小高層建筑基礎設計(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上小高層建筑基礎設計【摘要】: 本文在介紹小高層建筑常用基礎類型及設計計算方法的基礎上，結合具體的工程實例，詳細的闡述了小高層建筑設計的內(nèi)容和方法。【關鍵詞】:小高層建筑樁筏基礎 基礎設計基礎是房屋結構的重要組成部分，房屋所受的各種荷載都要經(jīng)過基礎傳至地基。由于小高層建筑層數(shù)多、上部結構荷載較大，導致使其基礎具有埋置深度大，材料用量多，施工周期長，工程造價高等特點。為此，小高層建筑基礎設計時應滿足以下幾方面的要求：(1)基礎的總沉降量和差異沉降量滿足規(guī)范規(guī)定的允許值；（2）滿足天然地基或復合地基承載力及樁基承載力的要求；（3）地下結構滿足建筑防水的要求；（4）預先估計在

2、基礎施工過程中對毗鄰房屋或市政設施的影響，并盡可能避免或減輕這種影響和干擾。1基礎的選型應選用整體性好、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)不均勻沉降的基礎形式。天然地基上的筏形基礎比較經(jīng)濟，宜優(yōu)先采用；必要時也可采用箱形基礎；當?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，也可采用交叉梁基礎或其它基礎形式；當?shù)鼗休d力和變形不能滿足設計要求時，可采用樁基或復合地基?；A是否發(fā)生傾斜是小高層建筑是否安全的關鍵因素。小高層建筑由于質(zhì)心高、荷載大，對基礎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

3、可能隨之增長，直至地基變形穩(wěn)定為止。因此，為減少基礎產(chǎn)生傾斜，應盡量使結構豎向荷載重心與基礎平面形心相重合，當偏心難以避免時，應對其偏心距加以限制。高層規(guī)程規(guī)定，在地基土比較均勻的條件下，箱形基礎、筏形基礎的基礎平面形心宜與上部結構豎向永久荷載重心重合。當不能重合時，偏心距e宜符合下式要求：（式1）與偏心方向一致的基礎地面邊緣抵抗矩（）；A基礎底面面積（）。對低壓縮性地基或端承樁基的基礎，可適當放寬偏心距的限制。按上式計算時，裙房與主樓可分開考慮。2基礎的埋置深度小高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度，這主要是考慮了以下幾方面的因素：（1）增大基礎埋深可保證高層建筑在水平荷載（風和地震作用）作用下

4、的地基穩(wěn)定性，減少建筑的整體傾斜，防止傾覆和滑移，利用土的側限形成嵌固條件，保證小高層建筑的穩(wěn)定；（2）由于基礎增大埋深，可使地基的附加壓力減小，且地基承載力的深度修正也加大，則可以提高地基的承載力，減少基礎的沉降量；（3）增大基礎埋深，可使地下室外墻與土體之間的摩擦力和被動土壓力增大，從而限制了基礎在水平荷載作用下的擺動，使基礎底面上反力分布趨于平緩；（4）地震作用下結構的動力效應與基礎埋置深度關系較大，增大埋深，可使阻尼增大，結構的地震反應減小，而且土質(zhì)越軟，埋置深度越大，地震反應減小得越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。實測表明，有地下室的建筑地震反應可降低（2030）?；A的埋置深度對

5、房屋造價、施工技術措施、工期以及保證房屋正常使用等都有很大的影響?；A埋置太深，還會增加房屋的造價；而埋置太淺，通常又不能保證房屋的穩(wěn)定性。因此，基礎設計時應根據(jù)實際情況選擇一個合理的埋置深度。當基礎直接擱置在基巖上時，可以不考慮埋深的要求，但一定要做好地錨，保證基礎不發(fā)生滑移。3小高層建筑常用基礎形式（1）筏形基礎設計筏形基礎也稱為片筏基礎或筏式基礎，是小高層建筑中常用的一種基礎形式，它適用于小高層建筑地下部分用做商場、停車場、機房等大空間房屋。筏形基礎具有整體剛度大，能有效地調(diào)整基底壓力和不均勻沉降，并有較好的防滲性能；同時，天然地基上的筏形基礎以整個房屋下大面積的筏片與地基相接觸，可使地

