1、多層建筑的基礎設計方案優化摘要房屋建筑過程中的基礎設計在結構設計中有相當重要的地位，由于房屋建筑上部荷載很大，基礎埋置較深，材料用量多，施工周期長，基礎的經濟技術指標對房屋建筑的經濟技術指標有很大的影響。無論從城市整體的現代化規劃還是從人們的空間需求，多層建筑都滿足了視覺景觀上的宏偉，也提高了有限地面面積的空間利用率，多層建筑地基基礎設計是決定高層建筑安全性與穩定性的關鍵，也是高層建筑結構得以保證的根本。關鍵詞多層建筑 基礎設計 方案優化引言 多層建筑的地基基礎是建筑結構最主要的組成部分，它涉及到整個建筑結構安全與經濟的重大問題。同時，高層建筑的體型日趨復雜，地基基礎類型多變，所有這些因素，都
2、給多層建筑地基基礎的合理設計，尤其是優化設計增加了難度。總結成功設計的經驗，吸取工程事故的教訓，根據國家有關的標準規范，依靠先進的科學技術，多層建筑的地基基礎設計是有可能作到技術先進、安全適用、經濟合理、確保質量。1.建筑地基基礎設計的主要依據和基本要求1.1主要依據 多層建筑的地基基礎設計受很多因素的影響，地面土質結構和地下的巖土成分等是外部的基本條件；建筑本身的層高、地下室層數和建筑的內部結構對地基的壓迫程度是建筑自身對地基基礎的限制條件；此外，相關的抗震要求等對基礎設計提出了更高的要求。依據以上的各種因素，再結合工程設計的造價總體規劃，對地基基礎進行全面的科學評估，從而得出地基設計的基本
3、數據。1.2基本要求 與普通的多層建筑設計相比，由于影響多層建筑地基基礎因素較多，所以設計過程中需要考慮的設計要求也相對復雜。地基的牢固性、建筑結構的穩定性與抗震性、地基豎向的承載力與橫向的抗滑移、地基的沉降指數、地基土層的抗壓能力和地基壓力變形范圍等，都是對地基基礎設計的基本要求。因此，在地基基礎設計過程中，不僅要考慮建筑外觀設計概念上的要求，更重要的是地面條件和建筑本身結構對多層建筑提出的具體客觀要求。隨著現代模擬技術與勘測技術的不斷成熟，為多層建筑設計提供了設計方案反復模擬、修改的便利條件和可靠的數據，以滿足多層建筑最基本的安全性要求。房屋基礎結構和上部結構是房屋結構設計的主要內容。結構
4、設計方法采用概率極限狀態的設計理論。房屋上部結構是在滿足結構自身重力恒載、人、家具、設備等荷載的豎向靜力作用和風壓力、地震力的水平荷載的動力作用下，結構應有的強度、剛度、穩定性問題。房屋靜載作用一般由上向下傳遞，地震作用則是通過基礎傳給上部結構。為適應上部的機構和下部的地基條件，基礎結構是其選擇的結構形式，它是建筑物地下的部分。房屋建筑結構的設計是一項全面、系統性的工作，在結構設計的過程中要保證遵循四項基本的原則：整體上抓大放下、設置多道防線、剛柔相濟協調、打通重要關節。按照這樣的原則進行結構設計，對在結構設計過程中發現的問題及時的反饋和研究，不斷提高設計人員自身的結構設計水平。設計的結構在滿
5、足建筑物安全的同時，符合實際使用的要求。2.多層建筑地基基礎計算的模型 影響高層建筑地基基礎計算的因素很多、很復雜。它涉及到土性參數等基本計算參數的采用，尤其在我國軟土、濕陷性黃土、液化土分布地區較廣，地震烈度較高的環境下，由于規范的不盡完善、計算方法的差異、結構工程師水平的參差不齊，使得的離層地基基礎的計算質量受到很大的影響。2.1地基模型 基礎底面的應力是基礎與基底土層間的接觸應力，其計算的精確與否，涉及地基承載力的驗算、變形驗算及基礎內力的計算等，是地基基礎計算中的首要問題。對于剛性基礎、擴展基礎(柱下RC基礎和墻下RC條形基礎)，在比較均勻的地基上，上部結構剛度較好，荷載分布較均勻，且
6、柱下條基的高度大于1/6柱距時，或在計算筏板基礎的局部彎曲時，對于壓縮模量小于或等于4Mpa的地基等四種基礎的基底反力可按直線分布考慮，如不符合上述條件，柱下條基和筏基應按彈性地基梁或彈性地基梁板計算，此時應選用合適的地基模型。 應用得最為廣泛的地基模型是文克爾模型，該模型假定基底反力與變形成線性關系，K為比例常數，即基床系數。該模型完全不考慮實際存在著的地基土的應力應變的擴散能力，但對于淤泥、軟粘或基底下士的塑性區很大時或當地基士的厚度不超過梁或板的短邊寬度之半的薄壓縮層時以及水位較高、水浮力較大的筏基等比較適用，并且由于計算較為簡便。 應用得最為廣泛的另一個地基模型是彈性半無限體模型。該模
