前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇高層建筑的地基結(jié)構(gòu)范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

高層建筑的地基結(jié)構(gòu)范文第1篇

【關(guān)鍵詞】高層建筑；地下室；抗震設(shè)計

一、幾種主要的地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

1、靜力法。把地震作用當作等效的靜力荷載進行抗震計算。它通常應(yīng)用于地下管線、洞道的橫截面抗震設(shè)計，它把地震時的土壓力和結(jié)構(gòu)物以及結(jié)構(gòu)物以上覆土層作為外力考慮。這種方法的缺陷在于沒有考慮土層與結(jié)構(gòu)各自的振動特性及其相互間的關(guān)系。

2、反應(yīng)位移法。70年代，日本學者從地震觀測入手，提出了地下線狀結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的反應(yīng)位移法。其基本原理就是用彈性地基上的梁來模擬地下現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)，把地震時地基的位移當作已知條件作用在彈性地基上，以求解在梁上產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，從而計算地下結(jié)構(gòu)（隧洞、管道、豎井等）地震反應(yīng)，公式可以簡化為擬靜力計算公式，K{U}=Ks{Ug}。式中的矩陣K包括地下結(jié)構(gòu)的剛度Kt和地基抗力Ks。本方法的關(guān)鍵是確定地基變位{Ug}和抗力系數(shù)Ks，通常將Ks取為對角陣，則Ks相當于文科爾彈簧常數(shù)或地基土介質(zhì)的彈簧常數(shù)。這種方法的理論基礎(chǔ)是基于地震時支配地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的地基變形而不是結(jié)構(gòu)物的慣性力。近年來，大多數(shù)地下結(jié)構(gòu)，尤其是地下管線都把這種方法作為其抗震設(shè)計方法。但是，這種方法把不規(guī)則地震波的傳播看作為同一周期和同一方向的地震波，從而與實際相去甚遠；另外該法只適用于線形地下結(jié)構(gòu)的抗震研究，用于大斷面地下結(jié)構(gòu)的抗震分析時需要進一步探討、完善和修改。

3、動力反應(yīng)分析法。主要適用于結(jié)構(gòu)物形狀和地質(zhì)條件比較復(fù)雜時的地下結(jié)構(gòu)抗震反應(yīng)分析。它是采用有限元理論，將地震記錄直接輸入結(jié)構(gòu)模型求得結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)。這種方法不僅可以求得結(jié)構(gòu)受地震作用時反應(yīng)的最大值，而且也可以觀察到結(jié)構(gòu)反應(yīng)的全過程，同時也使結(jié)構(gòu)的彈塑性反應(yīng)分析成為可能。動力反應(yīng)分析法又可細分為兩種：一種是考慮土和結(jié)構(gòu)的相互作用；另一種是不考慮土和結(jié)構(gòu)的相互作用。前者將土與結(jié)構(gòu)當作由一定的邊界條件聯(lián)系起來的整體系統(tǒng)來考慮，后者即不考慮結(jié)構(gòu)的存在，把自由場的地震位移反應(yīng)當作相應(yīng)的結(jié)構(gòu)地震位移反應(yīng)。這種方法適用于任意的地下結(jié)構(gòu)類型，同時考慮地基土的具體性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的非線性，缺點是應(yīng)用不便，難以得到規(guī)律性的結(jié)論，且其結(jié)果需要得到實驗或理論解析的驗證。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計中的技術(shù)處理

1、嵌固位置。鋼筋砼高層建筑在進行結(jié)構(gòu)分析前，首先確定結(jié)構(gòu)嵌固端位置，其直接關(guān)系到計算模型與實際受力狀態(tài)是否符合。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在滿足一定條件下，高層建筑地下室頂板可以作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。

1.1地下室的抗震等級。帶地下室的高層建筑當視地下室頂板作為嵌固端時，地震作用下結(jié)構(gòu)的屈服部位將發(fā)生在地上樓面，同時影響到地下一層。而地面以下的地震響應(yīng)逐漸減小。故確定嵌固在地下室頂板結(jié)構(gòu)的抗震等級時，地下一層相關(guān)范圍（主樓周邊外延1-2跨的地下室范圍）的抗震等級應(yīng)與地上結(jié)構(gòu)相同。地下一層及以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級，但不應(yīng)低于四級。

1.2剛度要求。結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍。

1.3地下室頂板。地下室頂板采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，是具有足夠的平面內(nèi)剛度，以有效傳遞地震基底剪力，且地下室頂板的構(gòu)造要求：厚度不宜小于180mm，避免開設(shè)大洞口，砼強度等級不應(yīng)低于C30，雙層雙向配筋，每層每向配筋率不宜小于0.25%，不宜采用無梁樓蓋。

1.4地下室墻體配筋。地下室至少一層與上部對應(yīng)的墻肢端部邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積，不應(yīng)小于地上一層對應(yīng)的墻肢邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積。

2、地下室外墻，是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，應(yīng)對水、土壓力及地面荷載側(cè)壓有足夠的承載能力，且宜與其頂板相連，在設(shè)計時應(yīng)滿足：

2.1荷載。一般地下室外墻所承受的側(cè)向壓力分為土壓力和水壓力。計算土壓力時，當?shù)叵率沂┕げ捎么箝_挖方式，無護坡或連續(xù)墻支護時，地下室外墻承受的靜止土壓力，一般情況下對于正常固結(jié)土，可取0.5；當?shù)叵率沂┕げ捎米o坡樁或是連續(xù)墻支護時，可以考慮基坑支護與地下室外墻的共同作用，靜止土壓力取值為0.33。配筋計算時，外墻側(cè)向壓力分項系數(shù)可取為1.3。在考慮可能停放消防車的室外地面，計算外墻時室外活載可取5kN/m?。地下水位以下的土重度取11 kN/m?。

2.2配筋。構(gòu)造要求為豎向和水平分布鋼筋應(yīng)雙層雙向布置，間距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%。目前在設(shè)計地下室外墻的配筋計算時，對于帶扶壁柱的外墻，均簡化成板來計算配筋。而扶壁柱則按地下室結(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)果進行配筋，不按外墻傳遞荷載驗算扶壁柱配筋?？紤]到外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，這種簡化方法在一定程度上會使簡化成板的外墻主受力方向筋配筋富裕、次受力方向筋配筋不足及扶壁柱配筋偏少。

2.3地下室外墻與基礎(chǔ)底板交界處不設(shè)置基礎(chǔ)梁，因地下室外墻的剛度一般較大，基礎(chǔ)梁與其剛度相比相差較多。且高層建筑主體結(jié)構(gòu)地下室厚底板與擴大地下室薄底板交界處，為應(yīng)力集中區(qū)，故截面厚度與配筋需加強。

2.4有抗震設(shè)防要求的建筑物，地下室外墻的防水護墻的做法，應(yīng)由傳統(tǒng)的100mm厚聚苯，考慮改為采用實心磚護墻或6mm左右的聚乙烯泡沫塑料片材，以防止因聚苯變形大從而減弱了土體對建筑物的約束。

3、抗浮與防腐。地下室應(yīng)滿足整體抗浮要求，可采取排水、加配重或設(shè)置抗拔錨樁（桿）等措施。當?shù)叵滤哂懈g性時，地下室外墻及底板應(yīng)采取相應(yīng)的防腐措施。

