浅谈高层建筑物基础选型及优缺点

浅谈高层建筑物基础选型及优缺点摘要高层建筑物基础的选型对整个工程的造价、工期、安全等有极大影响。首先比较高层建筑基础与中低层建筑基础的不同,重点分析5种不同高层建筑基础的优缺点,为高层建筑基础的选型提供参考。关键词高层建筑;基础;选型;适用范围;优缺点高层建筑的地基基础是高层建筑结构最重要的组成部分,它涉及到整个高层建筑结构的经济与安全问题。尤其在高层建筑密集的大城市,其地震设防等级高,风载大,工程地的质条件差,并且大多数城市地下水位较高。同时,高层建筑的体型日趋复杂,地基基础类型多变,所有这些因素,都给高层建筑地基基础的设提出了更高的要求。基础的选型合理与否,将对整个工程的造价,工期,安全等有极大影响。1高层建筑基础与中低层建筑基础区别1)工程造价比较高,基础方案的选择需要更准确可靠的工程地质勘察资料和更全面深入的分析比较,才能做出既符合安全质量要求,又经济合理的地基评价和设计处理方案。2)对不均匀沉降比较敏感,受压深度比较深,需要更确切的变形指标和计算方法。3)基础埋深或要求处理地基的深度比较深,与现有施工条件及设备、材料的关系比较密切。4)对地基的承载力要求比较高,除了垂直荷载比较大以外,还需要考虑水平风力和地震力的稳定性。2高层建筑基础类型及其优缺点2.1桩基础桩基础又称桩基,是一种古老且又常见的深基础形式,是深基础中最重要的一种。1)适用范围。不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它主要的建筑物;作用有较大水平力和力矩的高耸结构物(如烟囱、水塔等);地下水位或地表水位较高,施工排水困难时;软弱地基或某些特殊性土的各类永久性建筑;需要减弱其动力影响的动力机器基础或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施;重型工业厂房和荷载很大的建筑物,如仓库、料仓等。2)优缺点。桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降稳定快、沉降量小的特点,可以抵抗上拔力和水平力,又是抗震液化的主要手段,适用于机械化施工,且能适应各种复杂地质条件。当地基上部软弱而在桩端可达的深度处埋藏有坚实地层时,最宜采用桩基。桩基础属于地下隐蔽工程,尤其是灌注桩,很容易出现缩颈、断桩或沉渣过厚等质量缺陷,影响桩身结构完整性和单桩承载力,造成工程安全隐患。所以施工质量也是桩基设计很重要的环节。桩基础的工程造价较高。3)高层建筑桩基础的特点。①桩支承于坚硬的持力层上,具有很高的竖向承载力,足以承担高层建筑的全部荷载。②凭借巨大的单桩竖向刚度或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力,能抵御风和地震引起的水平荷载与力矩荷载,保证高层建筑的抗倾覆稳定性。③桩基具有很高的群桩刚度(摩擦型桩)或竖向单桩刚度,在建筑自重或相邻荷载影响下,不会产生过大的不均匀沉降,并能保证建筑物的倾斜不超过允许范围。④箱筏承台底土分担上部结构荷载。桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌于基岩,在地震引起浅层土液化与震陷的情况下,桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力,从而确保高层建筑的稳定,不产生过大的沉陷与倾斜。2.2筏形基础筏形基础是底板连成整片形式的基础,亦称筏板基础、片筏基础、满堂红基础。它既可用于墙下,也可用于柱下。可以分为梁板式和平板式两类。1)适用范围及优缺点。