(完整word版)高層建筑及復(fù)雜和超高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計.doc

1、高層建筑及復(fù)雜和超高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計摘要： 為保證高層建筑使用過程的安全性， 延長使用壽命， 提出加強高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計的建議。 本文首先淺談高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計的特征， 其次探討了嵌巖樁、 平板式筏形、 樁筏等基礎(chǔ)形式的特征及施工工藝等，最后分析了建筑基礎(chǔ)設(shè)計的相關(guān)注意事項。希望與同行共同分享施工經(jīng)驗，共同優(yōu)化高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計效果，推動建筑行業(yè)健穩(wěn)、持久發(fā)展進程。在當代生活中，高層建筑與超高層建筑逐漸興起，與傳統(tǒng)建筑不同的是，高層建筑與超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計上均有著不同程度的復(fù)雜性。人們的居住需求和審美需求，同時對復(fù)雜高層和超高層建筑提出了相當高的要求。本文主要針對復(fù)雜高層和超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行

2、分析。關(guān)鍵詞： 高層建筑；基礎(chǔ)設(shè)計；基礎(chǔ)形式；施工工藝；復(fù)雜高層；超高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計1 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計特征在對任何建筑物基礎(chǔ)設(shè)計之前，一定要獲得足夠的材料，這些材料包括兩大部分，即地質(zhì)資料、與上部結(jié)構(gòu)相關(guān)的資料。高層建筑通常需要更詳細的資料，在分析地質(zhì)材料過程中，應(yīng)對地基類型作出科學(xué)判斷并考慮其可能出現(xiàn)的問題，重點研究土層的分布規(guī)律，探查地下、地面水的活動情況；在分析上部結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)重視建筑物體型的復(fù)雜性、結(jié)構(gòu)類型及其傳力體系。所有的成功的基礎(chǔ)工程均應(yīng)符合如下各項穩(wěn)定性及變形要求1 ：（ 1）深埋足以防止基礎(chǔ)底部物質(zhì)朝向側(cè)面擠出，這對優(yōu)化單獨基礎(chǔ)及筏形基礎(chǔ)施工質(zhì)量均有很大現(xiàn)實意義。（2）埋

3、深應(yīng)在凍融以及植物生長誘發(fā)的季節(jié)性體積改變區(qū)段以下。（3）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在抗傾覆、轉(zhuǎn)動、滑動或防止土破壞等方面必需是安全的。（4）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有較大能力去應(yīng)對后續(xù)在場地或施工規(guī)格尺寸方面作出的改變，并且在出現(xiàn)重大改變時便于調(diào)整。（5）從基礎(chǔ)設(shè)計采用的方法進行分析，其應(yīng)具有經(jīng)濟性。2 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計時的常用形式2.1 嵌巖樁基礎(chǔ)又被叫做嵌巖墩，樁體下段帶有澆筑在巖體內(nèi)的鉆孔灌注樁，且其長度適宜。 樁端嵌入巖體內(nèi)的樁被叫做嵌巖樁。在對高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計過程中，已知上部結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)到基礎(chǔ)地面的載荷處于較高水平，故而通常會把結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的微風(fēng)化巖層或一定厚度的中風(fēng)化巖層設(shè)為持力層，上部結(jié)構(gòu)荷載傳導(dǎo)至巖層過程中嵌巖樁

4、發(fā)揮媒介作用。采用嵌巖樁基礎(chǔ)設(shè)計高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，樁尖承載能力較大，且樁側(cè)與土兩者之間還會形成一定摩擦力，促進持力層變形量趨于零，很容易符合上部結(jié)構(gòu)荷載對基礎(chǔ)承載能力提出的要求，且設(shè)計期間計算流程相對簡易，但施工周期相對較長，樁身施工結(jié)束后一定要等到混凝土強度達到設(shè)計要求強度時，方可檢測樁身質(zhì)量，這會進一步延長工期，增加造價成本2 。2.2 平板式筏形基礎(chǔ)平板式筏形是以天然地面為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種基礎(chǔ)形式，其施工期間對施工場地進行平整處理，使用壓路機碾壓地表土碾壓，確保其密實度符合設(shè)計要求，在較密實的持力層，對鋼筋混凝土平板進行澆筑施工，該平板是建筑物的基礎(chǔ)。筏形基礎(chǔ)是現(xiàn)階段高層建筑中常用的基

