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试论高层建筑地基基础概念设计的思考

2015-07-13 217 0

概念设计，就是指在一些无法进行精确分析或者是难以进行规定的各种问题中，不对数值进行计算，而是结合整体结构体系以及分体系两者之间具体的力学关系以及震害还有结构破坏机理等得到的设计基本原则与思想。
　　一、基础概念设计分析
　　（1）关于筏形基础。对于高层建筑来说，基本上地下室都属于地下车库，因此，在设计的时候一般都利用筏形基础，主要包括梁板式以及平板式。在对其进行计算的时候，主要方法包括静定法以及倒楼盖法还有弹性地基梁板法与有限元分析法。按照倒楼盖法设计的时候，必须保证地基土均匀，筏板基础要有较好的刚度，荷载分布均匀，上部结构具有较好的刚度，柱轴力和柱距之间差别不大。按照静定法进行计算的时候，其要求与上面的方法基本上是一致的，不同的是如果上部结构没有较好的强度，柱轴力和柱距之间的差别比较大，也能够采用这种方法。它们的缺点就是无法对基础整体作用进行考虑，也不能对挠曲变形进行计算。倒楼盖法对上部结构刚度的具体影响夸大了，而静定法则没有对其进行重视。如果与上面的要求不符的时候就要利用弹性地基梁板进行计算。当前，由于计算软件不断进步，上部结构以及基础与地基之间共同作用相关分析法已经被应用在筏板基础之中，对内力进行计算。这种方法一般采用有限元法以及有限差分法等对数值进行分析。
　　（2）关于筏板复合基础。在对桩基进行设计的时候，一般要依据地区的经验对桩以及土和承台之间的共同工作进行考虑。一般情况下，这种基础的计算方法主要有两种：
　　第一，我们假设建筑的和其整体重量都是通过桩传至地基之中的，承台板的作用只是连接桩顶以及对上部荷载进行传递。在对群桩进行布置的时候，确保桩均匀受力，如果群桩数量很多，要利用内桩法，也就是对群桩中部位置的桩数量进行适当减少，增添外围位置的桩数量。该方法主要是桩受力，没有对承台板基础具体支承力进行考虑，会使桩数量增加，导致浪费。
　　第二，利用桩土共同承载的具体作用，并利用天然地基具有的承载力，对沉降进行控制，让桩与筏板对上部荷载进行共同承担，减少桩数量和筏板厚度。
　　对于建筑沉降来说，主要有沉降量以及沉降差。为了对沉降进行控制而设置一定的桩基，这也就是减沉设计，也就是在进行设计的时候，利用沉降控制值对桩数量以及桩长进行确定。这一设计概念在软土地基的多层建筑或者是小高层建筑中应用比较多。桩在对一些荷载进行承担的同时，主要的作用就是对沉降进行减少与控制。可以把桩看做是减少沉降的一个措施或者将其当做减少沉降的一个构件。另外，承台或者是筏板同样能够对一部分荷载进行分担。
　　对于减沉设计来说，其主要内容包括以下几个方面：第一，选择桩长和桩身断面。在对桩长进行选择的时候，要穿过高压缩性土层，要把桩端放置在良好持力层之中。这样如果承台发生沉降的时候，桩还是可以发挥自己的作用，保持极限承载力。在对桩身断面进行选择的时候，一定要确保单桩承载力能够和地基土对桩承载力的极限值相匹配，从而将其承载能力充分发挥出来。第二，对承台埋深和地面尺寸进行初步确定。如果外荷载都由承台进行承担，它的极限承载力还是有安全储备的，坚持这一原则，对承台埋深和底面尺寸进行确定，之后对用桩量进行确定，最后对承台初步尺寸进行验算，对其进行调整。第三，用桩数不同的时候对桩基沉降进行计算。结合承台埋深和底面尺寸以及不同用桩数量的具体方案，对其沉降量进行分别计算，获得沉降和桩数量之间的曲线图，一般情况下，桩距要在6d以上，桩分布和建筑竖向荷载之间要对应。
