的最大間距為min{8d，h/4，150}。按照這條規(guī)定，500和500梁高，在符合計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，加密區(qū)箍筋的最大間距取120。

（2）依據(jù)《混凝土規(guī)》的6.3.1條規(guī)定，梁的腹板高度hw為有效高度h0拋去板的厚度。按照該條規(guī)，本工程的550高梁可以不配腰筋。

（3）按照《混凝土規(guī)》的11.3.7條規(guī)定，沿梁全長(zhǎng)頂面和底面最少需要各配置兩根通長(zhǎng)的縱向鋼筋，對(duì)三、四級(jí)抗震等級(jí)，鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm。根據(jù)此規(guī)定，本工程的框架梁的貫通筋使用的是分離式，在符合計(jì)算要求的基礎(chǔ)上，貫通面筋取為12mm。

（4）按照《省高規(guī)》的7.2.15條規(guī)定，剪力墻的豎向分布筋的直徑不應(yīng)該小于10mm。這項(xiàng)工程采用8/10的辦法。

（5）按照工程前期探測(cè)的實(shí)際的情況，這次工程的土質(zhì)依次是素填土、中砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土以及中砂等等。依據(jù)這個(gè)區(qū)域的以往經(jīng)驗(yàn)，建筑的基礎(chǔ)形式可以選用鉆孔灌注樁或者預(yù)制樁。對(duì)工程的施工順序進(jìn)行了綜合性的考慮，綜合考慮了工期以及造價(jià)的要求等，本次的工程選用了PHC管樁的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，建筑行業(yè)取得了顯著的進(jìn)步。如今的高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更是受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注，高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不但要有著足夠的安全性和穩(wěn)定性，還需要有不斷地優(yōu)化和創(chuàng)新，不斷的完善。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在高層建筑中的作用越來(lái)越重要，但是其設(shè)計(jì)還受到各種外界因素的影響，例如上部結(jié)構(gòu)以及地基土等等因素。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)還要充分的考慮到地基、上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)三者的共同作用，全面而又綜合的設(shè)計(jì)考慮能夠使工程施工工程中避免眾多潛在的麻煩。此外，設(shè)計(jì)人員的專業(yè)修養(yǎng)也會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)造成影響，扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和良好的責(zé)任心會(huì)使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)遇到的困難迎刃而解。高層住宅基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使整個(gè)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建筑公司應(yīng)重視這一環(huán)節(jié)，認(rèn)真做好自己的工程項(xiàng)目，一起為建筑業(yè)的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。