分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

摘 要：本文主要以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為重點(diǎn)進(jìn)行闡述，結(jié)合當(dāng)下高層建筑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論為主要依據(jù)，從保證荷載的可靠傳遞、減少不均勻沉降、內(nèi)力分析等方面進(jìn)行深入探索與研究，其目的在于加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量，為保證社會(huì)公眾生活在安全且舒適的建筑中做鋪墊。

關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)剛度

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）24-0354-01

引 言

對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講基礎(chǔ)設(shè)計(jì)十分重要，其是確保高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是推動(dòng)建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。為此，相關(guān)人員應(yīng)給與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)高度重視，促使其存在的價(jià)值與效用在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分的發(fā)揮。本文主要分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，具體如下：

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論

1.1 上部結(jié)構(gòu)剛性影響基礎(chǔ)受力

若是上部結(jié)構(gòu)剛性較強(qiáng)，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生形變時(shí)，各個(gè)縱向構(gòu)件會(huì)均勻沉降；若是忽視縱向構(gòu)件的抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力，則縱向構(gòu)件支座能夠被當(dāng)作高層建筑基礎(chǔ)梁的支座，即基礎(chǔ)梁為連續(xù)梁，并不會(huì)出現(xiàn)整體彎曲的狀況，其是以基底分布反力為外作用力，造成部分彎曲。反之，若是高層建筑上部結(jié)構(gòu)較柔，對(duì)基礎(chǔ)形變沒有任何約束力可言，進(jìn)而在基礎(chǔ)梁部分彎曲的同時(shí)，還需承受更大的彎曲。通過上述能夠看出剛性與柔性這兩種狀況下，不管是基礎(chǔ)梁的受力還是變形皆有很大差距。一般情況下，物體都會(huì)介于剛性與柔性這兩種情況，若想準(zhǔn)確判斷高層建筑上部結(jié)構(gòu)剛度是十分困難的，只能通過計(jì)算軟件進(jìn)行分析。在作用力、地基以及基礎(chǔ)條件不變的狀況下，提升高層建筑上部結(jié)構(gòu)剛度能夠有效降低基礎(chǔ)的內(nèi)力與撓曲，但同時(shí)也會(huì)致使高層建筑上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力提高，通俗的講，高層建筑上部結(jié)構(gòu)對(duì)降低內(nèi)力的作用是以自身產(chǎn)生的次應(yīng)力為代價(jià)的。另外需特別注意高層建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度作用并非是無(wú)窮的。

1.2 基礎(chǔ)剛度影響基底反力分布

柔性基礎(chǔ)當(dāng)高層建筑上部結(jié)構(gòu)剛性能夠被忽略時(shí)，對(duì)作用力的傳遞具有無(wú)限擴(kuò)散的作用，比如作用力直接作用在地基之上，而反力分布p（x，y）同作用力（x，y）方向相反、大小一致。當(dāng)作用力均衡時(shí)，高層建筑的基礎(chǔ)便會(huì)出現(xiàn)沉降；若想要建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降均勻，則需要作用力從中間朝著兩端不斷擴(kuò)大，呈現(xiàn)不勻狀。剛性基礎(chǔ)對(duì)作用力傳遞有著架越性。因建筑基礎(chǔ)的剛性，促使地基均勻下沉。裂縫一般都會(huì)出現(xiàn)在外邊緣區(qū)，會(huì)減小反力，并逐漸朝著中間移動(dòng)，構(gòu)成馬鞍形分布。通過試驗(yàn)研究和理論分析表明，基地反力的分布除了同基礎(chǔ)剛性息息相關(guān)，還同土的形變特點(diǎn)、荷載分布以及土的類型等多重因素有關(guān)。基底反力分布一般會(huì)分為兩種展開。①若是高層建筑基地面積夠大，作用力不強(qiáng)，地基處于形變階段，而基地反力圖多半成馬鞍形；而若是地基十分堅(jiān)硬，反力的最大值會(huì)逐漸趨于邊緣。②砂土地基荷載力較大或是埋深較淺，與基礎(chǔ)邊緣較近的塑性區(qū)會(huì)慢慢變大，該部分地基土卸載的作用力一定會(huì)逐漸轉(zhuǎn)移到中間土體，致使中間基地反力變大，最終呈拋線形。