5、礎(chǔ)形式，其具有剛度大、結(jié)構(gòu)完整性優(yōu)良等特征，可以實現(xiàn)對上部結(jié)構(gòu)荷載的有效分散，進而降低基底壓力，實現(xiàn)對不勻稱沉降的有效調(diào)整，還能夠跨越地基土局部軟弱區(qū)或溶洞，其在抗?jié)B透性方面體現(xiàn)出很大優(yōu)越性。在現(xiàn)實施工實踐中，筏形基礎(chǔ)常用的形式主要有平板、梁板兩類。梁板式筏形內(nèi)的基礎(chǔ)梁既能正放還能反放，正梁筏具有板面平整度高、利于排水、便于使用等優(yōu)點，但其施工流程較繁雜；反梁筏板盡管施工流程較簡單，但在排水與使用時需安設(shè)架空地坪 3 。整體分析，平板式筏形基礎(chǔ)施工便捷、模板樣式簡單、卷材防水施工較簡單，故而在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計施工中有較寬廣的應(yīng)用前景。2.3 樁筏基礎(chǔ)基巖層所處地層相對較深是國內(nèi)沿海城市的巖土地

6、層結(jié)構(gòu)主要特點，因為嵌巖樁基礎(chǔ)基本上不能實現(xiàn)，故而只能選用樁基礎(chǔ)，但由于摩擦樁的承載能力偏低，部分情況下難以迎合高層建筑上部結(jié)構(gòu)荷載對基礎(chǔ)承載能力提出的要求，因此該區(qū)段高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計可選擇樁筏基礎(chǔ)形式。樁筏基礎(chǔ)為樁基與筏板基礎(chǔ)的總稱，樁基絕非是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其屬于人工地基，筏板為組成基礎(chǔ)的重要結(jié)構(gòu)之一，部分有地下室的建筑經(jīng)常使用筏板基礎(chǔ)，在荷載相對較大、地基土承載能力無法符合上部結(jié)構(gòu)荷載或沉降要求時，建議選用樁筏基礎(chǔ)，樁土的協(xié)同合作是該種基礎(chǔ)形式的運行機制。在地基土沉降、收縮、固結(jié)等物化過程中和樁體形成良好的協(xié)調(diào)關(guān)系，進而構(gòu)件穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，此時筏板底土層和摩擦樁同時承擔(dān)了上部結(jié)構(gòu)傳遞荷載。對筏

7、板基礎(chǔ)進行整體分析，發(fā)現(xiàn)其四周應(yīng)力水平處于最大層面上，所以在設(shè)計基礎(chǔ)時應(yīng)確保筏板四周樁均勻布置，加密樁體的間距，筏板內(nèi)部最好使用梅花形布置 4 。分析到摩擦樁的特點，應(yīng)加強樁身內(nèi)徑的適宜性，結(jié)合沖切、抗彎、抗剪要求等規(guī)劃筏板厚度。2.4 沉管灌注樁沉管灌注樁是建筑基礎(chǔ)中一種多種樁基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)形式使用振動沉樁或錘擊打樁設(shè)備，把附有鋼筋混凝土的樁尖、帶有活瓣式樁靴的鋼管送入土內(nèi)，形成樁孔，鋼筋籠置入其中并對混凝土進行澆筑，繼而將套管拔出，借用拔管過程中產(chǎn)生的振動作用振搗混凝土，最后形成符合設(shè)計要求的灌注樁。和常規(guī)鉆孔灌注樁相比較，沉管灌注樁規(guī)避了由樁尖浮土引起的持力不足、樁身沉降等問題，并較明顯的

