浅析高层建筑结构筏板基础设计

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  【摘 要】近年来,随着我国经济建设形势及科技的迅猛发展,高层建筑发展十分迅速,而在高层建筑设计过程中,基础的分析和设计是高层建筑整体结构设计中一个极其重要的环节,对高层建筑本身及其周围环境的安全至关重要。在各种复杂的地质条件下建造高层建筑,必须经济合理地做好基础设计。本文对高层建筑结构筏板基础设计进行了分析,以期对相关从业人员有所借鉴意义。
  【关键词】高层建筑;筏板基础;设计
  一、常见的高层筏板基础类型
  高层建筑基础选型是整个结构设计中的一个重要组成部分,直接关系到工程造价、施工难度和工期,当地基很软弱,承载能力低,而上部结构传来的荷载又很大,以致于十字条形基础还不能提供足够的底面积时,可采用钢筋混凝土筏板基础。常见的高层建筑筏板基础类型有梁板式筏板基础及平板式筏板基础:
  1、梁板式筏板基础
  梁板式筏板基础由地梁和基础筏板组成,地基梁的布置与上部结构的柱网设置有关,地基梁一般沿柱网布置,底板为连续双向板,也可在柱网间增设次梁,把底板划分成较小都矩形板。梁板式筏基具有:结构刚度大,混凝土用量少,但同时存在筏基高度大,受地基梁板布置的影响,基础刚度变化不均匀等特点。
  2、平板式筏板基础
  平板式筏基由大厚板基础组成,常用的基础形式有:等厚的筏板基础、局部加厚的筏板基础等,平板式筏基适用于复杂柱网结构,具有基础刚度大,受力均匀等特点,但也存在,超厚度板混凝土的施工温度控制要求高,混凝土用量大等不足。
  二、高层建筑结构筏板基础设计思路
  《高层建筑混凝土结构技术规程》规定,高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。筏形基础以其良好的受力特点和明显都施工优势被广泛用作高层建筑的基础结构,是高层建筑采用较多的一种基础形式。下面本文主要对梁筏板基础设计思路进行了介绍:
  1、梁板式筏板基础埋深及承载力的确定
  城区由于用地紧张,高层建筑密集,因此需设置车库、人防工程、设备用房和水池等地下室,并由其使用功能要求决定地下室的层高和层数以及上部结构的高度,这就基本确定了基础底板的埋置深度,然后,根据该深度结合建筑场地的岩土工程特点进行基础选型,研究选择天然筏板基础的可能性。由于地下室大都具有与之相连裙房组成的主裙楼一体的结构,对于主体结构地基承载力深度修正,宜将基础底面以上范围内的荷载,按基础两侧的超载考虑,地基承载力深度修正的实质,是基础两侧的超载的压载作用,无论是用土的天然埋深,还是将裙房等其他连续均匀压重折算为土层厚度进行地基承载力深度修正,其实质都是基础两侧超载对抗滑动土体向上运动的体现,当超载宽度大于基础宽度的两倍时,可将超载折算成土层厚度作为基础埋深,基础两侧超载不等时,取小值。梁板式筏基基础底板应计算正截面受弯承载力,其厚度尚应满足受冲切承载力,受剪承载力要求。
  2、梁板式筏板筏板基础的变形计算
  对于高层或超高层建筑,变形往往起着决定性的控制作用。目前的理论水平可以说对地基变形的精确计算还比较困难,计算结果误差较大,往往使工程设计人员难以把握,有时由于计算沉降量偏大,导致原来可以采用天然地基的高层建筑,不适当地采用了桩基础,使基础设计过于保守,造价提高,造成浪费。试验表明:刚性筏板在试验荷载下主要是整体沉降,挠曲变形极小,最大也未超过3%。;而有限刚度筏板基础则除了整体沉降外还产生挠曲变形,筏板刚度不同,挠曲程度也不同。因此设计中可选取“板式筏基+独立柱基”相结合的基础形式,即中部(电梯井等剪力墙集中处)用筏基,四周柱基础采用独立基础或联合基础。使筏板的长、宽尺寸减小、刚度增大,这不仅降低沉降变形的挠曲程度,提高筏板的抗冲切能力;同时,降低了板中钢筋应力,减少筏基的配筋量。