筏形基础以其成片覆盖于建筑物地基的较大面积和完整的平面连续性为明显特点,它不仅易于满足软弱地基承载力的要求,减少地基的附加应力和不均匀沉降,还具有其它基础不具备的功能,例如:增强建筑物的整体抗震性能;能跨越地下浅层小洞穴和局部软弱层;作为水池、油库等的防渗底板;提供地下比较宽敞的使用空间;有地下室或架空地板的筏基还具有一定的补偿性;能适应位于其上的工艺连续作业和设备重新布置的要求。筏板基础不足之处在于:由于平面面积较大,且厚度有限,造成它具有有限的抗弯刚度,无力调整过大的沉降差异,尤其是对于土岩结合地基等软弱明显不均的情况,就需局部处理才能适应;在局部荷载下,既要有正弯矩钢筋,也要有负弯矩钢筋,还需有一定数量的构造钢筋,因此,经济指标较高。2)发展现状。对地基条件好的高层建筑,优先考虑天然地基。筏形基础较箱形基础更有利于地下空间的开发利用,将有更大的发展。在解决混凝土收缩裂缝的基础上,逐步减少后浇缝的设置,促进大体积混凝土的施工。地基的加固处理方面的成就,也将会促进筏板基础的应用。相信筏板基础的应用前景会更广阔。2.3箱形基础箱形基础是由顶、底板和纵、横墙板组成的空间盒式结构。它的纵横墙设置必须符合一定刚度要求,因此,具有极大的刚度。箱形基础一般有较大的基础宽度和基础埋深。1)适用范围。高层建筑为了满足地基稳定性的要求,防止建筑物的滑移与倾覆,不仅要求基础整体刚度大,而且需要埋深大,常采用箱形基础。对于一些地震设防等级较高的地区,可根据抗震要求而选用箱形基础。2)优缺点。①箱基的整体性好、刚度大,由于箱基是现场浇筑的钢筋混凝土箱型结构,整体刚度大,可将上部结构荷载有效地扩散传给地基,同时又能调整与抵抗地基的不均匀沉降,并减少不均匀沉降对上部结构的不利影响。②箱基沉降量小,箱基的基槽开挖深,面积大,土方量大,而基础为空心结构,以挖除土的自生来抵消或减少上部结构荷载,属于补偿性设计,由此可以减小基底的附加应力,使地基沉降量减小。③箱基抗震性能好,箱基为现场浇筑的钢筋混凝土整体结构,底板、顶板与内外墙厚度都较大。箱基不仅整体刚度大,而且箱基的长度、宽度和埋深都大,在地震作用下箱基不可能发生滑移或倾覆,箱基本身的变形也不会很大。因此箱基上一种具有良好抗震性能的基础形式。④箱基的用料多,工期长,造价高,施工技术比较复杂,尤其当进行深基坑开挖时要考虑人工降低地下水位、坑壁支护和对相临建筑的影响问题。此外,还要对箱基地下室的防水、通风采取周密的措施。2.4桩筏基础当受地质条件限制,单桩承载力不很高,且不得不满堂布桩或局部满堂布桩才足以支承建筑荷载时,常通过整块钢筋混凝土板把柱墙(筒)集中荷载分配给桩。习惯上将这块板称为筏,故称这类基础为桩筏基础。筏可做成梁板式或平板式。桩筏基础主要适用于软土地基上的筒体结构、框剪结构和剪力墙结构,以便借助十高层建筑的巨大刚度来弥补基础刚度的不足。2.5桩箱基础桩箱基础是由具有底顶板外墙和若干纵横内隔墙构成的箱形结构把上部荷载传递给桩的基础形式。由于箱体刚度很大,具有调整各桩受力和沉降的良好性能,在软弱地基上建造高层建筑时较多地采用桩箱基础。桩箱基础是一种可以在任何适用于桩基的地质条件下建造任何结构形式的高层建筑的“万能式桩基”。3结语高层建筑地基基础方案的选型,必须充分掌握设计的主要依据,特别是岩土工程勘察资料,一定要真实可靠。对同一建筑而主,不同的基础形式会有不同的工程造价。设计人员因地制宜选择基础形式,提高基础设计的可靠性,有效控制工程造价。参考文献[1]陆卫东.对高层建筑基础设计优化的探讨[J].中国工程咨询,2004,11:37-38.[2]杨佳平.长春市高层建筑基础的选型与优化[D].长春:吉林大学硕士论文,2006.[3]陈希哲.土力学与地基基础[M].北京:清华大学出版社,2007.