高層建筑結(jié)構(gòu)筏板設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討

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        摘要：高層建筑應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)以及建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行基礎(chǔ)選型，筏板型是高層建筑在選型經(jīng)常采用的一種結(jié)構(gòu)，筏板設(shè)計(jì)也是高層建筑能否具有高水準(zhǔn)的重要部分。本文首先對(duì)高層建筑基礎(chǔ)選型進(jìn)行分析，然后重點(diǎn)針對(duì)筏板設(shè)計(jì)的相關(guān)問題進(jìn)行探討。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑 筏板設(shè)計(jì) 計(jì)算 　　 　　一、高層建筑基礎(chǔ)選型 　　 　　基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選定基礎(chǔ)方案和基礎(chǔ)形式，需要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式，建筑物場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、施工條件、材料供應(yīng)以及其他有關(guān)情況進(jìn)行綜合考慮。高層建筑基礎(chǔ)選型是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，直接關(guān)系到工程造價(jià)、施工難度和工期，因此應(yīng)認(rèn)真研究場(chǎng)地巖土性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。高層建筑的基礎(chǔ)選型應(yīng)因地制宜，除基礎(chǔ)應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范允許的沉降量和沉降差的限值外，整體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合規(guī)范對(duì)強(qiáng)度、剛度和延性的要求，選用樁基或筏基都不是絕對(duì)的，而安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理才是基礎(chǔ)選型的標(biāo)準(zhǔn)。高層建筑的基礎(chǔ)除直接建于堅(jiān)硬的巖石上外，一般有如下幾種類型: 　　（一）十字交叉條形基礎(chǔ) 　　是指在柱網(wǎng)下縱、橫兩個(gè)方向上均設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，使上部結(jié)構(gòu)在縱橫兩個(gè)方向均有聯(lián)系。這種基礎(chǔ)適宜于地基較弱，土的壓縮性或柱荷載的分布在兩個(gè)方向都很不均勻的情況。設(shè)置十字交叉基礎(chǔ)后，可以進(jìn)一步擴(kuò)大基礎(chǔ)的底面積，同時(shí)由于這種基礎(chǔ)具有空間剛度，可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。 　?。ǘ┓ぐ寤A(chǔ) 　　當(dāng)?shù)鼗苘浫酰休d能力低，而上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載又很大，以致于十字條形基礎(chǔ)還不能提供足夠的底面積時(shí)，可采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)。它可做成平板式和梁板式兩種。 　?。ㄈ痘?　　樁基是高層建筑中常見的一種基礎(chǔ)形式。它適宜于上部結(jié)構(gòu)荷載很大、而地基又較軟弱，堅(jiān)實(shí)土層離基礎(chǔ)頂面較深，而采用其他基礎(chǔ)形式可能導(dǎo)致沉降量過(guò)大的情況。樁基可采用鋼筋混凝土預(yù)制樁、灌注樁或鋼樁。樁基選擇和承臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)類型、荷載大小、樁穿越的土層、樁端持力層土類、地下水位、施工條件和經(jīng)驗(yàn)、制樁材料供應(yīng)條件等因素綜合考慮，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，確保工程質(zhì)量。 　?。ㄋ模┫湫位A(chǔ) 　　當(dāng)?shù)鼗苘浨也痪鶆颍捎梅ぐ寤A(chǔ)剛度小，難于滿足要求時(shí)，可采用箱形基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)是一種具有很大底面積、埋深和整體剛度的基礎(chǔ)，與一般基礎(chǔ)相比，有很大的剛度，能有效地?cái)U(kuò)散上部結(jié)構(gòu)傳給地基的荷載，同時(shí)又能較好地抵抗由于局部地層土質(zhì)不均勻或受力不均勻所引起的地基不均勻變形，減少沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。與地下室結(jié)合，充分利用建筑物的地下空間。但是由于它要耗費(fèi)較多的鋼筋和混凝土，同時(shí)還要考慮解決大面積開挖所帶來(lái)的施工難度，所以一般要根據(jù)建筑物的具體要求，通過(guò)與其它地基基礎(chǔ)類型進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較才能確定是否適用。地基基礎(chǔ)方案的選擇是受上部結(jié)構(gòu)類型、使用荷載大小、施工設(shè)備及技術(shù)力量等多種因素制約的。