高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

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高層住宅建筑的豎向荷載比較大，由于風(fēng)荷載、地震荷載的影響，其傾覆力矩就會(huì)呈現(xiàn)出成倍的增長趨勢。高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求比較高，需要有良好的水平、垂直承載力，還需要有效地控制傾斜、沉降等問題，使其處于可控的范圍內(nèi)，從而使建筑物的穩(wěn)定性得到保障。

1高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1軸向變形與側(cè)移

高層住宅建筑中，框架中柱的軸壓應(yīng)力要明顯比邊柱的大，中柱的軸向壓縮變形也要比邊柱的更加明顯。不同于多層、低層建筑，在高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)側(cè)移是十分重要的影響因素，隨著住宅建筑高度的增加，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)側(cè)向變形也會(huì)大幅度增加，與建筑高度的4次方成正比例關(guān)系[1]。結(jié)構(gòu)的側(cè)移需要被控制在一定范圍內(nèi)。

1.2水平荷載

對(duì)于低層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常是由豎向荷載進(jìn)行控制的，在高層住宅建筑中，雖然豎向荷載會(huì)影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，但是起到?jīng)Q定作用的卻是水平荷載。其一，樓房的自身重量及樓面使用的荷載在豎構(gòu)件中造成的軸力、彎矩?cái)?shù)值，與樓房高度的一次方成正比例關(guān)系[2]。對(duì)于水平荷載，其對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、在豎構(gòu)件中造成的軸力與樓房高的二次方成正比例關(guān)系。其二，建筑達(dá)到一定高度，其豎向的荷載基本上定數(shù)的，對(duì)于風(fēng)荷載及地震等水平荷載的影響，依據(jù)不同的結(jié)構(gòu)動(dòng)力性，其數(shù)值也會(huì)呈現(xiàn)出一定的變化。

1.3結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)

為保證塑性變形后，結(jié)構(gòu)的變形能力依舊比較強(qiáng)，避免出現(xiàn)倒塌等事故，就需要科學(xué)地對(duì)工程構(gòu)造進(jìn)行處理，從而使其延性得到保證。高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有抗震設(shè)計(jì)，不僅要對(duì)其風(fēng)荷載、豎向荷載等進(jìn)行分析，還需要使結(jié)構(gòu)有好的抗震性能。

2高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

獨(dú)立基礎(chǔ)包含兩種，分別是剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)，這兩種基礎(chǔ)主要應(yīng)用到柱下基礎(chǔ)，如果柱距比較大，就需要使用獨(dú)立基礎(chǔ)，并且這種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性更好。獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，要依據(jù)地基土的特點(diǎn)進(jìn)行，如地基壓實(shí)密度比較大、壓縮性強(qiáng)，就需要使用剛性基礎(chǔ),其余情況可以使用柔性基礎(chǔ)，防止地基土壓縮致使地面出現(xiàn)不均勻的沉降。當(dāng)前我國的高層住宅建筑工程中大量地使用獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，其發(fā)展前景是比較好的。獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在柱下基礎(chǔ)中應(yīng)用，與現(xiàn)澆混凝土柱一同澆筑、形成整體，同時(shí)依據(jù)柱荷載的偏心距明確基礎(chǔ)斷面的具體形狀。

2.2箱形或筏型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

若高層住宅建筑工程地基承載力不夠均勻，建筑對(duì)地基基礎(chǔ)承載力要求較高，就可以使用箱形或筏型基礎(chǔ)。此外，若高層住宅建筑工程中有地下室，要應(yīng)用筏型基礎(chǔ)，將筏型基礎(chǔ)作為地下室，并保證其作用得到充分的發(fā)揮。在進(jìn)行箱形或筏型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),降低基礎(chǔ)整體彎曲應(yīng)力的工作是比較難的。因此在設(shè)計(jì)過程中需要將基礎(chǔ)與高層住宅工程上部結(jié)構(gòu)看做一個(gè)整體，通過共同作用分析法設(shè)計(jì)。共同作用分析法就是在高層住宅建筑工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，將上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)、地基作為整體，保證三者實(shí)現(xiàn)平衡的保持力、協(xié)調(diào)的變形力。相比于傳統(tǒng)的方法，共同作用分析法更加科學(xué)，涉及到的范圍廣，但也在一定程度上使設(shè)計(jì)難度增加。隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件要求的提升，投資成本也是比較高的，因此這種方法不會(huì)被輕易的使用。一般遇到大型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)才使用這種方法。箱形與筏型基礎(chǔ)都是大體積混凝土,施工過程中易出現(xiàn)裂縫，為此需要科學(xué)地設(shè)置伸縮縫的寬度，一般在25mm左右。

2.3樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載承重能力是比較強(qiáng)的，通常將其運(yùn)用到地基土層中質(zhì)地比較硬的地方，這時(shí)高層住宅建筑工程的上部結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生承載力不足的情況，因此在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型時(shí)，還需要對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的選擇。由于樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的樁身是比較長的，能夠使全部建筑結(jié)構(gòu)上部荷載力轉(zhuǎn)移到土層深處，使地基結(jié)構(gòu)沉降的可能性降低，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中間位置做好加密布樁的工作，使中部樁的長度得以加長，并使樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的承受能力得到調(diào)節(jié)。

2.4樁箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

樁箱基礎(chǔ)就是一種樁基礎(chǔ)與箱形基礎(chǔ)一起承載受力的基礎(chǔ)形式，其沉降量不大，有很強(qiáng)的抗彎剛度以及卸載能力，這種樁箱基礎(chǔ)一般被應(yīng)用在地基較軟地區(qū)建設(shè)的高層建筑、重型建筑及對(duì)沉降要求高的高層住宅建筑中。樁箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，布樁方法的選擇是難度比較大的。由于不同位置地基土的性質(zhì)是不同的，因此在設(shè)計(jì)過程中需要選擇合適的布樁方法，從而使基礎(chǔ)底板的受力得到分載，保證基礎(chǔ)底板的受力能夠?qū)崿F(xiàn)均衡的狀態(tài)。如果受力不均勻，為實(shí)現(xiàn)受力均衡的目的，可以適當(dāng)?shù)脑黾又虚g位置的樁間距。

3結(jié)語

總之,高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是比較系統(tǒng)、復(fù)雜的工作，而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)又在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要的地位，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果將直接對(duì)高層住宅建筑的安全、質(zhì)量等產(chǎn)生影響。因此為保證高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果,就必須要提高重視程度，明確基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及要點(diǎn)，使高層住宅建筑的質(zhì)量得到保證，滿足人民群眾的生活、工作需要，更好地推動(dòng)高層住宅建筑事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

[1]付珊.基于高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(34):112-113.

[2]劉良賢.對(duì)高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討[J].建材與裝飾,2017(23):65-6

作者：華宇夫 單位：吉林建筑大學(xué)設(shè)計(jì)研究院