对高层建筑基础设计中几个问题探析

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1、对高层建筑基础设计中几个问题探析【摘要】在高层建筑基础设计中，考虑到建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，地基、基础与上部结构有着相互作用的影响。从而导致内力计算的误差，因此，高层建筑与地基基础的共同作用问题已越来越受到工程界的重视。高层建筑与地基基础共同作用，即把高层建筑、基础和地基三者看成一个整体，并且满足地基、基础与上部结构三者在接触部位的变形协调条件。本文是对“共同作用”的机理和设计方法进行了探讨。【关键词】上部结构；竖向刚度；抗弯刚度；弹性模量1前言：上部结构和地基基础的相互作用，导致了内力计算的误差，有时误差还很大。因

2、此，高层建筑与地基基础的共同作用问题已越来越受到工程界的重视。高层建筑与地基基础共同作用以下简称“共同作用”，即把高层建筑、基础和地基三者看成一个整体，并且满足地基、基础与上部结构三者在接触部位的变形协调条件。本文是对“共同作用”的筏基及箱基机理和设计进行了探讨。6常规设计方法：把上部结构和基础作为两个独立单元分别考虑，首先把基础作为上部结构的固定支座，在荷载作用下，求得上部结构的内力和变形以及基础固定处的反力。此时认为基础没有任何变形，然后把该反力作用于基础上去计算基础的内力，再把基础的反力作用于地基上来校核地基的强度和变形。这种常规设计方法人为

3、地把基础和上部结构分开计算，忽略了基础的变形和位移，忽略了上部结构对基础的约束作用，这样导致的结果：一是基础弯矩和纵向弯曲过大，基础设计偏于保守；二是没有考虑基础实际存在的差异沉降引起的上部结构的次应力，在某些部位（如底层梁、柱和边跨梁、柱）低估了上部结构的内力，使这些部位计算结果偏于不安全。2上部结构刚度对基础约束的有限性上部结构的刚度是指水平刚度、竖向刚度和抗弯刚度的综合。研究表明：随着建筑物层数的增加，水平刚度和抗弯刚度只是在最初几层增加较快，继而迅速减缓，趋于某一稳定值；而竖向刚度则随层数增加以某种规律增加，同样达到某一层时，趋于稳定。所不

4、同的是比前两者多几层。可见上部结构刚度对基础的约束是有限的，不是随层数的增加而无限增加的。3上部结构刚度对基础“共同作用”的影响6结构刚度与施工条件、方式有着密切的关系，因此应考虑结构刚度的形成方式。其主要有：整个结构的刚度和荷载是一次同时形成的称为“一次形成”，本层结构刚度与本层的荷载同时形成的称为“通层形成”，本层结构的刚度对承受本层或后几层荷载无贡献的称为“滞后形成”。三种方式所形成的结构刚度所起的作用有所不同。4基础钢筋应力计算时，计算单元的变化的关系4.1为使高层建筑结构在水平力和竖向荷载作用下，其地基压应力不致过于集中，高宽比大于4的高

5、层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15％。计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑；平板式筏基的板厚可根据受冲切承载力计算确定，平板式筏基的板厚，应能满足受冲切承载力的要求，计算时应考虑作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩所产生的附加剪力。4.2箱形基础高度应满足结构的承载力和刚度要求，长度的1/20，且不宜小于3m，箱形基础具有一定的刚度，能适应地基的不均匀沉降，满足使用功能上的要求，减少不均匀沉降引起的上部结构附加应力。5地基模型和土性变化时对“共同作用”的影响6当

6、地基采用线性弹性模型时，随着结构刚度的增加，基底反力不断向边、端部集中，基底边缘发生过大反力是不可避免的。按此地基反力算得基础中点弯矩将比实测地基反力大几倍。当地基采用非线性弹性模型时，地基反力的集中现象就有明显的改善。当地基采用弹性模型时，即使对于绝对刚性基础，边缘地基反力仍比较缓和，与实际情况相接近。由此可见，在“共同作用”分析计算中，选择合适的地基模型是重要的。对于地基承载力小的软黏土，筏基边缘的地基反力由于超过地基的承载力，引起筏基两端的地基产生塑性变形，使得地基土应力重分布，产生比较均匀平缓的地基反力。6相邻建筑物对“共同作用”的影响相邻

7、建筑物对主体建筑“共同作用”结果的影响主要有：（1）与主体建筑同步建造的相邻建筑物；（2）在主体建筑建好后建造的相邻建筑物。如果建筑物已造好，这种影响可以忽略不计，相邻建筑物是通过对主体建筑产生附加沉降参与“共同作用”的。它是随与主体建筑的距离远近和不同的布局，而产生不同的影响。当相邻建筑与主体建筑平行布置时，影响“共同作用”的效果主要是改变横向整体倾斜。对整体倾斜的影响非常之大，并显’’著改变沉降分布，甚至改变倾斜方向。为此，特别是在小区建设中，必须充分注意相邻建筑对主体建筑的影响。7高层建筑基础的埋深及偏心距对“共同作用”的影响7.1高层建筑由

8、于质心高、荷载重，对基础底面一般难免有偏心。为减少基础产生倾斜，应尽量使结构竖向荷载重心与基础平面形心相重合，当偏心难以避