6、基承載力隨著基礎埋深和寬度的增加而增大，使基礎的沉降隨著埋深的增加而增大，因而它具有減小基底壓力和調(diào)整不均勻沉降的能力。1）筏形基礎尺寸的確定筏形基礎的平面尺寸應根據(jù)地基土的承載力、上部結構的布置及其荷載的分布等因素確定。在確定基礎平面尺寸時，為避免基礎發(fā)生過大的傾斜和改善基礎受力狀況，應使基礎平面形心與上部結構豎向荷載重心之間的偏心距滿足要求；否則，可通過改變基礎底板在四邊的外伸長度來調(diào)整基底的形心位置，或采取減小柱荷載差的措施，調(diào)整上部結構豎向荷載的重心，盡可能使上部結構豎向荷載的重心與基礎平面的形心相重合。當滿足地基承載力時，筏形基礎的周邊不宜向外有較大的伸挑擴大。當需要外挑時，其外挑長

7、度一般不宜大于同一方向邊跨柱距的1/41/3,同時宜將肋梁伸至筏板邊緣；周邊有墻的筏形基礎，其外挑長度一般為1m 左右，也可不外伸。2）筏形基礎的基底反力及內(nèi)力計算筏形基礎的設計方法，根據(jù)采用的假定不同可分為剛性板方法和彈性板方法兩大類。彈性板方法又可分為經(jīng)典解析法、數(shù)值分析法（如有限差分法、有限單元法和樣條函數(shù)法）和等代交叉彈性地基梁法等；彈性板方法雖未考慮上部結構的作用，但考慮了地基與基礎的相互作用，與實際情況較為符合。剛性板方法也稱為倒樓蓋法，常用的有板帶法和雙向板法，該方法既不考慮上部結構剛度，也不考慮地基、基礎的相互作用，即假定基礎為絕對剛性，地基反力呈直線分布。由于剛性板方法較為簡

8、單，且在多數(shù)情況下也能滿足工程計算的需要，在工程中得到了廣泛應用。本節(jié)僅介紹剛性板方法。當?shù)鼗帘容^均勻，上部結構剛度較好，平板式筏形基礎的厚跨比或梁板式筏形基礎的肋梁高跨比不小于1/6，柱間距及柱荷載的變化不超過20時，小高層建筑的筏形基礎可僅考慮局部彎曲作用，按倒樓蓋法（即剛性板方法）進行計算。按剛性板方法計算時，假定基礎底板相對于地基而言是絕對剛性的，則筏形基礎的內(nèi)力可按基底反力直線分布進行計算。當不符合上述條件，如地基比較復雜、上部結構剛度較差，或柱荷載及柱間距變化較大時，筏形基礎的基底反力宜按彈性板方法進行計算。對平板式筏形基礎，當一個計算單元荷載相差不超過20%時，可將地基反力視為

9、均勻分布，按柱網(wǎng)劃分為縱、橫兩個方向的柱下板帶和跨中板帶，采用無梁樓蓋中的計算方法，如等代框架法、經(jīng)驗系數(shù)法等，可進行柱下板帶和跨中板帶的內(nèi)力分析。對柱下板帶中，柱寬及其兩側各0.5 倍板厚且不大于1/4 板跨的有效寬度范圍內(nèi)，其鋼筋配置量不應小于柱下板帶鋼筋數(shù)量的一半，且能承受部分不平衡彎矩。梁板式筏形基礎內(nèi)力計算當框架的柱網(wǎng)在縱橫兩個方向上尺寸的比值小于2，且在柱網(wǎng)單元內(nèi)不再布置次肋梁時，可將筏形基礎近似地視為一倒置的樓蓋，地基凈反力作為荷載，筏板按雙向多跨連續(xù)板計算，肋梁按多跨連續(xù)梁計算，如下圖所示。由于基礎與上部結構的共同作用，致使基礎端部處的基底反力增加，圖1 梁板式筏形基礎內(nèi)力計算

