高层建筑基础设计存在问题及对策

Abstract: This article analyzes some common problems in the high-rise building foundation design, and puts forward the corresponding using software countermeasures.

Key words: high-rise building; foundation design; problems; countermeasures

中图分类号: TU972 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)

随着经济的快速发展，全国大中型城市的高层建筑迅速增多，高层建筑基础设计也越来越成为建筑工程师的重要工作内容。近年来，随着许多新的设计规范、规程的相继颁布，新旧规范、规程有许多内容不同，再加上工程设计中一些特殊的问题，难以应用规范进行处理，在高层建筑基础设计过程中经常出现一些遗漏或错误。

1 高层建筑基础设计存在的问题

1.1 基础选型

基础方案选择时要使多个目标的要求都能较好的得到满足,并能对性能目标进行优化,即在满足经济技术性能要求的基础上,还要对施工性能及其与周边环境、上部结构、地震性质与基坑支护等的适应性等方面的性能进行考虑,同时,,非线性的相互作用甚至矛盾性的特征存在于许多的性能目标之间,首先要考虑主要问题兼顾协调次要性能是选型优化应遵循的原则,如果过分强调主要问题而忽视次要性能,性能的优化也很难实现。

扩展了地基处理技术与工程基础的内涵和外延后,地基处理方案的相互融合成为了一种趋势,对深基础的特点进行了吸收,拓宽与延伸了其适用范围和处理深度,从而可能对各类地基进行处理。地基基础的艰险程度随着地基基础技术的发展、地基处理方案和有关基础形式的相互渗透越来越模糊化,实际工程中出现了一些包括复合桩筏(箱)基础、复合桩基在内的性能优良的地基与基础融合体。

1.2 主、裙楼基础的处理

因建筑功能的要求层数较低的裙房会建在高层建筑主楼旁,在有的情况下沉降缝可以不予设置,比如通过计算确定差异沉降产生的基础及上部结构的内力与配筋,还有就是二者基础的沉降差在采取有效措施后控制在了允许范围内。如果主、裙楼层数的差额大于10层,那么地基基础设计的等级应为甲级,地基变形设计与变形验算也要根据具体的规范要求来操作。如果沉降缝要设置,依据地基土质情况主楼与裙房的基础埋深要有一般不低于2m的高差,钢筋混凝土墙要设置在沉降缝两侧,拆模板、防水层操作会影响缝隙宽度,要进行考虑,为了使高层主楼地下室产生侧向约束力,应用粗砂填实缝隙内室外地面以下的部分。

当筏板基础应用于主楼,独立基础或桩基础应用于裙楼基础时,可以把相邻处裙房的柱基置于筏板的上方,并要验算筏板的抗冲切力。在一定程度上,基坑开挖会受到基础埋深差异的影响,基础施工应按照先主楼后裙楼的次序进行。扰动了裙楼下地基土,在设计时可把受到扰动的地基土清除掉,还要填至设计标高,填充料为C15素混凝土,这样才可以开始裙房基础的施工。一旦主、裙楼基础施工完毕,就要及时采取回填措施,还要注意回填土的压实情况,压实系数要在0.94以上。

1.3 地基基础的计算

地基基础计算时需对岩土工程勘察报告中提供的天然地基承载力特征值进行修正,目前主裙楼一体的结构在建筑工程中大量存在,在修正其主体结构地基承载力时,应把基础底面以上范围内的荷载看作为基础两侧的超载,当超载宽度是基础宽度的两倍以上时,可通过换算为土层厚度的方式把超载变为基础埋深,基础两侧超载不一定相同,如不等取小值。当连成一体筏形基础的裙房分布在多高层主楼周围时,可取裙房基础底面以上所有竖向荷载(不计活载)标准值与土的重度之比作为基础埋置深度。