4、后澆帶。高層建筑地下室不宜設(shè)置永久變形縫。當基礎(chǔ)長度超過40m時，應(yīng)設(shè)置間隔為30～40m，寬度為800～1000mm且貫通底部、墻及頂板的施工后澆帶，位置最好在柱距中部1/3范圍內(nèi)以及剪力墻附近，方向與梁正交為宜，沿豎向在結(jié)構(gòu)同跨內(nèi)。后澆帶內(nèi)鋼筋貫通，后澆砼應(yīng)在其兩側(cè)砼澆筑完畢后至少兩個月再澆筑，其強度等級應(yīng)提高一級，并采用無收縮混凝土。若設(shè)置的是沉降后澆帶，澆筑時間根據(jù)施工情況及沉降觀測數(shù)據(jù)確定。地下室底板及外墻的后澆帶外側(cè)還要設(shè)置附加防水層。

5、地下室窗井。當窗井較長時，應(yīng)在窗井內(nèi)部設(shè)置分隔墻以減少窗井外墻的無支長度。分隔墻最好與地下室內(nèi)墻連續(xù)拉通為整體。計算時，如窗井底板與基礎(chǔ)底板平齊，應(yīng)把窗井底板簡化成支承在地下室外墻與窗井外墻之間的單向板來考慮。而窗井分隔墻則簡化為從地下室內(nèi)墻伸出的懸挑深梁，驗算懸挑墻界面使窗井墻根部的剪力V≤0.20fcbho（b-墻厚；ho-墻的有效高度）。

結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代高層建筑的地下工程越來越龐大，部分地下工程投資甚至已經(jīng)超過了地上工程投資，所以不管從技術(shù)層面還是從經(jīng)濟層面講，我們都需要對地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計進行更深層次的研究，不斷提升設(shè)計水平，以達到技術(shù)與經(jīng)濟同步、安全與適用協(xié)調(diào)。地下建筑設(shè)計過程較為復(fù)雜，作為設(shè)計者，除了要確保經(jīng)濟合理安全可靠外，要多方面進行考慮，確保地下室正常使用。

參考文獻

[1]胡慶昌.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計與研究[M].中國建筑工業(yè)出版社，2010.

高層建筑的地基結(jié)構(gòu)范文第2篇

關(guān)鍵詞：高層建筑；地下室；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；功能

Abstract:With the progress of our society and the development of national economy, construction market also got make a spurt of progress of development, city land resources and shortage of land, became " ". City Construction and traffic to underground extension of the trend is inevitable, but the structure and function of new needs, most of them set in the basement, to provide more convenient, and the basement design has become a widespread concern and designers to focus. This article mainly for high-rise building basement in residence structure design were analyzed, aiming at to in the high-rise building design to achieve new breakthroughs.

Key words: high-rise building；basement；structure；design；function

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

隨著科學技術(shù)和經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市化進程不斷的加快，城市的土地資源也開始逐漸的緊張，城市的建筑和交通向著地底下延伸的趨勢，勢在必行。而由于建筑本身的結(jié)構(gòu)和需求隨著人們的生活水平的提高，而發(fā)生著新的變化，在高層建筑住宅下都設(shè)置了地下室，地下室工程在建筑工程項目建設(shè)中占有的比重逐漸增大。地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個綜合性很強的問題，涉及的內(nèi)容繁多而且十分復(fù)雜，因此，無論是從技術(shù)上還是從經(jīng)濟角度看，在現(xiàn)代高層建筑住宅設(shè)計時，都需要對地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行深入的研究。因此提高設(shè)計水平，真正的做到技術(shù)和經(jīng)濟的相適應(yīng)，安全性和適用性相協(xié)調(diào)。

高層建筑地下室的基礎(chǔ)選型

我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》中的有關(guān)地下室的條款中12.1.規(guī)定：高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計，應(yīng)綜合考慮建筑場地的地質(zhì)狀況以及水位、上部結(jié)構(gòu)類型、使用功能、施工條件以及鄰近建筑的相互影響，以保證建筑物不致發(fā)生多量沉降或者傾斜，并能夠滿足正常使用功能要求。還應(yīng)該注意了解鄰近地下構(gòu)筑物以及各類地下室設(shè)施的位置和標高，以保證基礎(chǔ)的安全和確保施工中不發(fā)生意外的問題，根據(jù)以上條款的規(guī)定，我國地下室的基礎(chǔ)形式應(yīng)該選用整體性好，并且能夠滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求，并能夠有效的調(diào)節(jié)不均勻沉降，達到既安全實用又經(jīng)濟合理的目的。對于我國高城建筑住宅地下室的基礎(chǔ)選型，最主要的還是要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)選型、樓高、層數(shù)、荷載以及地基的承載能力決定，對于中小高層建筑地下室基礎(chǔ)可以采用條形交叉梁基礎(chǔ)、滿堂筏板、樁筏或者是向星等基礎(chǔ)的形式。對于筏板的基礎(chǔ)可以是梁板式和平板式，在高層建筑物層數(shù)較多、地下室柱距較大、基底反力較大時，可以優(yōu)先采用平板式。在采用梁板式筏基時，由于基礎(chǔ)梁的截面較大，這勢必會增加基礎(chǔ)埋置的深度。在水位較高時，出現(xiàn)的情況更為不利，梁板混凝土需要進行分層澆筑，而且梁支模比較耗時耗力，這樣會無形中拖長工期，相比之下，采用平板式的形式，綜合的經(jīng)濟效益相對較高。所以，在現(xiàn)代的高層住宅建筑中，地下室的基礎(chǔ)形式一般都采用的是平板式。

高層住宅建筑地下室嵌固位置的設(shè)計

現(xiàn)代的高層住宅建筑的施工過程中，大多數(shù)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在對高層住宅建筑的設(shè)計結(jié)構(gòu)進行分析之前，需要首先對其結(jié)構(gòu)的嵌固端所在的位置進行確定，因為這一位置的確定，直接影響了高層建筑在實際承受荷載壓力的受力狀態(tài)的符合程度和計算模型的實際受力狀態(tài)符合程度。在我國目前絕大多數(shù)的高層建筑的施工中，大部分多塔、單塔的建筑都會設(shè)置有層數(shù)較少的裙房或者是帶有較大面積的地下室等，裙房一般都是相互連接形成一個較大的底盤。根據(jù)我國建筑抗震相關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，高層建筑的地下室，只有在滿足了一定的條件之下，地下室的頂板才能夠作為高層建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。只有滿足于以下幾個條件，才能準確的確定地下室高層建筑嵌固的位置。

1.地下室一層結(jié)構(gòu)的側(cè)向度，在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》中要求其比例不能小于2:1，但是高層建筑的地下室嵌固部分，是在滿足了一定的條件后，與其相鄰上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比為1.48:1.其中，結(jié)構(gòu)層的側(cè)向剛度可以近似按照等效的剪切剛度進行計算，但是需要注意的是地下室結(jié)構(gòu)樓層的側(cè)向剛度應(yīng)該大于或者等于相鄰的上部樓層的側(cè)向剛度的2倍。但是地下室的既鞏固樓層的側(cè)向剛度指的是結(jié)構(gòu)本身的剛度，地下室的外墻約束的作用并不算入其中。

