對高層住宅建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

劉督政 陳亞敏

中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南 鄭州 450000

1、前言

建筑業(yè)的繁榮發(fā)展對我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長具有十分重要的意義，使得人們對建筑物的類型和功能也提出了更加高的要求。在城市化的進(jìn)程里，高層住宅對提高城市建設(shè)用地效率、緩解人口問題起到了一個重要作用和有效作用。科學(xué)技術(shù)在不斷的發(fā)展，高層住宅的建設(shè)會更加的可靠。嚴(yán)格控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計是可以防止基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)沉降有效的一個手段，也是整個建設(shè)項目里重要的一個組成部分。設(shè)計地基結(jié)構(gòu)的時候，一定要綜合的考慮周圍環(huán)境，計算地基的承載力是否滿足設(shè)計的要求，防止因工期延誤而造成的不合理的設(shè)計計算。

2、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論

在高層的住宅里，地基土層、地基結(jié)構(gòu)以及上部結(jié)構(gòu)之間有著共同的一個作用。上部結(jié)構(gòu)的剛性相對比較大，它會對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)土層施加力。因為計算方法和設(shè)計技術(shù)的局限性，上述三種的計算存在一定的缺陷，同時還切斷了上層建筑與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的連接，使反作用力和荷載的計算分開。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)降低了設(shè)計方案的合理性和可行性，并且上部結(jié)構(gòu)中沉降不均勻。引起二次應(yīng)力，這會導(dǎo)致計算的結(jié)果出現(xiàn)較大的一個偏差。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響因素

3.1、上部結(jié)構(gòu)剛度的影響

如果上部結(jié)構(gòu)是絕對柔性的，則不會限制基礎(chǔ)的變形，并且基礎(chǔ)梁的局部彎曲也會承受較大的整體彎曲。如果上部結(jié)構(gòu)是絕對剛性的，則豎向構(gòu)件會在基礎(chǔ)變形后均勻沉降，而忽略豎向構(gòu)件的抗旋轉(zhuǎn)能量，然后把豎向構(gòu)件用作基礎(chǔ)梁的固定鉸鏈支撐，而不會導(dǎo)致整體彎曲，但會導(dǎo)致局部的彎曲。在絕對撓度和剛度的條件下，基礎(chǔ)梁的內(nèi)力大小和分布是不同的。

3.2、地基條件的影響

在高層住宅基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的實際設(shè)計中，通常不會發(fā)生上述兩個的極端情況，而只出現(xiàn)在絕對剛度和絕對柔韌性之間。此時，有必要綜合考慮整體的一個剛度，這樣才可以滿足基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。基礎(chǔ)條件會影響基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，包括基礎(chǔ)土的可壓縮性和局部均勻性。如果基礎(chǔ)施工區(qū)域是不可壓縮的，則基礎(chǔ)不會整體彎曲，也不會因沉降不均勻而產(chǎn)生二次應(yīng)力。一般來講，施工區(qū)基礎(chǔ)土的可壓縮性會導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)彎矩分布的差異，界面條件受土的蠕變，土體的相對柔性等諸多因素的影響。

3.3、共同作用的分析

在分析地基結(jié)構(gòu)的應(yīng)力的時候，應(yīng)該要綜合的考慮地基土、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)之間的相互作用。整個系統(tǒng)的變形和內(nèi)力計算應(yīng)該要以接觸點和連接點滿足的變形協(xié)調(diào)條件為一個基礎(chǔ)。有限差分法、有限元法和有限條法是幾種常用的相互作用分析方法，它們可以實現(xiàn)剛度矩陣的建立和實現(xiàn)形式協(xié)調(diào)條件與剛度矩陣的耦合。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制要點

4.1、減少不均勻沉降

為可以減少建筑物的整體撓度，一定要合理的控制好結(jié)構(gòu)的剛度和平面分布，并且一定要減少可能會發(fā)生不均勻沉降的可能性。在高層住宅基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計里，許多的條形基礎(chǔ)沒辦法滿足基礎(chǔ)的承載力和上部結(jié)構(gòu)。變形的時候，此時可以采用筏式基礎(chǔ)設(shè)計的方法，可以增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度，這樣才可以防止基礎(chǔ)不均勻沉降的發(fā)生。在筏式基礎(chǔ)的設(shè)計里，一定要確保上部結(jié)構(gòu)的垂直永久重心與基礎(chǔ)表面的質(zhì)心重合。為可以適當(dāng)?shù)乜刂破穆剩梢赃m當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)基礎(chǔ)的面積以確保筏形基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。垂直和水平載荷都施加到基礎(chǔ)的頂面。為可以確保到它可以轉(zhuǎn)移到基礎(chǔ)土層，需要適當(dāng)?shù)脑黾踊A(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。

4.2、考量結(jié)構(gòu)整體作用

在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計里，不僅要考慮到基礎(chǔ)與基礎(chǔ)之間的相互作用，還要考慮到上部的結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的一個影響。特別是在基礎(chǔ)模型的構(gòu)建里，為可以確定到最佳的設(shè)計方案，一定要對參數(shù)設(shè)置進(jìn)行一個綜合的分析和計算。此外，還應(yīng)該要綜合的考慮基礎(chǔ)的土壤，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上層建筑里的鋼筋和結(jié)構(gòu)，以改善方案。如果在同一整體筏板基礎(chǔ)上同時修建低層建筑物和高層建筑，則筏板厚度和地基下鋼筋的計算應(yīng)該要以地基土共同作用引起的地基響應(yīng)和地基變形為基礎(chǔ)。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)也應(yīng)該要能夠確保到信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在裙房高層住宅筏板基礎(chǔ)的設(shè)計里，需要有效控制筏板基礎(chǔ)下的筏板厚度和配筋，主樓下的整體撓度可以防止主樓與相鄰裙樓之間的過度差異和沉降，從而降低結(jié)構(gòu)的二次應(yīng)力。

4.3、對于建筑物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的相關(guān)建議

針對設(shè)計人員而言，設(shè)計人員在進(jìn)行建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計時，必須以建筑物的建筑高度為出發(fā)點，提前對于施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，了解土壤情況，在進(jìn)行具體設(shè)計時充分考慮地基和上部結(jié)構(gòu)兩者的關(guān)系，對于一些不確定因素需要提前考慮可能出現(xiàn)的幾類情況，并以此為依據(jù)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計。通常情況下，首先要進(jìn)行基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后再進(jìn)行具體的基礎(chǔ)設(shè)計，這就要求必須采取一系列的有效措施，來降低少由于上部結(jié)構(gòu)滯后而產(chǎn)生的誤差，從根本上保障建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。

5、結(jié)束語

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有絕對最佳的標(biāo)準(zhǔn)模式， 只有通過不斷地探索、比較，去尋求相對的最優(yōu)。因此我們每一個結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)不斷地追求盡善盡美的設(shè)計思想， 不只盲目照搬規(guī)范和依賴計算機(jī)程序作設(shè)計， 用自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計概念、經(jīng)驗、判斷力和創(chuàng)造力為業(yè)主和社會設(shè)計出更好的建筑。。