對(duì)每一個(gè)具體工程，應(yīng)在滿足上部結(jié)構(gòu)要求的條件下，結(jié)合工程地質(zhì)、工程所具備的施工力量以及可能提供的建筑材料等有關(guān)情況，綜合考慮，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定最佳方案。 　　 　　二、筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì) 　　 　?。ㄒ唬┓ぐ寤A(chǔ)埋深及承載力的確定 　　城區(qū)由于用地緊張，高層建筑密集，因此需設(shè)置車庫(kù)、人防工程、設(shè)備用房和水池等地下室，并由其使用功能要求決定地下室的層高和層數(shù)，這就基本確定了基礎(chǔ)底板的埋置深度，然后，根據(jù)該深度結(jié)合建筑場(chǎng)地的巖土工程特點(diǎn)進(jìn)行基礎(chǔ)選型，研究選擇天然筏板基礎(chǔ)的可能性。由于地下室具有一定的埋深及地區(qū)的地下水位較高，天然筏板基礎(chǔ)屬于補(bǔ)償性基礎(chǔ)，因此地基的確定有兩種方法:一是地基承載力設(shè)計(jì)值的直接確定法。它是根據(jù)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值按照有關(guān)規(guī)范通過(guò)深度和寬度的修正得到承載力設(shè)計(jì)值，并采用原位試驗(yàn)(如標(biāo)貫試驗(yàn)、壓板試驗(yàn)等)與室內(nèi)土工試驗(yàn)相結(jié)合的綜合判斷法來(lái)確定巖土的特性。二是按照補(bǔ)償性基礎(chǔ)分析地基承載力。例如:某棟地上28層、地下2層(底板埋深10m)的高層建筑，由于將原地面下10m厚的原土挖去建造地下室，則卸土土壓力達(dá)180KPa，約相當(dāng)于11層樓的荷載重量；如果地下水位為地面下2m，則水的浮托力為80Kpa，約相當(dāng)于5層樓的荷載重量，因此實(shí)際需要的地基承載力為14層樓的荷載。即當(dāng)?shù)鼗休d力標(biāo)準(zhǔn)值大于或等于25oKPa時(shí)就能滿足設(shè)計(jì)要求，如果筏基底板適當(dāng)向外挑出，則有更大的可靠度。 　?。ǘ┨烊环ぐ寤A(chǔ)的變形計(jì)算 　　地基的驗(yàn)算應(yīng)包括地基承載力和變形兩個(gè)方面，尤其對(duì)于高層或超高層建筑，變形往往起著決定性的控制作用。目前的理論水平可以說(shuō)對(duì)地基變形的精確計(jì)算還比較困難，計(jì)算結(jié)果誤差較大，往往使工程設(shè)計(jì)人員難以把握，有時(shí)由于計(jì)算沉降量偏大，導(dǎo)致原來(lái)可以采用天然地基的高層建筑，不適當(dāng)?shù)夭捎昧藰痘A(chǔ)，使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)于保守，造價(jià)提高，造成浪費(fèi)。計(jì)算高層建筑的地基變形時(shí)，由于基坑開挖較深，卸土較厚往往引起地基的回彈變形而使地基微量隆起。在實(shí)際施工中回彈再壓縮模量較難測(cè)定和計(jì)算，從經(jīng)驗(yàn)上回彈量約為公式計(jì)算變形量10%-30%，因此高層建筑的實(shí)際沉降觀測(cè)結(jié)果將是上述計(jì)算值的1.1-1.3倍左右。高層建筑箱型基礎(chǔ)與筏板基礎(chǔ)的計(jì)算與一般中小型建筑的基礎(chǔ)有所不同，高層建筑除具有基礎(chǔ)面積大、埋置深，尚有地基回彈等影響。有時(shí)將基礎(chǔ)做成補(bǔ)償基礎(chǔ)，在這種情況下，將附加壓力視為很小或等于零，這與實(shí)際不符。由于基坑面積大，基坑開挖造成坑底回彈，建筑物荷重增加到一定程度時(shí)，基礎(chǔ)仍然有沉降變形，即回彈再壓縮變形。為了使沉降計(jì)算與實(shí)際變形接近，采用總荷載作為地基沉降計(jì)算壓力比用附加壓力P0計(jì)算更趨合理，且對(duì)大基礎(chǔ)是適宜的。這一方面近似考慮了深埋基礎(chǔ)(或補(bǔ)償基礎(chǔ))計(jì)算中的復(fù)雜問題，另一方面也解決了大面積開挖基坑坑底的回彈再壓縮問題。因此《高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》除規(guī)定采用室內(nèi)壓縮模量凡計(jì)算沉降量外，又規(guī)定了按壓縮模量E0計(jì)算沉降量的方法。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工程的具體情況選擇其中一種方法進(jìn)行沉降計(jì)算。 　　 　　三、筏板綜合設(shè)計(jì)思路 　　 　　在基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合工程的具體情況，考慮多方面的因素影響，充分利用天然地基的承載能力，可綜合考慮采用以下處理措施:(l)將出露的地質(zhì)較差的土層挖出一部分，換填低強(qiáng)度等級(jí)的素混凝土形成素混凝土厚墊塊，以改變和調(diào)整地基的不均勻變形。也可以采用“換填法”，墊層采用碎石、卵石等材料，經(jīng)碾壓或振密處理，提高基礎(chǔ)的承載能力；(2)調(diào)整上部結(jié)構(gòu)荷載或柱網(wǎng)間距，減小基底壓力差；(3)調(diào)整筏板基礎(chǔ)形狀和面積，適當(dāng)設(shè)置懸臂板，均衡和降低基底壓力；(4)加強(qiáng)底板的剛度和強(qiáng)度，在大跨度柱間設(shè)置加強(qiáng)板帶或暗梁等。 　　 　　參考文獻(xiàn)： 　　[1]張欣.某高層建筑筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工與檢測(cè).四川大學(xué).2005 　　[2]李雄威，何立明等.筏式基礎(chǔ)室內(nèi)模型荷載試驗(yàn).工業(yè)建筑.2008年第35卷第5期