2.在結(jié)構(gòu)的選取上：主要采用的是現(xiàn)澆梁板。此樓板厚度不應(yīng)該小于180mm，混凝土的強度等級應(yīng)該不低于C30；配筋時需要采用雙向雙層的方式進行，與此同時對配筋和樓板的厚度以及樓蓋的結(jié)構(gòu)形式要有詳細的要求。在梁板的結(jié)構(gòu)上，無梁的樓蓋結(jié)構(gòu)，其平面外的剛度較小，很難滿足剛性樓板的假定基本要求，因此對于地下室的頂板，其主樓的范圍和相連的裙房地下室的頂板相應(yīng)范圍，應(yīng)該采用澆梁板的結(jié)構(gòu)。沒有地上結(jié)構(gòu)地下室頂板的其他位置，可以采取無梁的樓蓋結(jié)構(gòu)。

3.當高層建筑的地下室是單層時，其結(jié)構(gòu)的嵌固端應(yīng)該是基礎(chǔ)底板。這樣就能夠滿足“無限剛”的假定而充分的利用，也能夠為第一層樓面的造型靈活的創(chuàng)造有利的條件，即使對首層的樓面進行較大的改動，或者是采取無梁的樓蓋，這些對于計算的結(jié)果沒有很大的影響。然而，在地下室作為級別較高的抗爆防空使用時，其墻體和頂板一般具備結(jié)構(gòu)的嵌固端剛度，此時的地下室的頂板就能夠看做是上部結(jié)構(gòu)的嵌固端利用了。

高層住宅建筑地下室的抗浮設(shè)計

我國《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中的第3.0.3條規(guī)定：巖土工程勘察報告應(yīng)該提供用于計算低下浮力的設(shè)計水位。結(jié)構(gòu)抗浮驗算需要根據(jù)巖土工程勘察單位提供的低下水浮力的設(shè)計水位來驗算，在進行抗浮驗算時，永久荷載的分項系數(shù)取值時，各地區(qū)可能和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》不相同，在某一個地區(qū)，本身有地區(qū)標準時，應(yīng)該按照當?shù)氐牡貐^(qū)標準進行，在沒有地區(qū)標準時，就要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》執(zhí)行。在地下室的抗浮設(shè)計水位較高時，裙房地下室或者地下車庫需要采用抗浮措施時，應(yīng)該按照建筑工程具體的區(qū)別來對待。如果裙房地下室或者地下車庫是獨立的建筑，這和高層主樓基礎(chǔ)沒有連接成整體，并且中間含有一定的差距，這樣是不會因為差異沉降而造成影響，這是因為抗浮措施可以通過經(jīng)濟技術(shù)進行比較進行采用：抗浮錨桿、抗拔樁和壓重等方法。

高層住宅建筑地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級設(shè)計

對高層住宅建筑地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級設(shè)計的研究，首先在地下室的頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端的時候，地下的一層，其抗震性的等級應(yīng)該和上部的結(jié)構(gòu)是一樣的，對于設(shè)有防類的標準建筑時，9度時應(yīng)該高于2級，8度時應(yīng)該高于3級，6、7度的時候應(yīng)該高于4級。而但對于設(shè)有防類的重點建筑，9度需要專門進行研究，8度需要高于2級，7度需要高于三級，6度應(yīng)該高于4級。沒有上部結(jié)構(gòu)的部分，可以按照具體情況采用3級或者是4級。其次，如果地下室不能看作是上部結(jié)構(gòu)的嵌固端而需要嵌固端固于地下的其他樓層時，實際的嵌固所在的樓層位置和其地下室的樓層的抗震等級，可采取和地上的結(jié)構(gòu)一致的方法。最后，加入地下室是一個大底盤，并且在上面存在較多的塔樓的情況，如果嵌固的部位處于地下室的頂板上，地下一層的頂板和受其影響部分的抗震等級和高層部分的底部結(jié)構(gòu)的抗震性是一致的。假如地下的一層，高層的部分影響分為和規(guī)范在沒有確定之前，其設(shè)計的情況要按照建筑工程的具體的實際情況，選取1倍的主樓對應(yīng)的基礎(chǔ)埋深和尺寸的較大值。

結(jié)束語

綜上所述，本文主要對我國高層住宅建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了分析，在我國建筑業(yè)高速發(fā)展和人們生活水平不斷提高的今天，地下室的出現(xiàn)和使用是為人們提供了更大的方便，最大限度的滿足了人們的居住需求和對建筑物的使用要求,提高了建筑物的使用功能和人們的生活質(zhì)量。

參考文獻

高層建筑的地基結(jié)構(gòu)范文第3篇

關(guān)鍵詞: 高層建筑；基礎(chǔ)及地下室；底板結(jié)構(gòu)；擴展基礎(chǔ);優(yōu)化設(shè)計; 經(jīng)濟指標

中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號：

前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展, 高層建筑越來越多。為了增加有效使用面積, 將停車庫轉(zhuǎn)入地下, 所以這些建筑通常都帶有地下室。這不僅有利于地面道路的設(shè)置, 同時也滿足了平戰(zhàn)結(jié)合的要求。對于這類工程, 由于地下室設(shè)計荷載較大，防水抗裂要求高，其造價占整個項目造價的比重也相當大。所以，對地下室梁板結(jié)構(gòu)做多方案的選型比較，并進行進一步優(yōu)化設(shè)計非常必要。本文從地下室結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化原則入手，結(jié)合某工程實例，對高層建筑基礎(chǔ)及地下室底板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計做了詳細解析。

1地下室結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化原則

地下室的結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化設(shè)計非常重要，在方案階段就應(yīng)該因地制宜地對多個方案進行詳細的比較、論證，選出最優(yōu)方案。選優(yōu)原則如下：

在滿足功能及基礎(chǔ)埋深前提下，地下室應(yīng)盡量淺埋。

淺埋可以減少土方成本，減小地下室外墻外側(cè)的土壓力，在沿海地下水位較高地區(qū)尤其可以減小水浮力，可有效節(jié)約底板造價及地下室抗浮成本，同時亦可減小地下室滲漏風險。所以，地下室盡量淺埋是地下室方案論證之“綱”。

根據(jù)地下室頂板板厚、荷載，滿足凈空要求的最大梁高等條件，進行井字梁、十字梁、單向板、大板樓蓋、無梁樓蓋、預(yù)應(yīng)力等多種項板結(jié)構(gòu)方案的比較，選出造價低、施工方便的最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案。值得注意的是，最優(yōu)方案不是一成不變的，關(guān)鍵在于要熟悉各種方案的特點。

3)充分利用地下室底板板厚較大的條件，根據(jù)情況，選用無梁樓蓋底板或筏板基礎(chǔ)。

4)采取措施，增大地下室凈空，減小地下室埋深。例如，地下室用結(jié)構(gòu)找坡，頂板主梁采用加腋梁(設(shè)備管線盡量布在梁跨中梁高較小處)等措施。

2 工程概況

某高層辦公樓, 地上30 層,地下4 層, 地面總高度為120.9m, 結(jié)構(gòu)平面為矩形,地上塔樓為62m×39.5m, 地下室為68.5m×62.5m, 總深17.4m。塔樓基本占據(jù)整個地下室, 僅北側(cè)3跨17m及東側(cè)1 跨6.5m 為純地下室。

