高层建筑结构9高层建筑结构基础设计

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1、第9章高层建筑结构基础设计 9 1概述9 2筏形基础设计9 3箱形基础设计9 4桩基础设计 9 1概述 9 1 1高层建筑基础的常用形式 1 高层建筑结构基础要有较好的整体性 能够满足地基承载力和建筑物允许变形要求 并能调节基础的不均匀沉降 2 常用的基础形式高层建筑常用的基础形式有 1 箱形基础 2 筏形基础 3 交叉梁式基础 4 桩基础 包括预制桩和灌注桩 或复合地基 5 联合基础 桩基础与箱形基础联合使用 桩基础与筏形基础联合使用等 9 1 1高层建筑基础的常用形式 3 基础形式选定的影响因素 1 上部结构的类型 整体性和结构刚度 2 地基土条件 3 抗震设防要求 4 施工技术 5 周围

2、建筑物和环境条件 9 1 1高层建筑基础的常用形式 4 选用方法 1 一般情况下 高层建筑宜优先选用整体性较好的箱形基础和筏板基础 当层数少 高度不大高 地基情况较均匀时 可考虑采用交叉梁式基础 高层建筑通常不宜采用独立柱基础 2 当地基承载力不足 沉降量大时 可采用箱形基础 筏板基础与桩基础组合成联合基础 3 高层建筑直接建造在基岩上时 可考虑采用条形基础或单独基础 4 裙房层数少 荷重轻 面积大 当不需要设置地下室时 可采用交叉梁基础和加拉梁的独立基础 9 1 2基础的埋置深度 1 埋置深度主要考虑因素 1 防止在水平风力和水平地震作用下基础发生滑移和倾斜 提高基础的稳定性 2 增大埋深

3、可以提高地基的承载力 减少基础的沉降量 3 增大埋深后 由于箱基外侧墙的土压力 摩擦力 限制了基础的倾斜 基底下土反力的分布能趋于平缓 减少集中程度 4 增大埋深后 地面运动时 阻尼增大 输入加速度减小 震害可以减轻 2 高层建筑基础埋深取值 1 天然地基或复合地基可取房屋高度的1 15 2 桩基础可取房屋高度的1 18 桩长不计在内 9 1 2基础的埋置深度 3 基础埋深指有效埋深 1 一般自室外地坪起算 天然地基算至箱形基础 筏形基础的底板下皮标高 桩基算至承台的下皮标高 当室外地坪不等高时 应按较低的一侧起计 9 1 2基础的埋置深度 2 当高层部分基础一侧有连续地下室采光井时 土体与采

4、光井的挡土墙接触 不能对基础形成有效的侧限 起不到有效埋深的作用 因此 应用短墙将地下室侧壁与挡土墙连接 以保证水平力传递 连续采光井 9 1 2基础的埋置深度 3 主楼与裙房下的埋置深度 在不得已的情况下 可以在主楼与裙房基础之间的沉降缝中充填松散 坚硬的材料 如粗砂 使两者之间水平力可以传递 而又不妨碍各自的沉降 沉降缝对有效高度的影响 9 1 3高层部分的基础与裙房基础的连接 1 高 低层部分基础处理 1 设置沉降缝当地基土质很差 沉降量难以控制时 将高低层之间基础用沉降缝分开 2 不设缝 后浇带 当地基土质情况较好或采用桩基 高低层之间的沉降差计算比较可靠 沉降差数值较小时 则可以连成

5、整体 不设缝 当不设沉降缝时 为减少差异沉降引起的结构内力 宜在裙房一侧设置施工后浇带 后浇带的位置宜设在距主楼边的第二跨内 宽度不小于800mm 后浇带混凝土在基础施工时先不浇筑 钢筋最好是先断开 9 1 3高层部分的基础与裙房基础的连接 高低层之间留沉降缝 9 1 3高层部分的基础与裙房基础的连接 西苑饭店基础后浇带 9 2筏板基础设计 9 2 1筏形基础的形式 筏板基础特点筏板基础具有良好的整体刚度 适用于地基承载力较低 上部结构竖向荷载较大的工程 筏板基础本身是地下室的底板 厚度较大 有良好的抗渗性能 由于筏板刚度大 可以调节基础不均匀沉降 由于筏板基础不必设置很多内部墙体 可以形成较