为协调各部分的变形,使其趋于一致,还可通过变形验算调整独立柱基的面积。既满足结构使用要求,又达到相当可观的经济效益。在基础选型设计中,应结合工程的具体情况,考虑多方面的因素影响,充分利用天然地基的承载能力。当由于地层分布不均匀、上部结构荷载在筏板基础上分布不均匀而引起筏板基础各部分的差异沉降较大时,可综合考虑采用以下处理措施:(l)将出露的地质较差的土层挖出一部分,换填低强度等级的素混凝土形成素混凝土厚垫块,以改变和调整地基的不均匀变形。也可以采用“换填法”,垫层采用碎石、卵石等材料,经碾压或振密处理,提高基础的承载能力;(2)调整上部结构荷载或柱网间距,减小基底压力差;(3)调整筏板基础形状和面積,适当设置悬臂板,均衡和降低基底压力;(4)加强底板的刚度和强度,在大跨度柱间设置加强板带或暗梁等。
  3、筏板基础的内力计算
  梁板式筏板基础一般情况下宜将基础肋梁置于底板上面,如果地基不均匀或有使用要求时,可将肋梁置于板下,框架柱位于肋梁交点处。在具体筏基设计时应着重考虑如下问题:(l)应尽量使上部结构的荷载合力重心与筏基形心相重合,从而确定底板的形状和尺寸。当需要将底板设计成悬挑板时,要综合考虑上述多方面因素以减小基础端部基底反力过大而对基础弯距的影响;(2)底板厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定。柱网间距较大时可在柱间设置加强板带(暗梁加配箍筋)来提高抗冲切强度以减少板厚,也可采用后张预应力钢筋法来减少混凝土用量和造价。(3)梁板式筏板基础当基础比较均匀,上部结构刚度较好,且柱荷载及柱间距变化不超过20%时,筏板基础可仅考虑局部弯曲作用,按倒置楼盖法进行计算,计算时地基反力可视为均布荷载。当地基比较复杂、上不结构刚度较差,或柱荷载及柱间距变化较大时,筏基内力应按弹性地基梁板方法经行分析。(4)梁板式筏板基础其基础内力分析可按连续梁分析,变跨跨中弯矩以及第一内支座弯矩宜乘以1.2的系数。
  4、梁板式筏板基础构造要求
  (1)梁板式筏板基础的底板和基础梁除满足计算要求外,纵横方向都支座钢筋尚有1/2~1/3贯通全跨,其配筋率不应小于0.15,跨中钢筋应按实际配筋全部贯通,(2)梁板式筏板基础板厚应满足最小构造要求,对于12层以上都高层建筑,筏板厚度不应小于400,底板厚度与最大双向板格都短边净跨之比尚不应小于1/14,基础底板计算应考虑经济性要求,筏板厚度太薄则计算配筋偏大,虽然混凝土用量少,但钢筋用量偏大,可能不经济,相反,筏板厚度偏厚,以致构造配筋比计算配筋还大,使混凝土和钢筋用量都会增加,同样不经济,应考虑实际工程中筏板跨度选取合适的板厚。(3)梁板式筏基当筏板混凝土强度小于柱混凝土强度时,尚应考虑局部承压承载力验算,因基础结构混凝土体积一般较大,为防止混凝土凝结硬化过程中水化热引起温度效应及混凝土收缩对结构构件的不利影响,基础结构一般都采用强度较低都混凝土,因此,柱混凝土强度等级一般都原高于筏板都混凝土强度等级,因此应按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010验算局部受压承载力。
  三、结语
  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。高层建筑地基基础方案的选择是受上部结构类型、使用荷载大小、施工设备及技术力量等多种因素制约的。对每一个具体工程,应在满足上部结构要求的条件下,结合工程地质、工程所具备的施工力量以及可能提供的建筑材料等有关情况,综合考虑,通过经济技术比较,确定最佳方案。
  参考文献:
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