3 地下室底板下的地基狀況

本工程地下室底板下約占據(jù)地下室面積1/3 的南半部為微風化泥質(zhì)粉砂巖和砂礫巖, 地基承載力特征值分別為fa=4500, 6000kPa, 其余部位基本為中風化泥質(zhì)粉砂巖和砂礫巖, 地基承載力特征值分別為fa=2600, 4000kPa。局部一個柱網(wǎng)8.5m×8.5m 范圍存在厚約2.5m 的強風化巖, 其下為1.5m 厚的中風化巖, 往下則為微風化巖層。

4 原設(shè)計的基礎(chǔ)及地下室底板結(jié)構(gòu)

原設(shè)計的基礎(chǔ)型式采用人工挖孔樁, 樁徑1.2～2.2m, 且要求有擴大頭, 樁長2.0～7.6m; 其中純地下室部位及周邊地下室側(cè)墻下的挖孔樁同時兼作抗拔樁, 總樁數(shù)為131 根。地下室底板采用梁板式結(jié)構(gòu), 板厚800mm, 在X、Y 向的柱墻軸線上分別布置基礎(chǔ)梁, 截面為1000×1200( 1400) 和800×1000 等。

5 優(yōu)化設(shè)計的原因

原設(shè)計的基礎(chǔ)及地下室底板結(jié)構(gòu)已形成施工圖, 甲方專業(yè)人員經(jīng)過審議, 認為原設(shè)計方案結(jié)構(gòu)耗材( 包括混凝土及鋼筋等) 過多, 結(jié)構(gòu)形式施工較費時而會延長工期, 抗拔樁的檢測存在困難等。從技術(shù)層面上分析, 原設(shè)計的基礎(chǔ)及地下室底板結(jié)構(gòu)存在以下問題: ①底板下基本為巖石層, 地基承載力相當高, 采用人工挖孔樁將強度很高的巖層挖去和澆搗混凝土, 不合理且無必要; ②抗拔樁的樁長有限, 很難起到抗拔作用; ③底板厚度已達800mm,再設(shè)線剛度不太大的基礎(chǔ)梁, 受力不合理且無必要。因此, 從基礎(chǔ)及底板結(jié)構(gòu)受力更合理、經(jīng)濟性(包括材料耗用量及工期兩方面) 更佳的角度考慮,有必要對原設(shè)計進行重新設(shè)計, 以達到優(yōu)化目的。

6 基礎(chǔ)選型優(yōu)化

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式及其墻柱軸向力值, 結(jié)合基礎(chǔ)巖層的有利條件, 本工程有條件亦應(yīng)選擇天然地基擴展基礎(chǔ)形式, 以微風化和中風化巖作為持力層;局部存在強風化巖層的部位采用短墩基礎(chǔ)形式, 以埋深較淺的微風化巖作為持力層。擴展基礎(chǔ)的底面積由墻柱軸向力和巖層承載力決定, 基礎(chǔ)高度則由其抗沖切決定, 基礎(chǔ)尺寸確定后, 基礎(chǔ)配筋基本為構(gòu)造配筋。重新選定的基礎(chǔ)型式不僅受力合理, 節(jié)省結(jié)構(gòu)材料, 且施工方便, 可加快施工進度。

7 地下室底板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

結(jié)合所選定的基礎(chǔ)型式, 并綜合考慮底板的受力狀態(tài)、底板的抗?jié)B要求、施工便利以及控制底板結(jié)構(gòu)造價等因素, 地下室底板選用平板式, 板厚仍維持h=800mm。塔樓部位不須考慮整體抗浮, 純地下室部位及塔樓大跨度板中間采用抗拔錨桿抗浮; 底板由地下室側(cè)墻外伸700mm, 由側(cè)墻外的回填土重量平衡水浮力, 以免除四周側(cè)墻部位的抗浮措施, 同時使地下室底板和側(cè)墻的布筋更方便, 如圖6 所示?？拱五^桿的設(shè)計和布置原則是: ①使每根錨桿的抗拔力接近, 避免其中某根抗拔錨桿由于施工原因出現(xiàn)薄弱部位而產(chǎn)生破壞性的連鎖反應(yīng); ②錨桿的分布力求有規(guī)律性, 并使整個底板的應(yīng)力狀態(tài)相近, 有利于底板的受力且方便施工; ③在此條件下盡量減少錨桿的數(shù)量, 以達到更經(jīng)濟的目的。根據(jù)以上原則, 本工程共設(shè)計抗拔錨桿250 根, 錨桿長約10m, 單根錨桿抗拔力設(shè)計值Nt=500kN。由于地下第4 層部分為核6 級人防區(qū), 故整個地下室的整體抗浮驗算及非人防區(qū)的底板構(gòu)件強度驗算只需考慮地下水的水壓力作用( 本工程地下水設(shè)防水位為首層車道入口處的- 0.3m 標高處) , 人防區(qū)的底板構(gòu)件強度驗算根據(jù)規(guī)范規(guī)定, 作用力取地下水浮力與核爆炸等效荷載值中較大值, 本工程則由水浮力控制。底板結(jié)構(gòu)的受力采用ETABS 軟件按下述原則進行建模計算分析:

⑴ 單元選取: 底板凈跨度約為5m, 板厚0.8m,跨厚比約為6, 故底板采用普通殼單元模擬; 基礎(chǔ)厚度為1.5～2.0m, 故采用厚板殼單元模擬, 以考慮板內(nèi)剪切變形的影響; 錨桿按彈簧輸入, 以考慮錨桿變形的影響, 根據(jù)相似工程經(jīng)驗取彈簧剛度300kN mm,具體取值需現(xiàn)場進行錨桿抗拔試驗并進行調(diào)整。

⑵ 邊界條件確定: 主塔樓部分墻柱位置約束Z方向位移; 四周側(cè)壁約束Z 方向位移; 裙樓柱位置未施加任何約束, 僅在對應(yīng)柱位置處施加恒載工況下的豎向力標準值。

⑶ 荷載確定: 底板面標高- 17.4m, 板厚0.8m, 墊層厚0.1m, 即實際底板底標高為- 18.3m, 室外地面標高為- 0.3m, 故設(shè)防水頭為18.3- 0.3=18.0m, 即水浮力為180kN m2,減去底板及其面層自重23,則抗浮凈水浮力為180- 23=157。

經(jīng)過以上的全面考慮, 并經(jīng)較精細的計算分析,底板在滿足強度、剛度、裂縫要求的前提下, 其應(yīng)力分布較均勻, 考慮到施工布筋的方便并有效地控制用鋼量, 底板配筋形式采用大面積雙層雙向貫通筋f 22@200, 配筋率r =0.237%, 在局部彎矩較大的板底板面以及基礎(chǔ)底面周邊輔以@200 短筋的配筋方法。

8 基礎(chǔ)及底板結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化前后的經(jīng)濟性比較

由于基礎(chǔ)及底板結(jié)構(gòu)原設(shè)計和優(yōu)化后的設(shè)計都形成了施工圖, 故為設(shè)計優(yōu)化前后的經(jīng)濟性比較提供了較準確的工程量計算依據(jù)。經(jīng)甲方預(yù)算部委托專門機構(gòu)進行詳細的預(yù)算分析, 結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計后雖增設(shè)了錨桿250 根, 但比原設(shè)計材料減少了混凝土403, 鋼筋372t, 套用預(yù)算定額, 基礎(chǔ)及底板的造價差額為289 萬元, 這還不包括縮短工期的因素在內(nèi)。這對于單層面積為4250 的地下室來說,相當于節(jié)省了680 元, 其經(jīng)濟效益是較為顯著的, 說明基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計具有重要的經(jīng)濟意義。

參考文獻

[1] GB50011- 2001, 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[ S] . 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2001.

