高层建筑基础工程

高层建筑基础工程

高层建筑基础工程

摘要

随着城市化进程的发展，高层建筑在城市建设中发挥着越来越重要的作用。基础工程作为高层建筑质量控制的基础，其施工质量与施工企业的技术管理有着重要的关系。加强高层建筑基础工程技术管理，提高高层建筑桩基工程质量，对于建筑工程整体质量有着重要的影响。文中是我通过这门课的学习，了解到的一些关于高层建筑基础控制工程知识。 关键词:高层建筑 基础 结构

高层建筑基础工程关系到高层建筑工程整体质量，是高层建筑工程施工质量控制重要组成部分。加强高层建筑基础工程施工管理，从材料入手，以技术管理为手段强化高层建筑基础工程对于工程整体质量有着重要的影响。

高层建筑因为荷载很大，通常采用底面积较大的天然地基基础形式或深基础形式，常用的基础形式有：梁式基础、筏形基础、箱形基础、桩基础、地下连续墙基础，以及这些基础的联合使用。在高层建筑基础形式的选择中要考虑以下几个因素：（1）上部结构的类型，整体性和结构刚度；（2）地下结构的使用功能要求；（3）地基的工程地质条件；（4）抗震设防要求；（5）施工技术，基础工程造价和工期；（6）周围建筑物和环境条件。条形基础是指长度远大于其宽度的一种基础形式，按上部结构形式，可分为墙下条形基础和柱下条形基础，当建筑物荷载较大且地基土较软时，为增强基础的整体刚度，减少不均匀沉降，可在纵横方向设置双向条形基础，称为正交格形基础，柱下钢筋混凝土条形基础、正交格形基础属于梁式基础。静定分析方法和倒梁法没有考虑基础梁和地基之间的共同作用，因此是比较粗略的方法，考虑地基与基础共同作用求解基础梁地面反力位移和内力时，首先要将实际工程类型及性状各异的地基土理想化，使土的特性理想化的最简单的形式是假设地基土是线性弹性体，文克尔地基模型是是最早和最常用的一种，用此模型可以求出地基梁的解析解。

当地基承载能力较差，上部结构荷载又较大时，钢筋混凝土交叉梁式条形基础往往满足不了建筑物的需要，需要将基础底面进一步扩大，从而联成一块整体的基础板，形成筏形基础，采用伐形基础可以调整不均匀沉降或者跨越溶洞，即使地基土相对较均匀时，对不均匀沉降敏感的结构也常采用筏形基础。筏形基础定义为“柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋混凝土基础，”，筏板基础可按其上部结构形式分为柱下筏形基础和墙下筏形基础。对高层建筑而言，框架结构下的筏基称为柱下筏基，剪力墙结构下的筏基称为墙下筏基。筏形基础具有施工简单，基础整体刚度较好，调节建筑不均匀沉降等特点，能增强建筑物的整体抗震

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性能，提供地下比较宽敞的使用空间。平板式筏板基础的厚度不宜小于200mm,当柱荷载较大时，可将柱位下筏板局部加厚。肋梁式筏板厚度的板厚不得小于200mm，且宜大于计算区段内最小板跨的1/20。筏板厚度应按受冲切和受剪切承载力计算确定，柱侧肋梁可加肋，以便承受较大柱荷载引起的剪力。尽量使荷载合力重心和筏板中心重合，并采取措施减小不均匀基底反力，（例如通过减小柱荷载差，或者设置悬臂板等），底板尺寸的确定要根据地基承载力设计值和结构柱网布置综合考虑。主楼基础与裙房基础是连接还是分开，往往是基础结构方案设计的难点，预先应根据主楼和裙房的沉降量进行计算来确定。当地基土质很差，沉降量难以控制时，只好将高低层之间基础用沉降缝分开，反之，如果地基土质较好或采用桩基，高低层之间沉降差计算比较可靠，沉降差数值较小时，可以连成整体，不设沉降缝。当不设沉降缝时，为减小差异沉降引起的结构内力，可在高低层相连处留施工后浇带，后浇带设在裙房一侧，宽度不小于800mm，后浇带在基础施工时先不浇注，等沉降基本稳定后才能浇注，设置后浇带是控制主楼与裙房差异沉降的有效措施之一。

当上部结构荷载较大而地基土又比较软弱时，高层建筑经常采用箱形基础，箱形基础材料多采用钢筋混凝土，箱形基础也可以和其他基础结合使用，如在上海地区，由于地基土多是软土且压缩性大，常采用箱形基础加桩基础。箱形基础是由钢筋混凝土顶板、底板、纵横交错的内外侧墙板组成的空间格构式整体结构。箱形基础自身具有很大的刚度和良好的整体性，能够抵抗并协调软弱地基土在较大荷载作用下产生的不均匀变形。

补偿性基础是指在基础设计时，使建筑物的总重量与基础范围挖去的土总重量（含地下水）相等，理论上基础底面附加压力等于零，这样上部结构荷载在地基内将不产生附加应力和变形。根据基础底面平均压应力大小，箱形基础可以设计成全补偿性基础（即基础底面平均压应力等于基底的自重压应力）和部分补偿性基础（即基础底面平均压应力大于基底的自重压应力）。

