浅析高层建筑基础设计

时间:2022-08-09 10:59:17

浅析高层建筑基础设计

摘要:本文结合实际工作经验,对高层建筑基础设计进行了浅谈,就高层建筑的基础设计以减小长期重力荷载作用下地基变形、差异变形为主;以及施工等主要因素做了浅要分析。关键词:高层建筑;基础;施工;变形;

中图分类号:TU984 文献标识码:A 文章编号:

前言:近年来我国城市快速发展使得可用城市土地越来越少,而城市人口的不断增加,使得原本不多的人均土地变得更少。为了缓解城市人口增加带来的人均土地减少,市政部门一方面扩大城市面积,将原有近郊开发,提高城市土地面积。另一方面积极进行老城区改造,通过高层建筑的建设将土地使用率提高。高层建筑物,因其对地基和基础的承载能力和变形(竖向下沉及水平位移)的要求较高,又因城市空间的局限性,导致城市高层建筑的地基及基础的设计等比较复杂。综合各种因素及大量的工程实际经验,近些年来大直径、深长或嵌岩灌注桩往往成为高层建筑地基处理的主选方案。空间的局限性也使得空间的使用向地下发展,高层建筑把地下室与基础结合起来,做成箱型或者筏型带桩基础,再利用地下空间的同时更好的解决高层建筑的变形沉降及承载力的问题。

1 地质勘察

高层建筑已经在城市中推广开来,为城市的发展和建设带来了诸多便利,一幢高层建筑能提供上万个工作职位,已相当于一个小城市的规模,人们在同一个屋檐下交流,方便快捷。然而对建筑本身的安全性有了更高的要求。因此,高层建筑工程比起一般工程投资更大,前期工作准备时间更长,技术要求更高。精准和更为时效的地质勘查无疑会为后续工作提供一个良好的开端。勘察的主要包括对场区的地震地质、工程地质和水文地质调查,这将为基础方案的选择和分析提供依据。就目前我国的高层建设情况而言主要存在以下问题:主要表现在前期工作时间不足。国外高层项目一般准备时间都在五年以上,有的甚至达三十年。而我国由于受到多方面的影响,尤其是甲方的投资规划,投资理念等导致工期紧迫,准备时间往往较短。这样在对地下断层、地震活动规律、基础形式的选择和试验、基坑对周面的影响等准备不够充分,不能提供一个经济有效的方案,而仅仅满足一般性要求。

现行规范的一些计算方法已经不能满足工程需要。这主要是两方面的原因,一是近年来地下水的下降;一个是新的课题的出现。水对土的强度和变形有着很大的影响,地下水在下降的过程中受到隔水层的影响,在下降的过程中形成了多层地下水的分布格局。对于已经解决和正在面对的课题,总结不足,没有提炼出共性的东西,还不能形成具有指导意义的文本。空间的限制不仅让建筑向空间发展,同时也向地下发展,这样对于基础埋置深度超过20m的高层建筑基础将与周围的地下广场、地下车库等协同工作。以上问题相互关联,也是发展的结果。

针对这些问题首先是应有充足的前期准备工作。有些工程准备时间是挺长的,只是时间都浪费在了程序和手续上了。如果能简化程序,将更多的时间放在地质勘察和基础选型和试验上,那么基础的设计将能更好的反应地质的变化,节约不必要的浪费,安全性也将有更高的提升。其次是新的计算方法的研究探索。充足的前期准备工作为新的计算方法的提出和验证提供了保证。工程周期短造成的一个很大问题就是基础设计偏于保守,也就是说承载力要大于实际需求。如上述地下水下降不均匀导致地下水分层的问题,若按地下最高水位考虑比起按多层水考虑计算得出的基础弯矩和剪力偏大。因此尽应根据工程实际的变化调整计算方法,使得基础的设计和选型更为科学合理。最后是对于众多地下工程和基础的一些相互作用和影响还没有展开系列的研究工作,对次还没有清楚的了解,为此应当未雨绸缪,为将来城市的发展扫除障碍。

2 基础选型

高层建筑基础选型是高层建筑基础设计的第一步,也是高层建筑基础设计的关键。合理的选择基础形式是必不可少的一个重要环节。但是高层建筑基础选型设计的因素众多,包括场地的水文地质条件、建筑物的使用要求、上部结构体系类型、施工技术条件和周围环境等,同时要保证所选型式满足造价要求。因此,基础选型应具备身后的理论基础和长期的工程经验。所以基础选型时应注意一下几点。