高層建筑的地基結(jié)構(gòu)范文第4篇

[關(guān)鍵詞]地下室；高層建筑；結(jié)構(gòu)計算；應(yīng)用軟件

[作者簡介]傅翼，廣西機場管理集團有限責任公司南寧吳圩國際機場擴建處，廣西　南寧，530038；陳春梅，廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院，廣西　南寧，530003

[中國分類號]TU972

[文獻標識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)08-0148-0004

一、帶地下室高層建筑計算模型及研究方法

帶地下室高層建筑計算模型中的核心問題有：(1)如何合理考慮地下室剛度；(2)如何正確反映地下室外回填土的約束作用；(3)如何考慮基礎(chǔ)的影響。

為了研究地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度與相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度之比對地下室嵌固作用的影響，建立兩種帶地下室的建筑結(jié)構(gòu)的計算模型，如圖1和圖2所示。圖2為整體模型，即地下室與上部結(jié)構(gòu)作為整體進行建模，但不考慮回填土對地下室的約束作用。圖1為分離模型，將地下室頂板作為嵌固端進行上部結(jié)構(gòu)計算。以實際的剪力墻結(jié)構(gòu)和規(guī)則結(jié)構(gòu)為研究對象，分析兩種模型計算的周期、頂點位移和地下室上一層的層剪力的差異。

合理考慮地下室剛度比較簡單，可以真實地將地下室部分與上部結(jié)構(gòu)一起建模，建立一個包括上部結(jié)構(gòu)和地下室所有構(gòu)件在內(nèi)的綜合模型(圖2)。有關(guān)地下室外回填土的約束作用和基礎(chǔ)變形對上部結(jié)構(gòu)的影響，經(jīng)過近年來的研究工作已取得一定的研究成果，但要直接應(yīng)用于工程設(shè)計還有一定困難。目前在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計一般不直接考慮基礎(chǔ)影響，而是假定在基礎(chǔ)面上嵌固約束，或在模擬施工加載時近似考慮。

回填土與地下室之間的作用是相互的。鑒于目前規(guī)范的反應(yīng)譜理論是基于剛性地基假定的。因此目前常采用兩種考慮回填土約束作用的分析方法：嵌固水平位移法和彈簧剛度法。

(一)嵌固水平位移法

按照《抗震規(guī)范》第6.1.14條和《高規(guī)》第5.3.7條規(guī)定的基本思想，將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個整體考慮，嵌固端取在基礎(chǔ)底板處，并根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)與相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度比的大小，確定合適位置限定其水平位移，即取相應(yīng)的水平位移為零。

這是一種近似的簡化方法。在應(yīng)用這一方法時，首先涉及的一個問題是樓層側(cè)向剛度比計算。目前樓層側(cè)向剛度可分別采用剪切剛度、剪彎剛度和《抗震規(guī)范》第6.4.3條條文說明中的建議：當進行方案設(shè)計時，地下室側(cè)向剛度比可采用剪切剛度比估算?！陡咭?guī)》培訓材料建議：地下室側(cè)向剛度比可采用剪切剛度比；也可以采用《抗震規(guī)范》中的樓層剪力與層間位移比值。當?shù)玫綕M足規(guī)范規(guī)定的地下室結(jié)構(gòu)與相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度比值時，則可確定水平位移嵌固部位，即取該層地下室頂板處的水平位移為零。在具體軟件操作中，考慮到計算效率及其他因素，建議在計算地下室結(jié)構(gòu)與相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度比時，以采用剪切剛度比法為優(yōu)。

(二)彈簧剛度法

彈簧剛度法的計算模型是將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個整體考慮，嵌固端取在基礎(chǔ)底板處，并在每層地下室的樓板處引入水平彈簧剛度，其值的大小反映回填土對地下室約束作用的強弱。這是采用水平彈簧剛度近似模擬回填土對地下室約束作用的方法，實際上也是一種近似方法。

在工程分析中應(yīng)用該方法時，設(shè)計人員需要確定水平彈簧剛度的具體取值，這是一項非常困難的工作。回填土對地下室本身有約束作用，由于影響這種約束作用的因素很多且十分復(fù)雜，難以觀察，所以很難具體確定約束作用的大小。鑒于這一點，在高層設(shè)計軟件SATWE中，沒有直接要求用戶輸入水平彈簧剛度的真實數(shù)值，而是間接地要求輸入“回填土對地下室約束作用的相對剛度比”，其含義是回填土的約束剛度與地下室本身抗側(cè)移剛度的比值。對于設(shè)計人員來說，都清楚各層地下室本身的抗震側(cè)移剛度大小，間接地取一個相對剛度比值應(yīng)該更容易操作。若取相對剛度比為0，則表示不考慮回填土的約束剛度；若取相對剛度比為5.0或更大，則計算結(jié)構(gòu)與嵌固各層地下室頂板水平位移一致。這是兩個極端情況，工程實際情況應(yīng)該介于這兩種情況之間。

二、常用結(jié)構(gòu)分析軟件對地下室的處理

現(xiàn)代經(jīng)濟社會的高速發(fā)展有力地推動了高層建筑結(jié)構(gòu)分析理論和設(shè)計方法不斷向前發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法從最原始的以手算為基礎(chǔ)的各種算法發(fā)展到今天的基于電算的各種單元組合的有限元法，設(shè)計方法從手工繪圖發(fā)展至今天的全電腦CAD出圖。這些科學技術(shù)的進步，反過來又有力地促進了我國高層建筑事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

(一)常用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析軟件

自20世紀80年代以來，國內(nèi)外科研設(shè)計機構(gòu)研發(fā)編制了多種計算軟件用于結(jié)構(gòu)計算分析設(shè)計，較為有代表性的結(jié)構(gòu)分析軟件有：

1.薄壁桿件模型結(jié)構(gòu)分析軟件：PKPM/TAT、TBSA、GSCAD／SS等；

2.板-梁墻元模型結(jié)構(gòu)分析軟件：ETABS、TUS／ADBW、ETS4等；

3.墻組元模型結(jié)構(gòu)分析軟件：TBSA/TBWE、GSCAD／SSW等；

4.板殼墻元模型結(jié)構(gòu)分析軟件：PKPM／SATWE、STAADⅢ等；

5.通用有限元分析軟件：ANSYS、ADINA、SAP等。

這些軟件采用的模型有薄壁桿件模型、板梁墻元模型、墻組元模型、板殼墻元模型等。薄壁桿件模型是利用開口薄壁桿件理論建立的三維桿系有限元分析模型，其基本假定為：

(1)在小變形條件下，桿件截面外形輪廓線在其自身平面內(nèi)保持剛性，即不變形；在出平面方向可以翹曲；

(2)桿件平面上的剪應(yīng)變?yōu)榱?，即認為相交于某點的母線與外輪廓線變形后仍保持相互垂直關(guān)系。由于采用空間桿系單元的模型以薄壁桿單元模擬工程中的剪力墻，其中梁、柱均采用簡化的空間桿單元。因此，其優(yōu)點是自由度少、分析效率高。

