建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的問題及措施分析

韓建民

摘要：優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以為建筑工程帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，也可以帶來較大的社會效益，滿足人們的住房需求和對舒適性、安全性和環(huán)保性的需求。高層建筑由于具有層數(shù)多，高度大，重量大等特點(diǎn)，所以其豎向荷載大而集中，風(fēng)荷載和地震荷載引起的傾覆力矩成倍增長，因此要求基礎(chǔ)和地基提供更高的豎直和水平承載力，同時使沉降和傾斜控制在允許的范圍內(nèi)，并保證建筑物在風(fēng)荷載與地震荷載下具有足夠的穩(wěn)定性。這就對基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提出了更高、更嚴(yán)的要求。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì);問題;解決措施

一、高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義

1、安全性。地基和基礎(chǔ)位于地面以下，系隱蔽工程。它的勘察、設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，直接影響建筑物的安全。設(shè)計(jì)時保證與之上部結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的基礎(chǔ)選型是影響結(jié)構(gòu)安全的重要因素。如果建筑在基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)上與上部結(jié)構(gòu)不相適應(yīng)、與所處的地基條件不協(xié)調(diào)、與上部結(jié)構(gòu)不能在整體上協(xié)同受力等，有可能造成建筑物的不均勻沉降、建筑物開裂或傾斜甚至倒塌等嚴(yán)重后果。

2、經(jīng)濟(jì)性。基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)合理有利于工程造價的降低。地基基礎(chǔ)工程的造價和施工工期在建筑總造價中所占的比例與多種因素有關(guān)，在建筑工程造價中基礎(chǔ)工程占有的比重可達(dá)到25%左右，有時由于地質(zhì)、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、施工條件等，則基礎(chǔ)造價更高。保證結(jié)構(gòu)安全性前提下，合理的基礎(chǔ)選型，盡量降低工程造價。

3、時間性。基礎(chǔ)形式的合理有利于縮短施工工期。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，基礎(chǔ)工程的施工工期可占到土建工程總工期的約30%左右，因此，在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的大時代背景下，基礎(chǔ)形式的合理選擇對縮短施工工期具有重大意義。

二、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求

高層建筑由于層數(shù)多，上部結(jié)構(gòu)荷載很大，使其基礎(chǔ)具有埋置深度大、材料用量多、施工周期長、工程造價高等特點(diǎn)。為此，高層建筑設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足以下幾個方面的要求。

（1）基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉降量應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的允許值;

（2）滿足天然地基或復(fù)合地基承載力及樁基承載力的要求;

（3）地下結(jié)構(gòu)滿足建筑防水的要求;

（4）應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，不僅考慮基礎(chǔ)本身的用料和造價，還應(yīng)考慮土方、降水、施工條件和工期等因素。

三、基礎(chǔ)類型的選擇

高層建筑基礎(chǔ)的選型應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、工程質(zhì)地、抗震設(shè)防要求、施工條件、周圍建筑物和環(huán)境條件等因素綜合考慮確定，應(yīng)選用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。

天然地基上的筏形基礎(chǔ)比較經(jīng)濟(jì)，宜優(yōu)先采用，必要時也可以采用箱型基礎(chǔ);當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件好、荷載較小且能滿足地基承載力和變形的要求時，也可以采用交叉梁基礎(chǔ)或其他基礎(chǔ)形式;當(dāng)?shù)鼗休d力和變形不能滿足設(shè)計(jì)要求時，可采用樁基或復(fù)合地基的基礎(chǔ)形式。

基礎(chǔ)是否發(fā)生傾斜是高層建筑是否安全的關(guān)鍵因素。高層建筑由于質(zhì)心高、荷載大，對基礎(chǔ)底面一般難免有偏心，故在沉降過程中建筑物總重量對基礎(chǔ)底面形心將產(chǎn)生新的傾覆力矩增量，而此傾覆力矩增量又產(chǎn)生新的傾斜增量，傾斜可能隨之增長，直至地基變形穩(wěn)定為止。因此，為減少基礎(chǔ)產(chǎn)生傾斜，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)豎向荷載中心與基礎(chǔ)平面形心相結(jié)合，當(dāng)偏心難以避免時，應(yīng)對其偏心距加以限制。