8、改善樁體表層浮漿現(xiàn)象，使用該種基礎(chǔ)形式有益于減少材料的耗用量。但施工質(zhì)量控制難度較大，如果拔管過快可能會誘發(fā)樁身縮頸現(xiàn)象。因為采用的擠土樁，那么很可能在擠土效應(yīng)的作用下導(dǎo)致預(yù)先澆注的樁身出現(xiàn)傾斜、斷裂甚至錯位等不良情況。該種工藝在土質(zhì)較復(fù)雜、疏松的地區(qū)中體現(xiàn)出較好適用性，但若土層內(nèi)存有體積較大的孤石，則就會造成該工藝難以運行，此時需要調(diào)整其他工藝穿過孤石。3 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計的注意事項（ 1）重視地基基礎(chǔ)等級的設(shè)計。有關(guān)規(guī)范中，結(jié)合地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模及功能特征等條件，把地基基礎(chǔ)的設(shè)計分為三個等級，并明確地基基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)滿足如下要求：全部建筑物的地基承載力設(shè)計一定要符合要求；針對屬于甲、乙

9、等級的建筑，應(yīng)對其地基變形量進行驗算。（ 2）抗浮設(shè)計時要區(qū)分現(xiàn)實情況進行抗浮驗算：驗算建筑物抗浮能力應(yīng)符合：建筑物永久荷載 / 水浮力 1.0 ，其中，永久荷載取標準值。若高層建筑主體基礎(chǔ)、裙房地下結(jié)構(gòu)空間兩者合二為一時，均應(yīng)用樁基，可利用抗拔樁去應(yīng)對抗浮問題 5 。（ 3）設(shè)置地下時，對基礎(chǔ)設(shè)計與整體結(jié)構(gòu)形成的影響有全面了解。比如，挖掘地下室的深基坑，其會對天然地基或復(fù)合地基的基礎(chǔ)能發(fā)揮很大的卸載、補償作用，進而降低地基的附加壓力，增加了地基承載力的計算值。1 復(fù)雜高層與超高層建筑特點復(fù)雜高層是指建筑物帶有轉(zhuǎn)換層、 加強層、錯層、連體結(jié)構(gòu)和多塔樓結(jié)構(gòu)等， 屬于比較復(fù)雜的建筑高層。具有超高的

10、容納量，形狀獨特，是現(xiàn)代生活的產(chǎn)物，可以滿足當代現(xiàn)代人的審美觀，在主流審美中備受歡迎。而超高層建筑，一般是指 200m以上的建筑物，一般用于辦公等。為了緩解土地矛盾，時代下的產(chǎn)物。不同于普通的建筑工程，復(fù)雜高層和超高層的建筑設(shè)計都要更加復(fù)雜一些，考慮的因素也要更多一些，這也就導(dǎo)致了復(fù)雜高層和超高層建筑在施工上的困難。若想在復(fù)雜高層和超高層建筑安全的基礎(chǔ)上，滿足居民的舒適體驗和審美體驗，必須要對復(fù)雜高層和超高層建筑的影響因素、設(shè)計重點進行深入分析，才能保證建筑物能夠滿足人們的各項需求，受到人們青睞。2 影響復(fù)雜高層和超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素2.1 地基因素地基因素是建筑物建設(shè)的基礎(chǔ)。 雖然我國土地資

11、源遼闊， 但具體情況具體分析， 不同地區(qū)之間的地質(zhì)差異還是相當明顯的。不同的地質(zhì)條件，施工條件不同，設(shè)計方案也不同。在進行復(fù)雜高層和超高層建筑設(shè)計時，必須首先考慮地基因素，對地基的復(fù)雜程度進行模擬，然后將可能受影響的因素在模擬的建筑物上表現(xiàn)出來，以此來推斷建設(shè)條件。另外，要嚴格審查地質(zhì)勘查報告，分析地質(zhì)各種數(shù)據(jù)，比如地基的穩(wěn)定性、承載力、 變形程度等方面， 都要有一個明確的認知和數(shù)據(jù)， 以此為依托， 為建筑物設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范當中所規(guī)定的抗力限制以及作用效應(yīng)，進行合理的建筑工程基礎(chǔ)選型，保障建筑工程的安全性。地基與建筑物的使用質(zhì)量存在直接關(guān)系，無論是開展什么建筑，地基都