10、簡圖（2）箱形基礎設計箱形基礎是由鋼筋混凝土頂板、底板、外墻和內(nèi)墻組成的空間整體結構，是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式。它具有很大的剛度和整體性，能有效地調(diào)節(jié)基礎的不均勻沉降，常用于上部結構荷載大，地基軟弱且分布不均勻的情況；由于箱形基礎的埋置深度較大，周圍土體對其具有嵌固作用，因而可以增加建筑物的整體穩(wěn)定性，并對結構抗震有較好的效果；同時，因挖除了相當厚度的土層，減少了基礎底板的附加壓力，使高層建筑可以建造在比較軟弱的天然地基上，形成所謂補償性基礎，從而取得較好的經(jīng)濟效果。但另一方面，由于形成箱形基礎的縱橫墻較多，而且墻上開洞面積也受到限制，當?shù)叵率乙笥休^大空間或建筑功能上要求較靈活布

11、置時（如地下室作為商場、停車場等），就難以采用箱形基礎。1）箱形基礎的一般規(guī)定箱形基礎的高度應滿足結構的承載力和剛度要求，并根據(jù)建筑使用要求確定。為了使箱形基礎具有一定的剛度，能適應地基的不均勻沉降，滿足使用功能上的要求，減少不均勻沉降引起的上部結構附加應力，一般不宜小于箱基長度（不計墻外懸挑板部分）的1/20，且不宜小于3m。當建筑物有多層地下室時，可以僅將最下面一層或兩層地下室設計為箱形基礎，也可將全部多層地下室設計成箱形基礎。2）箱形基礎基底反力計算確定基底反力是箱形基礎設計的關鍵問題，由于影響基底反力的因素較多，如土質(zhì)、上部結構的剛度、荷載分布和大小、基礎埋深、尺寸和形狀等，精確地確定

12、箱形基礎基底反力是一非常復雜和困難的問題，可以按照彈性地基上的梁板理論計算，不僅工作量大，且計算結果與實測值比較差別較大，因此，至今尚沒有一種可靠而實用的計算方法。3）箱形基礎內(nèi)力分析箱形基礎頂板和底板在地基反力和水壓力及上部結構傳下來的荷載作用下，上部結構剛度對基礎內(nèi)力有較大影響，由于上部結構參與共同作用，分擔了整個體系的整體彎曲應力，基礎內(nèi)力將隨上部結構剛度的增加而減小，但這種考慮共同作用的分析方法計算上比較復雜，距實際應用還有一定的距離。目前在實際工程中是根據(jù)具體的上部結構體系分別采用下述兩種計算方法。按局部彎曲計算考慮到整體彎曲的影響。縱橫方向支座鋼筋尚應有1/3 至1/2 的鋼筋連通

13、，且連通鋼筋的配筋率分別不小于0.15（縱向）、0.10（橫向），跨中鋼筋按實際需要的配筋全部連通。同時考慮局部彎曲和整體彎曲計算對不符合上述要求的箱形基礎，應同時考慮局部彎曲和整體彎曲作用。計算整體彎曲時應考慮上部結構與箱形基礎的共同作用。（3）樁基礎設計樁基礎是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式，適用于上部結構荷載較大，地基在較深范圍內(nèi)為軟弱土且采用人工地基無條件或不經(jīng)濟的情況下。樁基礎由承臺和樁身兩部分組成，承臺承受上部結構傳來的荷載，并把它分布到各根樁，在通過樁傳到深層土上；因此，在承受豎向荷載時，樁基礎的作用是將上部結構的荷載通過樁尖傳到深層較堅硬的地基中，或通過樁身傳給樁身周圍的地

14、基中；對于水平荷載，主要是依靠承臺側面以及樁上段周圍土體的擠壓力來抵抗。樁基承臺是上部結構與樁之間相聯(lián)系的結構部分，可選用柱下單獨承臺、雙向交叉梁、筏形承臺、箱形承臺。其平面形狀有三角形、矩形、多邊形和圓形等。樁基承臺的構造，除滿足抗沖切、抗剪切、抗彎承載力和上部結構的要求外，承臺的寬度不應小于500mm。邊樁中心至承臺邊緣的距離不宜小于樁的直徑或邊長，且樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不小于150mm；對于條形承臺梁，樁的外邊緣至承臺梁邊緣的距離不小于75mm。承臺的最小厚度不應小于300mm。4小高層基礎設計實例（1）工程概況某住宅樓，地下一層，地上8層（其中地下一層為人防地下室；地上均為住宅）