6、大的自由空间 便于地下室的多种用途 因而能较好地满足建筑功能的要求 下图为筏板基础的一般形式 9 2 1筏形基础的形式 筏形基础的一般形式 9 2 2构造要求 1 混凝土 1 筏形基础混凝土强度等级不应低于C30 2 有防水要求时 根据下表采用 且不应小于0 6MPa 必要时可设置架空排水层 9 2 2构造要求 2 筏形基础与柱 墙的连接地下室底层柱 剪力墙与梁板式筏基的基础梁的连接构造应符合下列要求 1 当交叉基础梁的宽度小于柱截面的边长时 交叉基础梁连接处应设置八字角 净距不宜小于50mm 9 2 2构造要求 2 当单向基础梁与柱连接时 依情况按下图采用 9 2 2构造要求 3 当基础梁与

7、剪力墙连接时 基础梁边至剪力墙边的距离不宜小于50mm 按下图采用 9 2 2构造要求 3 配筋要求4 筏板厚度5 地下室墙体6 施工后浇带 9 2 2构造要求 9 2 3筏板基础的计算 筏板基础的内力计算可分为刚性板计算方法和弹性板计算方法两种 下面分别讨论 刚性板法刚性板法假定基础是绝对刚性的 板与地基的接触压力在两个方向呈直线分布 当上部结构刚度较强 对于建于软弱地基上的筏板基础 筏板基础相对于地基的刚度是很大的 可认为是绝对刚性的 此外对于厚度较大或厚度大于1 6墙间距离时 也认为是绝对刚性的 9 2 3筏板基础的计算 弹性板法在实际工程中 筏板基础的刚度总是有限的 在荷载作用下将产生

8、变形 其中竖向变形由两部分组成 一是整体挠曲变形 另一是局部挠曲变形 由于情况比较复杂 为了简化计算分析 视筏板基础结构的不同 分别采用不同的计算方法 地基比较均匀 上部结构刚度较好 筏板基础的厚跨比小于1 6 柱间距及柱荷载的变化不超过20 时 高层建筑的筏板基础可仅考虑局部弯曲作用 按倒楼盖法进行计算 9 2 3筏板基础的计算 若为肋梁式筏板基础 按倒楼盖计算时 其计算简图与柱网的分布和肋梁的布置有关 对于荷载作用复杂 筏板不规则 柱距不等的情况 应采用弹性地基板理论进行计算 有限差分法有限单元法连杆法等弹性方法 9 3箱形基础设计 9 3 1概述 箱形基础是高层建筑结构中常采用的基础形式

9、 它由钢筋混凝土底板 顶板和纵向 横向墙体组成刚度很大箱形空间结构 箱形基础的整体性好 刚度大 能将上部结构的荷载较均匀地传递给地基或桩基 能利用自身的刚度调整沉降差异 减少由于沉降差产生的结构内力 箱形基础有利于抗震 在地震区采用箱形基础的高层建筑震害较轻 9 3 1概述 箱形空间结构 浇注箱型基础底板 9 3 2箱形基础结构布置的要求 1 平面尺寸 1 箱形基础的平面尺寸首先应满足地基承载力的需要 一般与上部结构平面相同 如果地基承载力不足 可以向外扩大 2 应力求减小上部荷载合力与地基土反力合力的偏心距 片心距的大小应满足 2 箱基的高度箱基的高度不宜小于箱基长度的1 20 且不宜小于3

10、m 此处箱基的长度不计墙外悬挑部分 3 箱基的埋深箱基的埋深应满足第9 1 2节的要求 同一结构单元应全部采用箱基 箱基的埋深应一致 9 3 2箱形基础结构布置的要求 4 纵墙和横墙的数量和布置 9 3 2箱形基础结构布置的要求 5 洞口布置 9 3 3构造要求 1 箱形基础的平面尺寸应根据地基土承载力和上部结构布置以及荷载大小等因素确定 外墙宜沿建筑物周边布置 内墙一般沿上部结构的柱网或剪力墙位置纵横均匀布置 墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1 10 2 箱形基础的高度应满足结构的承载力和刚度要求 并根据建筑使用要求确定 一般不宜小于箱基长度的1 20 且不宜小

11、于3m 此处箱基长度不计墙外悬挑板部分 9 3 3构造要求 3 箱形基础的顶板 底板及墙体的厚度 应根据受力情况 整体刚度和防水要求确定 无人防设计要求的箱基 基础底板不应小于300mm 外墙厚度不应小于250mm 内墙的厚度不应小于200mm 顶板厚度不应小于200mm 可用合理的简化方法计算箱形基础的承载力 4 与高层主楼相连的裙房基础若采用外挑箱基墙或外挑基础梁的方法 则外挑部分的基底应采取有效措施 使其具有适应差异沉降变形的能力 9 3 4箱形基础基底反力计算 1 刚性法刚性法即假设反力为直线分布 采用一般轴心 偏心受压公式计算 当地基土较软且土层均匀时 可采用此方法 2 弹性地基梁法