(二)常用的高層建筑結(jié)構(gòu)分析軟件計算范圍及局限性

1.薄壁桿件模型代表性軟件：以TAT(中國建研院PKPMCAD工程部)、TBSA(中國建研院高層室)、SS(廣東省建筑設(shè)計研究院)作為代表，針對高度較大，結(jié)構(gòu)布置(特別是剪力墻布置)比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)計算是比較理想的，計算精度足以滿足工程設(shè)計的要求。

但是由于在形成單剛后在加入剛性樓板的位移協(xié)調(diào)矩陣，引入了樓板無限剛性假定，沒有考慮剪力墻的剪切變形，造成變形不協(xié)調(diào)。當結(jié)構(gòu)模型中出現(xiàn)拐角剛域時，截面的翹曲自由度(對應(yīng)的桿端力為雙力矩)不連續(xù)，就會造成誤差。這樣由于假定薄壁桿件的斷面保持平截面，實際上忽略了各墻肢的次要變形，增大了結(jié)構(gòu)剛度。同一薄壁桿墻肢數(shù)越多，薄壁桿越多，剛度增加越大。另一方面。對于剪力墻上的洞口，空間桿系程序只能對梁進行分析，將實際結(jié)構(gòu)中連梁對墻肢的一段連續(xù)約束簡化為點約束，削弱了結(jié)構(gòu)剛度。連梁越高，連梁越多，則削弱越大。所以，計算時對實際結(jié)構(gòu)的剛度是增大還是削弱要看墻肢與連梁的比例。另外，這類軟件計算結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層時，因為剪力墻與轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的連接是線連接(不考慮墻厚的話)，作用于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的力是不均勻分布力，而桿系模型只能簡化為一個集中力和一個彎矩，使得這些軟件在分析轉(zhuǎn)換層時誤差比較大。同時，由于一個薄壁柱只有通過剪心傳遞力和位移，所以在處理多墻肢薄壁柱轉(zhuǎn)換時十分麻煩。如將剪心與下層柱連接，則令轉(zhuǎn)換柱過于危險；如果設(shè)置實際并不存在的計算洞令力傳至轉(zhuǎn)換梁又會改變上層墻體的變形協(xié)調(diào)條件?？偠灾瑢Ω叨容^低或結(jié)構(gòu)布置比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，薄壁桿件模型并不理想。當前一般情況下不再用于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的計算分析。

2.板梁墻元模型(又稱Wilson嵌板單元模型)：這種模型在國外應(yīng)用比較多。其實質(zhì)是平面單元，把剪力墻簡化為一個膜單元(或稱板單元)+邊梁+邊柱，基本上是一個有平面單元經(jīng)改造成的空間單元。剪力墻洞口間部分模型化為一個梁單元，削弱了剪力墻原型的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，這種單元導致整體計算結(jié)構(gòu)偏柔。在有限元中，平板單元的出平面剛度為零，因而板梁單元無法精確地模擬剪力墻的出平面剛度，導致整體結(jié)構(gòu)剛度變小。

這種模型是以膜元或板元、邊柱和層間處剛性梁來模擬層高范圍內(nèi)的一片剪力墻。其代表性軟件有：ETABS(美國CSI公司)、TUS／ADBw(清華大學)、BSSAD(浙江省建筑設(shè)計院)、ETS4(中國建研院計算中心)等。這類軟件計算模型把無洞口或有較小洞口的一片剪力墻化為一個單元，把有較大洞口的一片剪力墻化為一個由板單元和連系梁組成的板－梁體系。板－梁墻元的引進使剪力墻的幾何描述和前處理得到簡化，避免了剪力墻單元的劃分，使得自由度數(shù)有所減少，分析效率也得到提高。但是，板－梁墻元模型是按“柱線”把剪力墻劃分成一個個板單元的，為使變形協(xié)調(diào)，“柱線”從上至下應(yīng)對齊，并且貫通，然而當剪力墻洞口不對齊(不等寬)，或者各層與剪力墻搭接的梁平面有變化時，將導致“柱線”又密又多，增加了許多板單元，使板單元又細又長，尺寸效應(yīng)影響最后的計算結(jié)果。

3.墻組元模型：采用墻組元模型的結(jié)構(gòu)計算軟件有TBWE(中國建研院高層室)、SSW(廣東省建筑設(shè)計研究院)。這些軟件采用的墻組元實際上是一種改進的薄壁桿件模型，它與普通的薄壁桿件模型的不同之處在于：

(1)不強求剪力墻為開口截面，可以分析閉口及半開半閉截面；

(2)其桿件未知位移取為桿端截面的橫向位移和各節(jié)點的縱向位移，單元數(shù)目隨墻肢節(jié)點數(shù)增加而增加，不像普通薄壁桿件那樣固定為14個，從而保證了桿件的位移協(xié)調(diào)；

(3)采用最小勢能原理，建立考慮剪力墻剪切變形的總勢能的表達式，建立考慮剪切變形的單元剛度矩陣。墻組元實際上是一種介于薄壁桿件單元和連續(xù)體有限元之間的分析單元。

4.板殼墻元模型：分為空間殼元和在殼元基礎(chǔ)上經(jīng)靜力凝聚而成的超單元——板殼墻元兩種形式來模擬剪力墻。由于剪力墻既承受水平荷載作用，又承受豎向荷載作用，而它本身既有平面內(nèi)剛度，又有平面外剛度，故從有限元目前的發(fā)展水平來看，用殼元模擬剪力墻在某些建筑是比較接近實際受力情況。

以空間殼元模擬剪力墻的代表性軟件有：SU－PER SAP(美國AIS公司)、SAP2000(美國CSI公司)、ANSYS(美國ANSYS公司)。這些均為優(yōu)秀的通用有限元分析軟件，但由于它們前處理功能弱(數(shù)據(jù)交互圖形輸入功能不是為土木結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計的，剪力墻單元自動劃分難度大)，后處理功能也不夠(沒有考慮建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)特點)，難以讓結(jié)構(gòu)設(shè)計人員接受。

5.通用有限元分析軟件：ANSYS是各種物理場及多場吻合分析的通用有限元軟件，能夠完成結(jié)構(gòu)分析、電磁場分析、溫度場分析、流場分析和多物理場吻合分析。結(jié)構(gòu)工程師可利用其完成結(jié)構(gòu)計算、溫度應(yīng)力計算、滲流和地基變形計算、上部結(jié)構(gòu)與地基共同作用分析等，其非線性計算分析能力很強。ANSYS／LS-DYNA還能進行高度非線性瞬態(tài)動力分析，曾用于世界貿(mào)易中心飛機撞擊后倒塌過程的仿真分析。

