淺析高層建筑基礎(chǔ)和地下室地板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：城市建設(shè)的發(fā)展帶來了高層建筑的逐漸興起，但是我國由于高層建筑發(fā)展時(shí)間較短，相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算理論和實(shí)踐還不完善，在實(shí)際高層建筑設(shè)計(jì)中往往存在一些問題亟待解決。本文對某高層建筑基礎(chǔ)和地下地板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后進(jìn)行了對比和分析，說明了優(yōu)化設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和地板結(jié)構(gòu)中具有的重要質(zhì)量價(jià)值和經(jīng)濟(jì)作用，以期為同類工程提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑基礎(chǔ)；地下室地板結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU208.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-3362（2013）09-0149-01

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，土地資源日益緊張，高層建筑和地下室也越來越多。但是這類工程往往存在地下室設(shè)計(jì)荷載較大，對于防水防裂要求高等特征，而造價(jià)在整個(gè)項(xiàng)目中所占比例也較大，其中基礎(chǔ)占到高層建筑總價(jià)的25%～40%。因而需要對高層建筑基礎(chǔ)和地下室地板結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方案選型比較，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 工程概況

廣州珠江新城某高層辦公樓，地上30層，地下有4層，整體結(jié)構(gòu)在平面上呈矩形，地面總高度為120.9m。地上塔樓和地下室面積分別為60m×36.5m和64.5m×60.5m，總深度大16.4m。塔樓計(jì)劃占據(jù)了地下室的全部，只有北邊3跨16m和東邊5.1m是純地下室。

2 地下室底板下地基

該工程項(xiàng)目中，地下室底板為地下室面積4/5南半部的土質(zhì)屬于微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖與砂礫巖，剩余的均為風(fēng)華泥質(zhì)粉砂巖和砂礫巖，地基承載力特征值前者分別為fa=4500、6000kPa，后者則分別為fa=2600、4000kPa。局部范圍內(nèi)，其中一個(gè)柱網(wǎng)7.9mm×7.9mm有厚度為2.5m左右的強(qiáng)風(fēng)化巖，其下以此有1.5m厚度的中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖層。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)前的基礎(chǔ)和地下室板結(jié)構(gòu)

該設(shè)計(jì)中采用人工挖孔樁的基礎(chǔ)型式，樁徑的范圍為1.0～2.1m，同時(shí)進(jìn)行了托大頭，樁長度為2.3～7.5m，純地下室和周邊地下室側(cè)墻下方的128根挖孔樁全部同時(shí)充當(dāng)了抗拔樁。地下室使用的是梁板式結(jié)構(gòu)，厚度為800mm，基礎(chǔ)梁的截面積為800mm×1000mm，1200mm×800mm.

4 設(shè)計(jì)中存在不足

該設(shè)計(jì)方案存在明顯的缺陷性，結(jié)構(gòu)耗費(fèi)的混凝土和鋼筋等材質(zhì)等過過，結(jié)構(gòu)形式施工時(shí)期較長，對于抗拔樁進(jìn)行檢測也不易。從技術(shù)上來說，基礎(chǔ)和地下室地板結(jié)構(gòu)的缺陷性主要表現(xiàn)在這幾個(gè)方面：地板下大部分都是巖石層，地基本身具備的承載力非常高，因而如果通過人工來挖孔樁，需要對這些強(qiáng)度非常高的巖層進(jìn)行挖去并對混凝土進(jìn)行澆搗，難度較大而且沒有必要；抗拔樁的長度不夠，不能起到有效的抗拔作用；地板的厚度已經(jīng)達(dá)到了800mm，設(shè)計(jì)中還設(shè)置了剛度并不大的基礎(chǔ)梁，從技術(shù)來看，手里不合理，同時(shí)也不必要。