12、是首先要考慮的因素之一。2.2 施工技術(shù)與建筑材料因素科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達， 復(fù)雜高層和超高層建筑也越來越常見， 建設(shè)復(fù)雜高層和超高層建筑離不開科學(xué)技術(shù)的支持。正是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為復(fù)雜高層和超高層建筑的建設(shè)提供了先決條件，這也正是影響其建筑結(jié)構(gòu)的一個重要因素。而建筑材料因素，假若在建造過程中“偷工減料”，或者是應(yīng)用劣質(zhì)材料，對建筑物的安全造成了非常大的威脅。因此，建造人員在建造過程中應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)材料，應(yīng)用新科技技術(shù)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，促進復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。2.3 其他建筑功能需求的影響相對于普通建筑，高層建筑和超高層建筑的要求要更高一點，在使用過程中， 尤其使受風(fēng)力因素影響嚴重

13、，樓層越高，受風(fēng)因素影響越大。所以在建造（超）高層建筑時，就應(yīng)該提前做好有關(guān)風(fēng)荷載的相關(guān)措施。另一方面，需求比較突出的就是地震，雖然我國地震災(zāi)害發(fā)生頻率并不是很嚴重，但在建筑物設(shè)計過程中，地震因素是必須要考慮進去的一個重要因素。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對這些因素考慮的范圍也越來越周到， 設(shè)計的建筑物功能愈加完善， 且更符合我國當下所倡導(dǎo)的 “綠色環(huán)?！?理念， 緊跟時代潮流步伐，滿足人們生活需求。3 復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念3.1 首先要選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)方案和類型不管是開展哪一種建筑物的設(shè)計與建造，都要為其選擇一種合適的建筑結(jié)構(gòu)方案和類型。復(fù)雜高層和超高層建筑的設(shè)計方案選擇具有復(fù)雜性和特

14、殊性，必須立足實際情況，進行實地考察研究，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)進行分析，才能選擇出一種合適的建筑結(jié)構(gòu)方案和類型。如果不進行實地考察，只紙上談兵，那么很可能會造成實際情況與建筑結(jié)構(gòu)方案不符合的情況，后期會造成巨大的損失，若想對其調(diào)整，勢必會造成大量的人力物力資源浪費，嚴重甚至?xí)绊懙秸麄€施工過程的進度。所以在選擇建筑結(jié)構(gòu)方案時，一定要深入實地考察，立足于實際情況，結(jié)合專業(yè)知識再去確認建筑結(jié)構(gòu)方案。我國雖然土地資源遼闊，可地區(qū)與地區(qū)之間存在相當大的差異，真正能適合復(fù)雜高層與超高層建筑的地方并不多。在開展復(fù)雜高層與超高層建筑時，要確定建筑結(jié)構(gòu)類型， 對當?shù)赝寥肋M行全面分析， 判斷此土壤是否適合建設(shè)復(fù)雜高層

15、和超高層建筑。根據(jù)土壤的實際情況，選擇相應(yīng)的施工機械與建筑材料，還可以有效的減少工程的成本造價，以便于發(fā)揮更好的資金利用。3.2 抗測力體系因素抗測力體系的合適與否直接關(guān)系著建筑物的安全質(zhì)量。 抗側(cè)力體系選擇不合適， 很容易對建筑物造成安全隱患，影響建筑物的安全性和穩(wěn)定性。復(fù)雜高層和超高層建筑樓層較高，結(jié)構(gòu)建筑也比較復(fù)雜，所以在選擇抗側(cè)力體系時，要針對當前的實際情況，針對高層建筑的樓層高度，選擇合適的抗側(cè)力體系。舉個例子，假如建筑物高度比較高，則可以考慮采用框架核心筒體系。如果是超高層建筑，甚至一度超過了 300m，那就需要對巨住框架、核心筒、 巨型支撐等多種抗側(cè)力體系共同作用，共同保證建筑物