ANSYS軟件作為通用有限元軟件，在結(jié)構(gòu)分析中有著靈活的應(yīng)用。首先，它可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的整體分析，任意設(shè)定荷載工況，并可完成復(fù)雜的荷載工況組合；在整體分析的同時，也可對感興趣的細部加密網(wǎng)絡(luò)，得到較為精確的細部結(jié)果。也可將工程中感興趣的細部單獨建模，將結(jié)構(gòu)整體分析的結(jié)果引入細部模型，得到滿意的計算結(jié)果。其次，ANSYS軟件可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的計算假定，可使計算結(jié)果更接近結(jié)構(gòu)實際情況。

以板殼墻元模擬剪力墻的代表性軟件有：STAADIII(美國REI公司)、SAP84(北京大學)、SATWE(中國建研院PKPM CAD工程部)和TBSAP(中國建研院高層室)等。由于板殼墻元既有平面內(nèi)剛度也有平面外剛度，且剪力墻洞口間部分也可以作為墻元進行整體分析。因此，板殼墻元更能精確地分析復(fù)雜剪力墻結(jié)構(gòu)。

以最為典型的SATWE為例：為了克服殼元模型中剪力墻單元劃分的困難，PKPM CAD工程部在研制高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE過程中，引進了SAP84的墻元概念，創(chuàng)建了在四節(jié)點等參平面薄殼單元的基礎(chǔ)上凝聚而成的殼元墻元，該薄殼是平面應(yīng)力膜和板的疊加，有6個自由度，3個為膜自由度，另3個為板彎曲自由度。這不僅簡化了剪力墻的幾何描述，解決了剪力墻單元自動劃分問題，而且通過子結(jié)構(gòu)技術(shù)，減少了結(jié)構(gòu)總自由度數(shù)，提高了分析效率，從而確保了SATWE的實用性。同時SATWE也對樓板的模型簡化給予了足夠的重視，引進了彈性樓板單元來描述彈性樓板。通過以三角形薄殼單元、矩形薄殼單元和四節(jié)點等參平面薄殼單元模擬普通的彈性樓板單元，加上以三角形厚板單元和四節(jié)點等參厚板單元模擬轉(zhuǎn)換層厚板單元，使得多塔、錯層結(jié)構(gòu)、樓板局部大洞及特殊樓板結(jié)構(gòu)的分析都能夠得到精度保證。

SATWE采用空間有限元板殼墻元模型計算分析剪力墻(與SAP一致)是目前精度很高的計算方法。從PMCAD數(shù)據(jù)自動進行殼單元的劃分，并妥善處置上下洞口任意排布、弧墻等復(fù)雜情況。這種計算模型對剪力墻洞口的空間布置無限制，允許上下洞口不對齊，也適用于計算框支剪力墻轉(zhuǎn)換層等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元可大大減少計算自由度，并成功地在微機上實現(xiàn)快速高精度計算。并且可對樓板作彈性設(shè)計，并給出四種假定，即整體平面無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛加彈性連接板帶和彈性樓板，應(yīng)用中可根據(jù)工程實際情況和分析精度要求選用其中一種或幾種簡化假定，從而大大提高分析復(fù)雜平面的計算精度。SATWE不僅能適應(yīng)目的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)計算要求，程序借助PMCAD數(shù)據(jù)自動進行殼單元的劃分，并妥善處置上下洞口任意排布、弧墻等復(fù)雜情況，前處理功能簡單易于操作。數(shù)據(jù)準備工作量小，而且計算中可考慮多種影響因素，如：恒、活載分算；梁活載不利布置計算；柱、墻及基礎(chǔ)活載折減；鋼結(jié)構(gòu)計算；上部結(jié)構(gòu)與地下室聯(lián)合工作分析及地下室設(shè)計；斜梁分析與設(shè)計；復(fù)雜砌塊結(jié)構(gòu)有限元分析與抗震驗算。

高層建筑的地基結(jié)構(gòu)范文第5篇

關(guān)鍵詞：高層；大底盤；多塔樓；抗扭梁技術(shù)；抗震設(shè)計；構(gòu)造措施

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

1.結(jié)構(gòu)分析

1.1結(jié)構(gòu)選型

本工程地下兩層，為地下車庫；地上三棟塔樓，分別為酒店塔樓為25層，公寓式酒店塔樓為12層，商住塔樓為20層；塔樓間設(shè)2層商業(yè)裙房。為滿足建筑的使用功能需求，選用框支-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層架空層（即裙房屋面）。該工程為帶轉(zhuǎn)換層的復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，采用框支梁轉(zhuǎn)換上部酒店及商住樓的剪力墻。

1.2抗震設(shè)計方面的問題

本工程大底盤多塔的各塔樓質(zhì)量和剛度分布不均勻，且在平面布置上又不對稱于大底盤，在地震作用下結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動反應(yīng)較大。大底盤頂層樓蓋起著協(xié)同各塔樓共同工作的作用，而轉(zhuǎn)換層設(shè)置于該層，故此處也為結(jié)構(gòu)上下剛度突變處。理論分析和試驗結(jié)果均表明，在地震作用下，裙房頂層及上一層是最先破壞且破壞最嚴重的位置。為保證結(jié)構(gòu)的抗震性能要求，結(jié)構(gòu)整體力學分析與抗震性能分析應(yīng)選擇合理的計算模型，以找出可能出現(xiàn)的薄弱部位，并在設(shè)計中采取構(gòu)造加強措施提高其抗震能力。

1.3結(jié)構(gòu)整體計算

結(jié)構(gòu)整體動力分析，采用中國建科院開發(fā)的SATWE和PMSAP兩種不同力學模型程序，PMSAP主要作為校核程序。

本工程為非對稱的多塔結(jié)構(gòu)，由于存在雙向偏心，在自由振動條件下結(jié)構(gòu)存在平扭耦連振動。因此，結(jié)構(gòu)計算時，除考慮雙向地震作用外，還需要考慮平扭耦連計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。本設(shè)計采用的計算振型數(shù)為30，計算得到X、Y方向的振型參與質(zhì)量系數(shù)分別為95.3%、97.1%。通過對結(jié)構(gòu)整體空間振動簡圖與振型圖分析可知，結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)不明顯，未出現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振型特征。由于本工程為框支-剪力墻復(fù)雜結(jié)構(gòu)且具有一定的高度，故結(jié)構(gòu)豎向荷載加載方式按模擬施工加載和一次性加載兩者加載模式分別計算。實際結(jié)構(gòu)豎向荷載加載方式與計算模型中單純的模擬施工和一次性加載均有所不同，故實際配筋取用模擬施工時的計算結(jié)果，并參考一次加載計算結(jié)果適當予以放大。

1.4單塔計算

假定裙房與主樓樓板連接薄弱部位發(fā)生破壞，裙房與主樓都可以成為獨立的抗震單元，在每個單元內(nèi)部都有足夠數(shù)量的鋼筋混凝土抗震墻，能形成明確的、獨立的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，保證結(jié)構(gòu)整體安全。三個塔樓單元須各自另建計算模型，作為整體模型計算結(jié)果的補充校核，滿足“大震不倒”的設(shè)計原則。加強轉(zhuǎn)換層下部的結(jié)構(gòu)剛度，本工程酒店塔樓、公寓式酒店塔樓、商住塔樓的轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比X向分別為0.95、0.97、0.93，Y向分別為0.97、0.98、0.95。