四、高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的常見問題及解決辦法

1、荷載效應(yīng)和地震問題。目前國內(nèi)高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為直接采用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω鞣N荷載效應(yīng)組合和相同的基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)承載力的特點(diǎn)設(shè)計(jì)，風(fēng)荷載和地震作用主要引起高層建筑邊角豎向結(jié)構(gòu)較大軸力，將此短期作用與永久作用同等對待，加大了邊角豎向結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，相應(yīng)重力荷載長期作用下中部豎向結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)未得以增強(qiáng)，導(dǎo)致一些高層建筑的地下室出現(xiàn)底部側(cè)壁裂縫現(xiàn)象的典型的八字裂縫典型盆式差異沉降。建議重力荷載和風(fēng)荷載組合，承載力特征值可適當(dāng)增加了1.1倍到1.2倍，重力荷載與地震作用組合時，承載力特征值可按現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》予以提高。因此，高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)減少長期的基礎(chǔ)變形和變形差異以中性負(fù)荷為主，計(jì)算地面變形，基于地面荷載作用效應(yīng)使用正常使用極限狀態(tài)下的荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合，不計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。

2. 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)嵌巖問題。目前高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)嵌巖時常采用肥槽填充混凝土做法，這種做法已經(jīng)不適應(yīng)建筑的發(fā)展要求。高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)嵌巖時，宜在基礎(chǔ)周邊及底面設(shè)置砂質(zhì)或其他材質(zhì)褥墊層，墊層厚度可取50mm—100mm。筏板基礎(chǔ)平面尺寸應(yīng)根據(jù)地基土的承載力，上部結(jié)構(gòu)的布局和載荷分布因素決定，偏心距的計(jì)算可以被取消。平板式筏厚度可以根據(jù)計(jì)算確定的沖切承載力，仍不平衡力矩效應(yīng)應(yīng)被視為在部分額外的剪切厚度不應(yīng)小于400mm。筏板基礎(chǔ)應(yīng)該是雙向鋼筋網(wǎng)片配置，分別在板上表面和底部，鋼筋間距不小于150mm，不應(yīng)該大于300mm;受力鋼筋直徑不宜小于12mm。梁板式筏基梁寬小于柱寬時，可將肋梁在柱邊加腋，并滿足構(gòu)造要求。墻柱的縱向鋼筋貫通基礎(chǔ)梁，并從梁上皮起滿足錨固長度的要求。 3、樁基礎(chǔ)選擇問題。當(dāng)前，各高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中墨守成規(guī)，沒有做到因地制宜;此外，樁的承載力技術(shù)、承載力取值等技術(shù)還有待提高。選擇樁基和承臺的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)類型、荷載大小通過土壤和樁，樁端支承層土壤、地下水位、施工條件和經(jīng)驗(yàn)，樁材料供應(yīng)等因素綜合考慮。樁基豎向承載力、水平承載力和隆起承載力等，應(yīng)基于靜載試樁結(jié)果，以確保安全和經(jīng)濟(jì)。測試樁在樁長度、不同巖土采取逆向選擇，根據(jù)勘察報告提供的樁基和樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法的樁基承載力可作為設(shè)計(jì)參考。甲級設(shè)計(jì)等級的樁基礎(chǔ)、建筑體型復(fù)雜或樁端以下存在軟弱土層的乙級設(shè)計(jì)等級的樁基礎(chǔ)、樁基沉降的樁基施工和摩擦樁在樁基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行沉降計(jì)算。或受到高水平的永久性建筑物水平位移的嚴(yán)格的樁基，應(yīng)檢查其水平位移。

4、箱形基礎(chǔ)平面尺寸確定問題。箱形基礎(chǔ)平面尺寸確定不夠嚴(yán)謹(jǐn)，隨意性較大，也沒有根據(jù)負(fù)荷大小和布局的上部結(jié)構(gòu)和地基土承載力等因素確定，深藏安全隱患。因此，箱形基礎(chǔ)應(yīng)該是毗鄰建筑在外墻，內(nèi)墻沿上部結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)或剪力墻位置統(tǒng)一布局，墻水平截面面積不應(yīng)小于尺寸的箱形基礎(chǔ)墻外包1/10的水平投影面積。基本平面長寬比大于4箱形基礎(chǔ)，其垂直和水平截面面積不應(yīng)小于外壁箱形基礎(chǔ)外包規(guī)模1/18的水平投影面積。高度的箱形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來滿足承載力、剛度和建筑使用功能的要求，一般不應(yīng)少于1/20的箱形基礎(chǔ)的長度，且不應(yīng)小于3米，此處箱基長度不計(jì)墻外懸挑板部分。箱形基礎(chǔ)墻開口應(yīng)該集中在列之間的部分，洞口和承載力的過梁需要的計(jì)算。

五、結(jié)束語

總而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面尤其重要。所謂“地基不牢地動山搖”，基礎(chǔ)如果不打好，那么建筑物就會出現(xiàn)嚴(yán)重問題，輕則建筑出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重可導(dǎo)致整個高層建筑傾塌。因此，對高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和探索意義重大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡文湛：淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，《江西建材》，2006年1月.

（作者單位：河南益友建設(shè)工程有限公司）