　　（3）关于变刚度调平。对于地基上面的局部区域来说，沉降要和其荷载呈现正比关系，和刚度要呈现出反比关系。地基局部区域中的沉降比较大的原因是这一位置的荷载比较大，刚度比较小，要想减少沉降，就要降低荷载或者是提高刚度。对于高层建筑来说在，桩筏基础具体的荷载分布决定于上部结构。因为受功能限制，难以对上部结构加以调整，只能够对基础刚度进行调整，在桩筏基础中，可以利用板厚变化以及设置肋梁和缩小强局等对基础刚度分布进行调整，可是这样的费用太高，所以，减少沉降或者是调平设计针对的是筏底布桩以及筏底地基土。对桩土刚度分布进行调整不但具有可行性，同时其调平效果也是很明显的。变刚度调平主要对上部结构以及何在还有分层分布和互相作用效应进行考虑，利用对桩径以及桩长和桩距等进行调整，从而对基桩支撑刚度具体分布进行改变，确保建筑沉降实现均匀性，使承台内力下降。
　　这种设计方法的主要步骤是：第一，结合设计资料，依据上部结构性质以及何在分布还有地质条件和基础埋深等初步进行布桩，同时将板厚确定下来。第二，对于上部结构以及桩筏基础和地基共同作用加以分析，将基础沉降相关图形绘制出来。第三，针对基础沉降相关图形加以分析，如果天然地基在整体上的沉降不太大，但是局部沉降比较大，要结合实际条件，对于主体沉降太大的部分要利用局部加强的方法进行处理。若是利用筏底布桩或者是复合地基的形式，对于桩基沉降比较小的地方，要将一部分桩抽掉，或者是结合土层具体状况对桩长进行适当缩短或者是减小桩径。对于沉降比较大的地方，要加密布桩或者是结合土层状况增加桩径和桩长，形成一个良好的刚度体系。要结合技术可行性以及经济合理性，决定要对桩平面布置以及桩数量还有桩径和桩长进行改变从而使桩土刚度得以改变，还要要利用复合地基对筏底地基土进行改变。一般情况下，对于桩筏基础来说，桩占据着主导地位，改变基桩的具体参数效果是显著的。第四，开展共同工作相关迭代计算，一致到沉降差达到最小。在这一过程之中，要结合沉降图形，对主群楼间要不要设置后浇带或者是沉降缝进行判断，决定是不是要调整基础板厚以及构造。调平设计的一个重要关键就是对装筏基础具体的沉降分布和沉降差进行合理计算。
　　二、上部结构以及地基基础和地下室之间的关系分析
　　对于高层建筑来说，基础上部在结构和很多框架以及剪力墙或者是筒体结构之间相连，而在地下室的周围有比较厚挡土墙，另外，还有比较密实的回填土，其下部连接地基。竖向荷载以及水平荷载全部是共同作用的，两者是协调变化的，在这方面的相关设计理论并不充足，可是若要从上下结构具体边界条件之中把基础分离出来，是无法达到设计目的的。从当前情况看，很多设计人员在利用一体化设计程序的时候知识利用普通方法计算，设计之后的计算结构，一般都和实际测量结果之间有很大的差别。在高层建筑中，基础底板负载的实际弯曲内力比计算后获得的数值要小，设计潜力比较大。
　　三、结语
　　综上所述，在当前的设计中存在很多无法利用计算获得的结构构件，对设计进程造成了一定的影响。可是我们可以利用良好的概念设计以及结构措施实现设计目的。这是当前对结构设计理论和计算理论两者之间太大差别的一个补充。
　　参考文献：
　　[1]刘金砺，迟铃泉.桩土变形计算模型和变刚度调平设计[J].岩土工程学报. 2000（02）
　　[2]刘文超.高层建筑地基处理方案选择探讨[J].云南电力技术. 2002（03）
　　[3]陶国炳.高层建筑地基施工方案的选择[J].科技资讯. 2012（24）
　　[4]刘景云.高层建筑地基基础共同作用设计[J].低温建筑技术. 2008（06）

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