12、 该法计算结果与实际差别较大 若箱形基础为矩形平面 可将箱形基础简化为工字等代梁 工字形截面上 下翼缘宽度分别为箱形基础顶 底板宽 腹厚度为在弯曲方向墙厚度之和 梁高即箱基高度 在上部结构传来的荷载作用下 按弹性地基上的梁计算基底反力 9 3 4箱形基础基底反力计算 3 基底反力系数法基底反力系数法是通过对我国一批高层建筑长期观测 分析整理而提出的一种具有较好精度的实用计算方法 被列入了 高层建筑箱形与筏形基础技术规范 JGJ6 99 4 可变地基系数法对于不符合地基反力系数法的情况 可采用可变地基系数法 这是一种试算法 通过逐次改变地基系数进行沉降分析和基底反力计算 直至达到要求的精度 9

13、3 5箱形基础内力计算和基础强度验算 1 箱形基础结构内力计算箱形基础作为一个箱形空格结构 承受着上部结构传来的荷载与地基反力引起的整体弯曲应力 同时 其顶 底板还承受着分别由顶板荷载与地基反力引起的局部弯曲 因此 顶 底板的弯曲应力应按整体和局部弯曲的组合来决定 按局部弯曲计算 按整体弯曲与局部弯曲计算 9 3 5箱形基础内力计算和基础强度验算 2 箱形基础强度计算由于箱形基础还没有与 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 相配套 因此这里不一一列出箱形基础配筋计算与验算公式 钢筋计算可参考 混凝土土结构设计规范 而不作详述 9 3 5箱形基础内力计算和基础强度验算 9 4桩基础设计

14、 9 4 1概述 当地基浅层土质软弱 不能满足承载力和沉降要求时 采用桩基础将荷载传到下部较坚实的土层 或通过桩侧面与土体的摩擦力来达到强度与变形要求 是有效的技术途径 基坑局部 打桩完成后 基础底板局部浇捣完毕 9 4 2预制混凝土桩 1 桩长现场预制桩单节长度不宜超过30m 工厂预制桩长度不宜超过12m 单节桩的长度视运输条件决定 2 桩身配筋 1 配筋率锤击桩不宜小于0 8 压入桩不宜小于0 6 压入桩桩身过于细长时 不宜小于0 8 下列情况下 配筋率应提高到1 0 1 2 桩尖穿过一定厚度的硬土层 桩的长细比L D大于60 单桩设计荷载过大 桩大片密集 当L D 80 单桩承载力很大而

15、承台下桩数很少或为单排桩时 宜再适当加大配筋率 9 4 2预制混凝土桩 2 直径和根数纵向钢筋直径不小于14mm 当桩的宽度或直径大于350mm时 根数不少于8根 3 下列情况下宜增加配筋 当采用1 2根桩以及单排桩时 如果有偏心荷载 宜增加桩身上部的配筋 当桩身只由起吊应力控制配筋时 吊点附近应增加配筋 3 桩身混凝土桩身混凝土强度不低于C30 纵向钢筋保护层厚度不小于30mm 4 桩的接头桩的接头不宜超过两个 5 布桩预制桩桩距不应小于3倍桩直径或3倍边长 9 4 3灌注桩 1 灌注桩的类型2 灌注桩的构造要求高层建筑可采用钻孔灌注桩 冲孔灌注桩 沉管灌注桩和挖孔灌注桩 9 4 4大直径扩底墩 1 入土深度和成孔方法 9 4 4大直径扩底墩 2 扩底墩的尺寸 9 4 5桩基承台 1 承台构造单独桩基 筏形基础 交叉梁基础下的桩基承台和箱形基础底板与桩基连接构造均应符合下列要求 1 承台的基本尺寸 2 承台混凝土和配筋的要求 3 桩与承台或箱基底板的连接要求 4 承台钢筋的混凝土保护层厚度承台钢筋的混凝土保护层厚度不小于50mm 当有混凝土垫层时 下部钢筋的保护层可减小到30mm 2 承台之间的连接 1 单桩承台 宜在两个相互垂直的方向上设置连系梁 2 两桩承台 宜在其短向设置连系梁