16、的安全性。而如果是復(fù)雜高層，建筑物還不到 100m的時候，可以主動關(guān)注一下剪力墻體系，對工作人員要求比較嚴格，需要工作人員具備一定的知識儲備，根據(jù)不同的接觸情況，選擇不同的抗測力體系。3.3 優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計一般建筑物的重心較低， 在地震等災(zāi)害降臨的時候， 會更加安全一些。 但復(fù)雜高層和超高層建筑的特殊性，樓層較高，受地震等災(zāi)害影響也較大，危險指數(shù)也會相對高一些。為了確保這些建筑物的安全性，必須要從設(shè)計上就要考慮這些因素所造成的影響。首先是建筑材料，可以選擇一些抗震性能好的建筑材料，從根本上保證建筑物的安全性。建筑構(gòu)建上也可以選擇承載力較大一些的構(gòu)建，可以有效避免地震能量擴散，降低地震的危害程

17、度。在涉及建筑結(jié)構(gòu)時，要對現(xiàn)場的地震指數(shù)進行勘探，應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)，綜合分析抗震指數(shù)，與抗震措施，使建筑物擁有良好的抗震功能。3.4堅持經(jīng)濟適用理念因為復(fù)雜高層與超高層建筑的特殊性、復(fù)雜性， 就決定了在建造復(fù)雜高層與超高層建筑時，施工難度加大。在設(shè)計兩者建筑結(jié)構(gòu)是，不僅是需要的圖紙復(fù)雜多樣，其中所摻雜的人員因素與影響因素更是參差不齊，如此一來，復(fù)雜高層與超高層建筑的施工成本在本來就不低的基礎(chǔ)上，必然會上升。而一旦施工成本預(yù)算過高，建筑行業(yè)的收益肯定要下降，降低了建筑行業(yè)的利潤，不利于建筑行業(yè)的健康發(fā)展。所以在設(shè)計建造復(fù)雜高層與超高層建筑過程中，要堅持經(jīng)濟適用原則，在堅持質(zhì)量的原則下，選擇性價

18、比最高的產(chǎn)品。比如，選擇最優(yōu)的設(shè)計方案，降低圖紙設(shè)計難度，從而降低建筑結(jié)構(gòu)整體的復(fù)雜性，就可以減少施工成本，人力成本，物力成本。在人力成本上，專精不專多，要選擇綜合素質(zhì)較高的工作人員，以防造成不必要的成本浪費還有偷工減料的現(xiàn)象。在建筑材料的選擇上，在保證質(zhì)量的原則下，選擇物美價廉、性價比高的材料。根據(jù)材料的使用周期，分批次進行材料選購，最大程度保證材料的使用率，以此來充分提高資金的利用率，減少預(yù)算成本，增加建筑行業(yè)的效益，促進建筑行業(yè)的發(fā)展。4 結(jié)束語在高層建筑施工中， 基礎(chǔ)工程在整個工程中的造價占據(jù)很大比重， 不同基礎(chǔ)形式造價之間存在較大差距。故而，在現(xiàn)實施工實踐中，應(yīng)嚴格結(jié)合工程地質(zhì)、建筑物結(jié)構(gòu)形式的特征，有針對性的選擇基礎(chǔ)形式。設(shè)計人員在對高層建筑基礎(chǔ)選型設(shè)計期間，應(yīng)結(jié)合多方因素，進而采用正確的方法去設(shè)計，以保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，優(yōu)化高層建筑施工質(zhì)量，協(xié)助施工單位獲得良好效益。在當今社會，復(fù)雜高層和超高層建筑越來越興起，人們對復(fù)雜高層和超高層建筑也越來越關(guān)注。復(fù)雜高層和超高層建筑具備一定的設(shè)計復(fù)雜性，所以在建造起來要比其他建筑施工難度更大一些，如何在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，滿足人們的舒適體驗與審美體驗，是建筑行業(yè)下一步應(yīng)該思考的問題。在建造過程中，堅持經(jīng)濟適用理念，應(yīng)用新科技新手段，確保復(fù)雜高層與超高層的建筑能與時俱進，切實滿足人們的各項需求。參考文獻1 張長浩 . 關(guān)于