基础方案选择时,常常应使所选系统能较好的满足多个目标要求,并能实现性能目标的优化。即要满足经济技术性能的要求,还要考虑满足施工性能及其与上部结构、地震性质、周边环境与基坑支护等的适应性等方面的性能,同时,在诸多的性能目标之间,常存在着非线性的相互作用,部分目标之间还具有矛盾性的特征,选型优化首先应抓主要问题,兼顾协调次要性能,如果片面考虑抓大放小,将使性能得不到优化。

随着地基处理技术与工程基础的内涵与外延的扩展,是很多地基处理方案融合、吸收了深基础的特点,其处理深度与适用范围得到了延伸和拓宽,为满足各类地基处理的要求提供了可能;同时,地基基础技术的发展,有关基础形式与地基处理方案的融合,使地基基础的艰险有日益模糊化的趋势,实际工程中出现了一些性能优良的地基与基础融合体,如复合桩筏(箱)基础、复合桩基等。

在基础实际设计过程中,常常需要经过设计、计算、修改、再次计算等多次反复进行,导致耗费时间,效率地下。随着计算机技术和人工智能的不断发展和应用,使得设计人员的计算工作量减轻,将经验性的判断分析以及规范条文等繁琐的工作交由计算完成,从而提高了基础选型的效率和设计质量。

3 大体积混凝土施工

高层建筑的基础常常面对施工中遇到的大体积混凝土施工问题,由于工程师过于注重工期而忽视施工中的一些材料特性,在大体积混凝土施工中往往导致混凝土开裂,对于大体积混凝土的开裂主要是由于水泥水化时放出的热量难以散发,在内部蓄积起来,引起结构内部温度升高,形成较大的内外温差,导致混凝土结构的开裂。因此在设计时应采取以下措施:适当的分层分块,合理设置施工缝和后浇带,以减小约束应力。

科学地选择配筋形式。从混凝土的抗裂性能和施工性能来讲,钢筋具有两个方面的作用:一是承担和传递应力,二是给混凝土的教主和密实增添了障碍。前者可以阻止混凝土裂缝的扩展,而后者则是阻碍混凝土的流动,钢筋越密,阻碍作用越强。

通常规定,混您泥土中集料粒径不大于钢筋最小间距的1/3。因此,对于大体积混凝土应注意这一矛盾,科学地选择配筋形式。

即要考虑结构跟部分的受力特征,又要考虑施工。尽可能采用较晚龄期的强度。采用什么龄期的强度是混凝土配合比设计时所考虑的一个非常重要的因素。过分的强调早强则限制了矿物外加剂的使用,而矿物外加剂的掺入将使得混凝土的放热量降低,但是早期强度贡献较小,主要是贡献于混弄土的后期强度。

预置冷却水管。大体积混凝土之所以特别注意混凝土的放热量是因为混凝土内部的热量不易散发,使得混凝土内部的温度提高,形成较大的内外温差。在大体积混凝土中埋设冷却水管可以通过循环水带走混凝土浇筑快内部的热量,降低混凝土的内部温度,减小内外温差。

对于大体积混凝土基础,在与岩石地基或混凝土垫层之间设置隔离层。约束是导致混凝土在产生各种非力学变形时开裂的重要条件。在混凝土与地基之间设置隔离层有利于减小他们之间的约束,因而可减小开裂的可能。

4 结束语

近年来,我国高层建筑发展迅速,而基础作为高层建筑结构体系的重要组成部分,也日益被业内人士所重视。高层建筑基础承担着将上部结构的荷载传递给地基的重要作用。基础工程所耗费钢材大、水泥用量多、施工难度大,都造成基础工程造价在整个工程中比重较大,而且当地质条件复杂时,比重还会增加。因此,选择合理的基础形式是保证建筑结构安全、降低工程造价的一个有效措施。

参考文献:

[1] 张小松.探讨桩基础设计中值得注意的问题.科技信息,2009,(9).

[2] 吴盛有.浅谈桩基施工技术设计与施工控制.中国高新技术企业,2011,(8).

[3] 李常.高层建筑桩基础施工分析[J].科技信息.2012,(2).

[4] 丁振华.浅谈桩基础工程施工中常见质量问题及处理措施[J].价值工程.2010,(11).

[5] 中国建筑工业出版社.高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2010.

[6] 中国建筑工业出版社.建筑桩基技术规范.JGJ94-2008.

[7] 中国建筑工业出版社.地基基础勘察设计规范.SJG 01-2010.

[8] 莫海鸿 杨小平.基础工程(第二版).中国建筑工业出版社.2011.

上一篇:我国公路交通工程设施的现状与发展方向 下一篇:关于室内设计方法的浅析