1.5角柱計算

由于角部框支柱受力特別復(fù)雜，角部扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，因此角柱須按抗震設(shè)防烈度提高一度、抗震等級提高一級進行計算，提高其抗震能力，確保結(jié)構(gòu)安全。

2結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計

結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)從兩個方面加以限制：1）限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過大的偏心而導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；2）限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。關(guān)鍵是限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比。當兩者接近時，由于振動耦連的影響，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯?？拐鹪O(shè)計中必須采取措施減小Tt/T1的比值，使結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度。由材料力學知識可知，抗扭構(gòu)件離質(zhì)心越遠，其抗扭剛度越大。對于一般的結(jié)構(gòu)工程，要控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，按以下構(gòu)件布置原則：一是增加建筑物周邊構(gòu)件剛度，而降低內(nèi)部構(gòu)件剛度；二是在結(jié)構(gòu)布置時盡量減小質(zhì)心與剛心的偏心率。

針對本工程平面布置情況，在設(shè)計中采取了如下措施，以增加其抗扭剛度：

1）剪力墻根據(jù)建筑交通核心筒及隔墻的分布情況，按照“均勻、分散、對稱、周邊”的要求布置，以使結(jié)構(gòu)整體有較好的抗側(cè)移能力和抗扭轉(zhuǎn)能力。盡量加大周邊剪力墻的剛度，將上部標準層的角部剪力墻墻肢加長，盡量形成L、Z、T等形狀，內(nèi)部剪力墻厚度取用200mm，而將離質(zhì)心較遠處的周邊剪力墻厚度增加到240mm，使質(zhì)心與剛心的偏心率得到改善。

2）加強建筑物周邊結(jié)構(gòu)梁，將凸窗處結(jié)構(gòu)梁加高至窗臺面；在各樓層的凸凹不規(guī)則處設(shè)拉梁，每隔四層在凹口處局部用混凝土拉板連接，增加結(jié)構(gòu)的整體性，以利于傳遞水平地震作用。

3）剪力墻的門窗洞口上下對齊，形成明確的墻肢和連梁。

4）結(jié)構(gòu)平面突出部位的結(jié)構(gòu)梁予以適當加高，以便于增加結(jié)構(gòu)的整體性。

綜合應(yīng)用上述措施，通過多次“建立模型-試算-調(diào)整模型”的過程，使質(zhì)心和剛心盡量重合，有效收斂結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。其計算結(jié)果以酒店塔樓為代表：平動為主的第一自振周期T1=2.02s，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt=1.54s，周期比Tt/T1=0.76；在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值最大值在3層，其比值分別為1.19、1.18。以上結(jié)果符合抗震及高層規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。

3框支梁的平面外抗扭梁設(shè)計技術(shù)

一般情況下，設(shè)計假定剪力墻平面外抗彎剛度為零或很小，框支梁與上部墻體截面中心線宜重合；此時計算模型與結(jié)構(gòu)實際受力狀態(tài)基本一致，計算結(jié)果正確可靠。若框支梁與上部墻體截面中心線不重合，例如建筑物周邊的剪力墻偏軸布置在框支梁上，將使框支梁受扭。從概念設(shè)計的角度可以設(shè)想，一旦遭遇到地震作用，框支梁在側(cè)向大位移的狀態(tài)下，其平面外扭矩會使框支梁失效。針對此點，可設(shè)置與框支梁垂直的截面剛度較大的抗扭梁，能有效的抵抗大部分框支梁受到的平面外扭矩作用，同時，利用框支梁本身截面較大的特點，加強其抗扭腰筋，并加大轉(zhuǎn)換層的樓板厚度及配筋。

4構(gòu)造處理技術(shù)

4.1大跨度異形板的構(gòu)造處理

本工程上部商住塔樓采用大開間剪力墻布置方式，留出了很多大尺寸空間以適應(yīng)用戶的不同需求。這些大尺寸空間既可作為寬闊的客廳，又可以靈活隔斷，自由分隔為小戶型。為了保證空間整體性和適用靈活性，建筑專業(yè)要求在這些大尺寸空間中不要布置結(jié)構(gòu)梁，由于其基本上不是方形規(guī)整的平面空間，這樣就產(chǎn)生了大跨度異形板（跨度從5.7～6.9m不等），而該板上可能會布置輕質(zhì)隔墻，荷載情況較復(fù)雜。經(jīng)計算分析發(fā)現(xiàn)異形板內(nèi)凹的陽角處板面應(yīng)力集中情況相對突出，故在這些部位的板面須設(shè)置雙向鋼筋以覆蓋板面應(yīng)力集中區(qū)域；異形板的異形分界處設(shè)置寬度1000mm的暗板梁；適當增加大跨度異形板厚度。通過以上措施以避免樓板出現(xiàn)裂縫，確保其安全使用性能。

4.2“芯柱”的構(gòu)造處理

本工程采用“芯柱”的構(gòu)造措施來加強框支短柱。芯柱的構(gòu)造方法是在柱截面中部三分之一的核心部位設(shè)置縱筋和箍筋，即形成柱內(nèi)部加強區(qū)域，從而形成柱的內(nèi)、外兩套配筋體系；芯柱的附加縱筋面積按柱截面面積的0.8%取用，該鋼筋不計入柱的配筋率內(nèi)。芯柱的作用原理：彎矩對核心區(qū)鋼筋的影響小，利用柱周邊鋼筋抵抗柱承受的彎矩作用，即使混凝土保護層開裂剝落，周邊鋼筋和混凝土的粘結(jié)削弱，而中部芯柱的鋼筋和混凝土之間仍具有良好的粘結(jié)作用，芯柱部位的鋼筋不會發(fā)生壓曲；即使混凝土失效，核心鋼筋形成的芯柱仍能抵抗豎向荷載。在遭到罕遇大地震時，采用“芯柱”的構(gòu)造措施，既可以提高短柱的受壓承載力，又可以提高其壓縮變形能力，即提高了短柱的延性和耗能能力，相當于對受力不利的短柱增加了一道防護措施，有效地改善了它的抗震性能，確保其在大震時的安全。

5結(jié)束語

5.1通過合理布置剪力墻，收斂結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，達到減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的目的。

5.2在結(jié)構(gòu)布置時，上部住宅采用大開間剪力墻，這樣能有效地減小上、下結(jié)構(gòu)剛度比，又便于下部結(jié)構(gòu)大開間的框支柱、框支梁布置；但大開間形成的大跨度異形板以及下部框支柱，必須根據(jù)其特點，對其進行有針對性的計算分析，并采取有效的構(gòu)造措施，方能確保其結(jié)構(gòu)安全。

5.3框支梁受到偏心力作用時，不能忽視它受到的平面外扭矩作用；通過設(shè)置抗扭梁能克服框支梁受到的大部分扭矩作用，而其余部分需要綜合利用框支梁本身較大的截面抗扭剛度、加強框支梁的縱向抗扭腰筋、加強轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)板厚度及配筋、采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)等，方能有效徹底地解決。

參考文獻：

[1]建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2010，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2010，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]傅學怡. 實用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(第二版)，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.