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2017-07-14 15:25:18 | 分类:结构专业 | 标签:结构专业

    建筑工程施工设计的过程中,普遍存在着以下的地质情况,例如,地下室底板下存在的岩土层为中风化软岩层、全风化岩层、风化残积土层以及强风化岩层等,所以需要选择天然基础。而高层建筑物的地下室往往被当做地下停车库,不允许在建筑物上设置太多的内墙,所以使箱型基础的应用受到了制约。筏板基础不仅可以充分的使地基承载力得到发挥,并对不均匀沉降进行调整,还可以使停车库空间应用需求得到满足,所以成为了非常理想的建筑基础形式。筏板基础的构造形式主要为梁板式与平板式,其中平板式因为施工便利,所以被广泛的应用在高层建筑中。

地基基础结构方案选择

    1高层建筑常用的基础结构型式为桩基础:

    (1)采用预应力管桩基础,以强风化花岗岩为桩端持力层,由于场地基岩埋深相对较浅,地下室开挖后,最短有效桩长仅为2m左右,且场地局部地段在残积层中存在中风化岩孤石,对预应力管桩施工带来困难。

    (2)采用人工挖孔桩基础,以中微风化花岗岩为桩端持力层,人工挖孔桩成孔时要穿过坚硬土层进入稳定、完整的基岩需要降水和爆破,且要等到龄期后才能进行桩的检测和验收,施工周期长,工程投资高,同时,人工挖孔桩还存在施工危险性高,容易对周边建筑物造成影响等缺点。

    2 筏板基础的平面布置

尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。筏基边缘宜外挑,挑出宽度应由地基条件、建筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定,一般情况下,挑出宽度为边跨柱距的1/4~1/3。

    3 选用恰当的地基棱型和计算方法

    一个筏基可以包括两个独立的受力系统:一是底板,另一是加劲结构系统。底板的板底应力应符合公式的要求:

Pkmax=(Fk+Gk)/A+M/W≤1.2fa。

    平板筏基的内力分析,理论上有刚性板法和弹性地基梁、板法。对于刚性板法,它可按倒楼盖的假定进行设计,以板底净反力作为分布荷载,柱(墙)视为支座进行内力分析,计算筏板由局部弯曲引起的内力。虽然可以不考虑整体弯曲,但在端部附近范围内拟增大基底反力10%~20%;对于相邻柱间荷载与柱间距变化不大时,也可采用条带法计算。

    对于弹性地基梁、板法,由于计算元素数量多,运算工作量大,通常采用计算机程序辅助设计。将筏板设成两种基本单元——矩形弯曲板单元和板架梁单元,并提供三种地基模型:

    (1)文克尔地基模型;

    (2)分层总和法(又称有限压缩层)地基模型;

    (3)有桩基约束的地基,即复合地基模型。

    根据不同的土层地质情况,选用相应的地基模型:

    文克尔地基模型,适用于软土地基,压缩层较薄的地基、砂土地基等,在实际使用时,重要的是选用适当的基床系数。

    分层总和法地基模型,适用于地基较复杂、地基刚度变化大或需要计算沉降值的基础。

    复合地基模型,较适用于筏板下有桩的情况。

    筏板的板厚,按现行规范提供的冲切计算公式确定。筏板厚度须满足冲切承载力要求,且应验算距内筒边缘或柱边缘h0处筏板的受剪承载力。当筏板厚度有变厚时,还应验算变厚处筏板的受剪承载力。

    4 筏板基础厚度的确定

    筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度确定,同时要满足抗渗要求,局部柱距及柱荷载较大时,可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切箍筋,来增加板的局部抗剪切能力,避免因少数柱而将整个筏板加厚。除强度验算控制外,还要求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏板的厚度按地面上楼层数估算,每层约需板厚50mm~80mm。本工程塔楼地上21层,筏板厚度为1100mm;部分轴力较大的柱,柱下板底加墩,柱墩厚度为1600mm。

    5 筏板基础的内力分析

    筏板基础的内力分析常用简化计算方法,其最基本的特点是将由上部结构、基础和地基3部分构成的一个完整的静力平衡体系,分割成3个部分,独立求解。倒楼盖法是应用得最广泛的一种简化计算方法。倒楼盖法适用于地基比较均匀、筏板基础和上部结构刚度相对较大、柱轴力及柱距相差不大;其缺点是完全不能考虑基础的整体作用,也无法计算挠曲变形,夸大上部结构刚度的影响。

    上部结构、基础和地基三者的关系是相互影响、相互制约的关系。把上部结构、基础和地基三者作为一个共同工作的整体的计算方法,其最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调,整个体系符合静力平衡。对于基础,由于考虑了上部结构的贡献,使其整体弯曲变形和内力减小,而取得较为经济的效果;对于上部结构,由于考虑了因基础变形引起的变形,这种变形将使上部结构产生次应力,考虑了这种次应力,结构将更安全。

    6 平板式筏基的结构构造

    现行建筑《地基基础设计规范》中,对平板式筏基的计算及构造作了详细的规定。

    钢筋的配置,平板式筏基柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有1/2~1/3贯通全跨,且配筋率不应小于0.15%;顶部钢筋应按计算配筋全部连通。为加强筏板的强度,可沿柱网下增设暗梁,每侧比柱宽出50mm,梁高与板厚相同,利用筏板配箱作为暗梁纵向钢筋,布置一定量的箍筋。以构成柱下暗梁。

    平板式筏基板厚往往比较厚,宜每隔20~40m设置后绕带,或按超长超宽大体积混凝土的进行无缝设计与施工。

    平板式筏基具有许多优点,它能最大限度地发挥地基的承载力,并且具备足够的刚度以调整不均匀沉降,或跨越地基局部的小溶洞或溶槽。它结构简单,施工方便,工期短,对于上部建筑较规整的柱网和柱(墙)荷载不大的情况下,选用平板式筏基最为适宜;在当采用条基或交叉梁基础难以满足地基承载力或变形要求时,平板式筏基是一种很好的选择。

    高层建筑基础设计是整个结构设计的重要一环,其设计合理与否,关系到建筑物的安全和使用及施工工期和投资额度。通过工程实例,对高层建筑基础的选型进行探讨,并着重介绍平板式筏板基础的结构设计,对考虑上部结构、基础和地基共同作用,运用有限元法分析筏板基础内力进行全面阐述,希望得到进一步的总结和修正。

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