2 使用JCCAD软件进行高层建筑基础设计

2.1 地质资料的输入

建筑物周围场地地基状况的描述指的就是地质资料,其也可为基础设计提供重要信息。若要进行沉降计算,在JCCAD中输入地质资料是首先要做的,[结构物±0.000对应的地质次料标高]在地质资料输入中是一个重要的参数,可这样理解这个参数:可以按两种方法输入地质资料中的标高,与上部结构模型一致的坐标系或地质报告提供的绝对高程。若选择前者,地质资料输入中的所有标高都要按与上部结构模型一致的设计标高输入即把地质报告中的绝对高程数值进行换算;若选择后者,地质资料输入中的所有标高都要按绝对高程输入即把与上部结构模型一致的设计标高进行换算;无论选择前者还是后者,上部结构模型中的标高与基础交互输入中所有的标高在系统中应该是相同的。

2.2 地基承载力校核

《地基规范》第5.2.1条指出:基础底面的压力,在轴心荷载作用的情况下,Pk≤fa(其中Pk为相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值,fa为修正后的地基承载力特证值);Pk=(Fk+Gk)/A(其中Fk为相应于角载效应标准组合时,上部结构传至基础顶面的竖向力值,Gk为基础自重和基础上的土重,A为基础底面面积)。

应注意在做基础设计时满足规范上述规定是必要的。在不符合的情况下,可以采取提高地基承载力与增大基底面积两种措施。同时对于《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2002第12.1.6条的规定也是要考虑的:如果高层建筑的高度与宽度的比值没有超过4,基础底面与地基之间可以出现零应力区,但其面积应控制在基础底面面积15%以内;如果高层建筑的高度与宽度的比值大于4,就要避免基础底面零应力区的出现。主楼与质量偏心较大的裙楼要分开计算。设计人员应以[重心校核]输出的最大及最小基底反力为依据,把基础平面的尺寸调整到合理的范围内。

2.3 主体偏心距e的验算

《地基规范》第8.4.2条指出:筏形基础的平面尺寸,在地基比较均匀的条件下,基底平面形心要与结构竖向永久荷载重心重合。在不能重合的情况下,在荷载效应准永久组合下,偏心距e应不大于0.1W/A(其中W为偏心距方向一致的基础底面边缘抵抗矩,A为基础底面积)。

质心高,荷载重是高层建筑楼身的特点,如筏形等整体式基础不保持原来的状态而产生倾斜,基础底面形心将受到建筑物总重的作用而产生新的倾覆力矩增量,随着时间的增加倾斜可能会增长,地基变形稳定后才会停止。为对基础在永久荷载作用下的倾斜进行控制,对于单栋建筑的筏形等整体式基础要求控制偏心距的要求在规范8.4节高层建筑筏形基础中要详细的表述,建议当高层建筑采用如桩承台这样的非整体式基础时也要控制偏心距,基础底板布置在比值e/(0.1w/A)小于1时就不用调整了,反之,基础底板布置在比值e/(0.1W/A)大于1时必须调整。筏板基础正下方所提供的总竖向荷载(含基础自重)作用点坐标(X,Y)和筏板形心坐标(X,Y)是我们调整底板布置是的重要依据。在e/(0.1W/A)大于1时,两者坐标的差异往往会比较大并且Y向坐标是问题的关键,这时需对筏板外挑尺寸进行修正,主要是通过“修改板边”菜单来完成,从而大大缩小两坐标的差异,最终使e/(0.1W/A)小于1。

3 结束语

在我国经济快速发展的形势下,我国的工程建设中的高层建筑变的越来越普遍,同时业内人士也对高层建筑基础这一高层建筑结构体系的关键组成部分越来越重视。

参考文献：

[1] 赵建宁.高层建筑基础设计的几点体会[J].甘肃科技,2009(11).

[2] 洪晏.高层建筑基础设计的探讨[J].山西建筑,2008(30).

[3] 张东华.试论高层建筑结构设计分析和问题探讨[J].科技创新导报,2011,32.

[4] 刘利峰.完善高层建筑混凝土结构设计的探讨[J].科技创新导报,2010,23.