天然地基上箱形基础的地基变形与一般建筑物浅基础相比较，有以下两个主要特点：（1）大面积的基坑深开挖，引起比较明显的基坑土（卸荷）回弹变形。（2）上部结构与基础和地基的共同作用，在建筑施工过程中，随着基础和上部结构刚度及荷载逐步形成的，基础沉降基底反力也相应逐次发展，这种共同作用下地基变形机理等还有待进一步研究。根据我国高层建筑箱形基础地基变形的实测资料，地基变形大致可分为三个阶段，自重应力阶段、附加应力阶段和恒应力阶段变形。

倾斜是控制地基变形的一个重要指标，地基倾斜有整体倾斜和局部倾斜两种，由于箱形基础自身整体刚度大并与上部结构共同作用，当地基变形时，箱形基础可以视作一个刚性整

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体发生整体倾斜和沉降，箱形基础的整体倾斜主要是指其横向整体倾斜，不仅使上部结构产生附加应力，而且还影响建筑物的整体稳定和正常使用。 影响箱形基础整体倾斜的因素较多，有地基条件、荷载偏心大小、相邻建筑物的影响、施工方法、上部结构刚度大小、基底反力和地震烈度等，一般情况下，当地基比较均匀时，影响箱形基础整体倾斜的主要因素是荷载偏心大小，相邻建筑物的影响和施工条件。施工条件由于难以把握应特别注意，如地下水位变化的影响。

高层建筑桩基础的作用特点：⑴具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力;⑵具有很大的竖向单桩或群桩刚度（摩擦桩），在建筑物自重或相邻荷载影响下，不会产生过大的不均匀沉降，并能确保建筑物的倾斜不超过允许范围; ⑶凭借巨大的单桩侧向刚度（大直径桩），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和力矩荷载，保证建筑物的抗倾覆稳定性。⑸桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，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然具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。按桩对土层作用效应可分为：（1） 挤土桩：桩周土被挤密或挤开，周围土层严重扰动，结构破坏。粘土由于重塑扰动降低强度； 非密实无粘性土由于振动挤密，强度提高。 打入或压入的预制桩、封底钢管桩、沉管灌注桩。（2） 少量挤土桩：桩周土层受较少扰动，土的结构和工程性质变化不明显。 小截面H型钢桩、型钢桩、开口式钢管桩、螺旋桩。（3） 非挤土桩：桩孔内土被取出。土体应力松弛。按荷载传递方式可分为：竖直荷载：端承桩、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩Q = Qp+Qs 端承桩：主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬，摩擦桩 ：主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长深。按功能分：承受轴向压力的桩；.承受轴向拔力的桩；承受横向荷载的桩。按桩土相互作用的特点分： 1.竖向荷载桩（1）摩擦桩（2）端承桩2.横向受荷桩（1）主动桩（2）被动桩 。

桩墙基础指剪力墙或实腹筒壁下的单排或多排桩基础。剪力墙可视为深梁，以其巨大的刚度足以把荷载较均匀地传给各支承桩，无需再设置基础梁；通常需在桩顶做一条形承台，其尺寸按构造要求。桩墙基础亦常用于筒体结构。一般做法是沿筒壁轴线布桩，桩顶不设承台梁，而是通过整块筏板与筒壁相连；或在桩顶之间设拉梁，并与地下室底板及筒壁浇成整体。单桩承载力不很高，而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，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，以便借助于高层建筑的巨大刚度来弥补基础刚度的不足。不过，若为端

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承桩基，则可用于框架结构。上部荷载通过箱型结构传递给桩基础。由于其刚度很大，具有调整各桩受力和沉降的良好性能，因此，在软地基上建造高层建筑时较多地采用桩箱基础。它适用于包括框架在内的任何结构型式。对高层建筑桩基础而言，与一般建筑物桩基础不同的是，桩基础的选型及其技术经济比较至关重要，即桩基方案设计（或称概念设计）比施工图设计更重要；此外，基础的整体竖向水平承载力与变形验算比单桩的验算更具有根本意义。为取得良好的技术经济效果，多方案比较和经多次循环修改设计是完全必要的。

桩基形式选择合理与否，对高层建筑的安全功能与造价影响很大，桩基形式的选择，应考虑以下几个方面： 一是地质条件，当有条件做成大直径的端承桩时（基岩或密实的卵石层埋藏较浅时），采用单桩支承的和单排桩支承的墙基是最为经济合理的；但是在深厚软土地区（如覆盖层厚度超过100m以上）只能采用各种摩擦桩基础。 二是高层建筑的体型和结构特点，体型规则且高度不很高（如30m以下）的高层建筑，可以考虑采用小群桩的桩柱基础和桩梁基础，当体型复杂且地基条件又不好时，可考虑采用桩筏或桩箱基础，三是建筑功能对地下空间利用的方式，对桩基类型的选择也是也个重要的限制条件。

通过高程建筑基础工程这门课的学习，我了解了许多关于这方面的知识，对于高层建筑基础有了一定的认识，也让我知道了高层建筑的建设并不是那么容易。

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