7、型將地基視為彈性連續介質，考慮土的應力應變的擴散能力，但由于實際的地基并非彈性連續介質，因此該模型夸大了土的應力應變的擴散能力，并且由于計算較為復雜，使得該模型的應用受到一定的限制。 接觸應力反映了上部結構、基礎與地基共同作用的力學特征。工程實踐證明，接觸應力的分布狀態界于文克爾模型與彈性半無限體模型的計算結果之間。文克爾模型和彈性半無限體模型反映了地基性狀的兩個極端狀況。為此，許多專家學者提出了改進的文克爾模型或改進的彈性半無限體模型，以及能反映土的彈塑性、不可塑性、流變性等固有特征的理想模型，但由于有關計算參數的難予確定和計算上的復雜性尚未應用于工程設計。 值得指出的是上述模型均假定地基土
8、是彈性勻質連續介質，實際上地基土是由顆粒、水和空氣構成的三相復雜體系材料。一般情況在重力荷載作用下地基土處于靜態，視作彈性勻質體是可以的。但對于中高壓縮性軟七、濕陷性黃土等地基土，在上部結構的重力荷載下，地基土會出現彈塑性變形，此時考慮-十為彈性體的分層總合法或規范法等計算2.2結構模型 (1)整體結構計算模型高層建筑的上部結構、地下室、基礎與地基土構成一個空間結構體系。整體結構計算模型最完整、最符合實際的模型應該是上部結構、地下室、基礎和地基土共同作用的模型，這在高層建筑結構的抗震計算、基底反力計算、變形計算和結構內力的計算中，都是較為精確的計算。考慮上部結構、地下室、樁筏基礎與地基的共同作
9、用。 (2)基礎與地基共同作用的模型。由上部結構的計算給出基礎頂面作用效應組合值(M、V、N)。建筑樁基技術規范JGJ9494附錄B中考慮承臺(包括地下墻體)、基樁協同工作和土的彈性抗力作用計算受水平荷載的樁基就是這種模型。 (3)上部結構與基礎共同作用的模型。高層建筑框架結構的箱基的整體彎曲計算就采用這種模型。 (4)基礎的計算模型。柱下條基、筏基一般按彈性地基梁或彈性地基梁板計算，樁與承臺或樁筏基礎作為一個結構進行計算。 (5)結構構件的模型，結構計算一般采用有限單元法，上部結構梁、柱采剛空間桿元，墻采用墻元，厚殼元或三維實體元等。3.多層建筑地基基礎設計方案優選3.1沉降縫的設置 沉降縫
10、是為防止建筑物各部分由于地基不均勻沉降引起房屋破壞所設置的垂直縫稱為沉降縫。當建筑物建造在不同土質的地基上，或建筑物相鄰部分的高度、荷載和結構形式差別較大時，為了防止建筑物出現不均勻沉降引起錯動或開裂，通常在差異處設施垂直縫隙，將建筑物分割成若干個獨立單元。但多層建筑的工程實踐效果表明，多層建筑基礎卻不適合設置沉降縫。沉降縫的設置將對地下室在土層中的嵌固作用產生一定的影響，再加上多層建筑本身對地下室的結構壓力，會使建筑的地基基礎設計更加復雜，并造成額外的壓力負擔，不利于高層建筑的穩定性。3.2多層建筑地下空間的利用 多層建筑一般需要相應的地下深埋基礎，經過精確的地質勘測和基礎設計計算后，才能確
11、定地下深埋的程度。對地下空間的利用，可以提高基礎工程的利用率和提高建筑整體的收益效果和使用功能。城市的現代化加速了私家車的購買力增長，地面空間已經越不能夠解決車輛的停放需求，地下停車場的開發和使用，不但解決了城市建設問題也提高了多層建筑地下空間的利用率。此外根據地下土質結構的特點，還可以將地下空間用來安置人防設施和建筑內部的機房等。對地下空間的合理利用是多層建筑價值增值的有效手段之一。3.3多層建筑基礎方案的優化選擇 考慮到城市所在地區的地質狀況的不同，各城市多層建筑的地基承載力也存在著差異，因此基礎設計的方案也不盡相同。基礎設計方式如何選擇，就需要根據實地的需要來決定，例如上海、天津等地質條
12、件較差的地區高層建筑多采用造價高昂的樁筏，而北京、廣州等地質條件稍好的地區多層建筑多選用相對經濟些的筏基。當然，在地基條件較好的山區如重慶，甚至多層建筑可以采用經濟的獨立基礎。可見，地質條件很大程度上決定了建筑基礎的方案。現代的計算機模擬技術可以提供多層建筑多個設計方案的模擬結果，從而使設計師可以從中選擇最優方案。基礎方案的優選，無論是經濟效益還是社會效益都是相當顯著的。結束語 隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，對建筑結構設計也提出了更高的要求我國的多層建筑雖然相對發達國家起步較晚，但已經取得了很大的成就，如北京、上海、深圳等城市的多層建筑可以說代表了中國高層建筑的發展史，多層建筑設計與城市空間的融合也正不斷的完善發展。參考文獻1國家標準，建筑地基基礎設計規范，GB50007-2002，北京：中國建筑工業出版社，20022陳嘉俊.論多層框架房屋結構設計中的幾個要點M，成都：四川建材出版社，2007（2）3陸歆弘，蔡躍，房屋建筑力學與結構基礎M，北京：中國建筑工業出版社，2008(1)4陳希哲，地基事故與防預M，北京：清華大學出版社，2009
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