15、。住宅樓為框架剪力墻結構，建筑總面積為5665。建筑物耐久年限為50年；建筑類別為一類；建筑耐火等級為一級；建筑抗震烈度為8度。（2）基礎設計1）基礎選型本設計上部結構荷載適中，但地基土軟弱，持力層較深，用天然淺基礎或僅作簡單的人工地基加固仍不能滿足要求，該上部建筑物對沉降要求嚴格。因此選用樁基礎，又由于上部結構是框架剪力墻結構，承受荷載的既有框架柱又有剪力墻，故優(yōu)先考慮樁筏基礎。本設計采用平板式樁筏基礎。2）樁筏基礎設計此樁筏基礎采用不考慮共同作用的計算方法，即上部結構視為柱底（墻底）固端約束的獨立結構，用結構力學方法求出外荷載作用下結構內(nèi)力和柱底及墻底反力，然后將求出的柱底（墻底）固端力作

16、用于基礎，假設外荷載全部由樁承擔，由外荷載和單樁承載力確定樁數(shù)，再按材料力學要求或構造要求確定承臺的尺寸和配筋。3）樁型選擇、施工工藝和承臺埋深樁型選擇端承摩擦樁，施工工藝選擇鉆孔灌注樁（采用泥漿護壁），承臺底面埋深6.3m。（3）初步選擇樁斷面及持力層，估算單樁承載力，確定樁數(shù)并進行平面布置1）選擇樁端持力層，估算單樁承載力樁基持力層宜選擇在壓縮性較低的土層中，且需綜合考慮樁基承載力的要求以及布樁條件。分別選擇第層（粉質(zhì)粘土）、第層（粉質(zhì)粘土）、第層（粉質(zhì)粘土）作為樁端持力層，樁長分別為20m、26m、33m。按照建筑樁基技術規(guī)范JGJ9494中的經(jīng)驗公式確定單樁承載力標準值。2）樁數(shù)的初步

17、確定及其平面布置按照以下原則進行樁的平面布置盡可能使群樁橫截面的形心與長期荷載的合力作用點重合；盡量將樁布置在靠近承臺（筏板）的邊緣部分，以增加樁基的慣性矩；保持樁矩=（34）d左右為宜，樁在平面上的布置多采用行列式。初步選定樁長10m，樁徑400mm的樁，極限承載力為629.9kN，樁數(shù)20根。3）筏板尺寸板厚取1.4m（待沖剪驗算后最終確定），縱向外伸350mm（到外柱外邊緣），橫向外伸取800mm（到外柱外邊緣）。其下設100mm后的素混凝土墊層。（4）樁頂作用效應驗算1）上部荷載及基礎自重完全由樁來承擔（即不考慮底板下土的分擔作用），樁頂反力按直線型分布計算。2）群樁中單樁豎向承載力的

18、驗算 在荷載作用下，存在群樁效應問題，群樁承載力并不等于單樁承載力之和。根據(jù)建筑樁基技術規(guī)范JGJ94-94的規(guī)定（式2）經(jīng)計算10m的樁不能滿足要求，改選12m長的樁滿足要求。單樁承載力為735.6kN。（5）樁筏基礎沉降驗算 對于樁-筏基礎的整體沉降計算，現(xiàn)行規(guī)范沒有給出明確的規(guī)定。目前主要有兩類計算方法。一類是從樁-筏基礎的受力機理出發(fā)得到“簡易理論法”；一類是從彈性理論出發(fā)得到的半經(jīng)驗半理論公式。本設計采用的沉降計算的簡易理論方法。首先根據(jù)外荷P與地基總抗力T的大小關系確定計算模式。 一種模式為P>T的實體深基礎模式；一種模式為PT 的復合地基計算模式。經(jīng)計算知本設計為PT的復合地基計算模式。5結論小高層建筑由于既能適應現(xiàn)代居住生活要求，又可以在一定的程度上提高土地利用率、節(jié)約土地資源，得到人們的青睞。建筑基礎作為上部結構和地基之間的紐帶，其質(zhì)量優(yōu)劣直接關系到上部結構的安