1.3 地基受力情況

基礎(chǔ)受力情況同地基土的壓縮性與分布的均勻性息息相關(guān)。當(dāng)?shù)鼗翢o(wú)法被壓縮時(shí)，高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，部分彎曲也會(huì)逐漸變小，且高層建筑的上部結(jié)構(gòu)也不會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，而導(dǎo)致產(chǎn)生次應(yīng)力。在實(shí)際工程中，經(jīng)常遇到的狀況是地基土具備較高的壓縮性，且分布不均，導(dǎo)致基礎(chǔ)彎曲分布有很大差異。另外，基礎(chǔ)同地基界面交接處摩擦特性十分明顯，因地基土強(qiáng)度有限，所構(gòu)成的摩擦力也有限，不會(huì)高于土的抗剪強(qiáng)度。除此之外，地基外荷載的性質(zhì)、分布等皆會(huì)使界面條件受到一定影響。

1.4 上部結(jié)構(gòu)同基礎(chǔ)與地基作用概念、分析方式

上部結(jié)構(gòu)同基礎(chǔ)與地基這三者為一個(gè)無(wú)法分割的整體，每部分工作性狀都是三者一同作用的結(jié)果。對(duì)其作用進(jìn)行研究，就是將上部結(jié)構(gòu)、地基以及基礎(chǔ)當(dāng)作是一個(gè)互相協(xié)調(diào)工作的綜合體，在接觸點(diǎn)與連接點(diǎn)符合形變協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)下計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)形變和內(nèi)力。在作用探究過程中，高層建筑上部結(jié)構(gòu)同基礎(chǔ)一般都是通過梁板構(gòu)成的，所以能夠利用有限條法、或是解析法構(gòu)建高層建筑上部結(jié)構(gòu)同基礎(chǔ)矩陣，并有效應(yīng)用形變協(xié)調(diào)條件同地基矩陣有機(jī)結(jié)合。高層建筑地基首先去確定地基模型，是非線彈性模型、線形彈性模型等。之后再構(gòu)建地基矩陣。但大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都習(xí)慣利用結(jié)構(gòu)力學(xué)構(gòu)建各類地基矩形，之后獲取他們的剛性矩陣，同高層建筑上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)剛性有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而求取地基沉降與反力。在一同作用探究中，能夠依據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)構(gòu)將基礎(chǔ)同高層建筑的上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度展開作用分析，并對(duì)施工過程中的具體影響進(jìn)行充分考慮，將剛性構(gòu)成狀況與結(jié)構(gòu)荷載分別進(jìn)行作用分析。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需注意的問題

2.1 確保作用力有效傳遞

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)需具備較強(qiáng)的剛性與強(qiáng)度，以確保上部結(jié)構(gòu)作用在基礎(chǔ)頂面的橫向荷載與豎向荷載等，能夠有效傳遞給高層建筑的樁頂或是地基土。

2.2 降低不均勻沉降

高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要介于上層結(jié)構(gòu)同地基土間，它的剛性大小與其在平面上的分布狀況，對(duì)降低高層建筑整體與部分撓曲或是調(diào)整不均勻沉降具有積極作用。比如高層建筑中，當(dāng)使用的條形基礎(chǔ)無(wú)法滿足高層建筑上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基變形與承載力的實(shí)際需求時(shí)，需選用筏型基礎(chǔ)。筏型基礎(chǔ)的實(shí)際尺寸，在高層建筑地基土較均勻的狀況下，基底平面易同高層建筑上部結(jié)構(gòu)縱向永久荷載的中心重合。若是出現(xiàn)不重合現(xiàn)象，在荷載效用充分組合下，易通過對(duì)基底面進(jìn)行有效調(diào)整來(lái)促使偏心距滿足相關(guān)要求。

2.3 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)同上部結(jié)構(gòu)及地基土間一同作用

高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)同上部結(jié)構(gòu)及地基土三者間一同作用的效果十分顯著。當(dāng)然，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)常都是不能做到的，尤其是地基模型與參數(shù)的選擇，對(duì)一同作用的結(jié)果影響十分巨大；但是在配筋與構(gòu)造上反映了對(duì)一同作用結(jié)構(gòu)的考量，是十分有必要的。比如，在面積筏型前提下構(gòu)建高層建筑物，筒體下筏板的配筋與厚度皆需要依據(jù)高層建筑的上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)及地基土一同作用的基底反力與基礎(chǔ)變形計(jì)算確定。而帶裙房的建筑筏型基礎(chǔ)，它主樓下的筏板的撓度值不能超出0.5%，主樓同鄰樓間的裙房柱下沉差距也不能高于1%，裙房柱之間的差異也不能高于2%。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，如果高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，會(huì)使社會(huì)公眾生命安全遭受巨大威脅，為此，設(shè)計(jì)人員一定要給與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)高度重視，保證其合理性與可行性，促使其存在的實(shí)效性在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮出最大化。

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收稿日期：2018-7-18