5 設(shè)計(jì)優(yōu)化

5.1 基礎(chǔ)性優(yōu)化

參照上部的結(jié)構(gòu)形式和墻柱軸向力值，并綜合考慮基礎(chǔ)巖層的情況后，可以選擇天然地基拓展基礎(chǔ)形式，利用微風(fēng)化和中風(fēng)化的巖充當(dāng)持力層；對于部分具有強(qiáng)風(fēng)化巖層的位置則選取了短墩基礎(chǔ)，持力層選用埋深較淺的微風(fēng)化巖。擴(kuò)展基礎(chǔ)的底面積上，應(yīng)根據(jù)墻柱軸向力以及巖層的承載力來進(jìn)行計(jì)算，而基礎(chǔ)高度則依據(jù)抗沖切來設(shè)計(jì)，一旦決定好基礎(chǔ)尺寸后，基礎(chǔ)配筋應(yīng)由構(gòu)造配筋來決定。這種優(yōu)化后的基礎(chǔ)型式在受力上更為合理，同時(shí)有效節(jié)省了機(jī)構(gòu)材料，對于施工方來說，施工難度減小，能夠保證施工進(jìn)度。

5.2 地下室地板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)確定后的基礎(chǔ)型式，并和地板的受力情況和抗?jié)B需求進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，綜合考慮施工的方便性、經(jīng)濟(jì)性等因素，可以以平板作為地下室的地板，厚度則保持不變。在塔樓部分不需要關(guān)注整體抗浮，而對于純地下室的部分則必須通過抗拔錨桿進(jìn)行抗浮，塔樓大跨度板中間采取同樣措施。需要注意的是，地板應(yīng)從地下室側(cè)墻開始向外延伸出700mm左右，通過側(cè)墻外的回鎮(zhèn)土重量使得水浮力能夠保持平衡。這樣可以有效避免四周側(cè)墻的一些抗浮措施，也方便了地下室地板以及側(cè)墻部分的布筋，便于施工操作。在對抗拔錨桿進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)：確保所有錨桿的抗拔力能夠最大限度的接近，防止出現(xiàn)某一根拔桿的薄弱而造成其他錨桿受到牽連，導(dǎo)致連鎖性破壞；錨桿的分布在分布上應(yīng)盡量呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，并且能夠保證整個(gè)地板的應(yīng)力達(dá)到一種較為相近的狀態(tài)，這樣能夠有效改善地板的受力情況，同時(shí)也可以方便后續(xù)的施工；滿足以上條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)最大限度的減少錨桿的使用量，以縮減成本費(fèi)用。滿足以上條件的基礎(chǔ)上，計(jì)算出的抗拔錨桿為250根，長度為10m左右，抗拔能力則應(yīng)達(dá)到500kN。另外，該設(shè)計(jì)中，地下4層是核6級人防區(qū)，因而對于地下室整體抗浮和非人防區(qū)的地板構(gòu)件強(qiáng)度的預(yù)算上，不用考慮其他因素，只需關(guān)注地下水的水壓力作用。在人防區(qū)的底板構(gòu)件強(qiáng)度上，則參照相關(guān)規(guī)范，選擇低下水浮力以及核爆炸這些等效荷載較高的值作為作用力，本設(shè)計(jì)中采用的是水浮力控制。地板結(jié)構(gòu)受力則依據(jù)相關(guān)軟件比如ETABS做建模計(jì)算和分析。

6 結(jié)語

根據(jù)高層建筑的結(jié)構(gòu)形式和地基的水文條件設(shè)計(jì)合理的地下室結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式，是高層建筑質(zhì)量穩(wěn)定的重要保障，也是最大限度的縮減工程造價(jià)的有效途徑。因而在高層建筑和地下室底板機(jī)構(gòu)中應(yīng)該認(rèn)識到設(shè)計(jì)對于整體工程的起點(diǎn)作用，認(rèn)識到其對后續(xù)工作的重要意義，結(jié)合實(shí)際相關(guān)條件，對設(shè)計(jì)做出有效優(yōu)化，確保工程的高質(zhì)量、高效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜海菊.江浙地區(qū)高層建筑基礎(chǔ)的選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)——以某高層住宅樓工程為例[J].建筑，2011（08）.

[2] 彭良忠.人工挖孔樁用于非嵌巖情況的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例分析與探討[J].中外建筑，1999（06）.

[3] 王向軍，楊力，鄭楠，等.淺談剪力墻高層住宅結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性控制[J].陜西建筑，2011（01）.

[4] 徐民彥.關(guān)于高層建筑基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討[J].科技信息，2009（19）.

作者簡介：劇秀梅（1975-），女，滿族，吉林省四平市人，講師，碩士研究生，國家注冊建造師。研究方向：建筑工程。