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1、高层建筑基础和地下室底板结构优化设计解析 摘要:高层建筑上部荷载大,基础埋置深度也较深,地下室的设计合理与否直接影响建筑物的正常使用与造价。本文通过对某高层建筑基础及地下室底板结构优化前后的设计介绍,说明结构选型及计算分析在基础和底板结构设计中所起的重大经济作用,为建筑技术人员提供借鉴。关键词:高层建筑；基础及地下室；底板结构；扩展基础;优化设计;经济指标中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：前言随着经济的发展,高层建筑越来越多。为了增加有效使用面积,将停车库转入地下,所以这些
2、建筑通常都带有地下室。这不仅有利于地面道路的设置,同时也满足了平战结合的要求。对于这类工程,由于地下室设计荷载较大，防水抗裂要求高，其造价占整个项目造价的比重也相当大。所以，对地下室梁板结构做多方案的选型比较，并进行进一步优化设计非常必要。本文从地下室结构选型和优化原则入手，结合某工程实例，对高层建筑基础及地下室底板结构的优化设计做了详细解析。1地下室结构选型和优化原则7地下室的结构选型和优化设计非常重要，在方案阶段就应该因地制宜地对多个方案进行详细的比较、论证，选出最优方案。选优原则如下：在满
3、足功能及基础埋深前提下，地下室应尽量浅埋。浅埋可以减少土方成本，减小地下室外墙外侧的土压力，在沿海地下水位较高地区尤其可以减小水浮力，可有效节约底板造价及地下室抗浮成本，同时亦可减小地下室渗漏风险。所以，地下室尽量浅埋是地下室方案论证之“纲”。根据地下室顶板板厚、荷载，满足净空要求的最大梁高等条件，进行井字梁、十字梁、单向板、大板楼盖、无梁楼盖、预应力等多种项板结构方案的比较，选出造价低、施工方便的最优结构方案。值得注意的是，最优方案不是一成不变的，关键在于要熟悉各种方案的特点。3)充分利用地下
4、室底板板厚较大的条件，根据情况，选用无梁楼盖底板或筏板基础。4)采取措施，增大地下室净空，减小地下室埋深。例如，地下室用结构找坡，顶板主梁采用加腋梁(设备管线尽量布在梁跨中梁高较小处)等措施。2工程概况某高层办公楼,地上30层,地下4层,地面总高度为120.9m,结构平面为矩形,地上塔楼为62m×39.5m,地下室为68.5m×62.5m,总深17.4m。塔楼基本占据整个地下室,7仅北侧3跨17m及东侧1跨6.5m为纯地下室。3地下室底板下的地基状况本工程地下室底板下约占据地下室面积1/3的南半
5、部为微风化泥质粉砂岩和砂砾岩,地基承载力特征值分别为fa=4500,6000kPa,其余部位基本为中风化泥质粉砂岩和砂砾岩,地基承载力特征值分别为fa=2600,4000kPa。局部一个柱网8.5m×8.5m范围存在厚约2.5m的强风化岩,其下为1.5m厚的中风化岩,往下则为微风化岩层。4原设计的基础及地下室底板结构原设计的基础型式采用人工挖孔桩,桩径1.2～2.2m,且要求有扩大头,桩长2.0～7.6m;其中纯地下室部位及周边地下室侧墙下的挖孔桩同时兼作抗拔桩,总桩数为131根。地下室底板采用
6、梁板式结构,板厚800mm,在X、Y向的柱墙轴线上分别布置基础梁,截面为1000×1200(1400)和800×1000等。5优化设计的原因原设计的基础及地下室底板结构已形成施工图,甲方专业人员经过审议,认为原设计方案结构耗材(包括混凝土及钢筋等)过多,结构形式施工较费时而会延长工期,抗拔桩的检测存在困难等。从技术层面上分析,原设计的基础及地下室底板结构存在以下问题:①底板下基本为岩石层,地基承载力相当高,7采用人工挖孔桩将强度很高的岩层挖去和浇捣混凝土,不合理且无必要;②抗拔桩的桩长有限,很难
7、起到抗拔作用;③底板厚度已达800mm,再设线刚度不太大的基础梁,受力不合理且无必要。因此,从基础及底板结构受力更合理、经济性(包括材料耗用量及工期两方面)更佳的角度考虑,有必要对原设计进行重新设计,以达到优化目的。6基础选型优化根据上部结构形式及其墙柱轴向力值,结合基础岩层的有利条件,本工程有条件亦应选择天然地基扩展基础形式,以微风化和中风化岩作为持力层;局部存在强风化岩层的部位采用短墩基础形式,以埋深较浅的微风化岩作为持力层。扩展基础的底面积由墙柱轴向力和岩层承载力决定,基础高度则由其抗冲切
8、决定,基础尺寸确定后,基础配筋基本为构造配筋。重新选定的基础型式不仅受力合理,节省结构材料,且施工方便,可加快施工进度。7地下室底板结构的优化设计结合所选定的基础型式,并综合考虑底板的受力状态、底板的抗渗要求、施工便利以及控制底板结构造价等因素,地下室底板选用平板式,板厚仍维持h=800mm。塔楼部位不须考虑整体抗浮,纯地下室部位及塔楼大跨度板中间采用抗拔锚杆抗浮;底板由地下室侧墙外伸700mm,由侧墙外的回填土重量平衡水浮力,以免除四周侧墙部位的抗浮措施,同时使地下室底板和侧墙的布筋更方便,如
