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1、精选优质文档-倾情为你奉上小高层建筑基础设计【摘要】: 本文在介绍小高层建筑常用基础类型及设计计算方法的基础上，结合具体的工程实例，详细的阐述了小高层建筑设计的内容和方法。【关键词】:小高层建筑桩筏基础 基础设计基础是房屋结构的重要组成部分，房屋所受的各种荷载都要经过基础传至地基。由于小高层建筑层数多、上部结构荷载较大，导致使其基础具有埋置深度大，材料用量多，施工周期长，工程造价高等特点。为此，小高层建筑基础设计时应满足以下几方面的要求：(1)基础的总沉降量和差异沉降量满足规范规定的允许值；（2）满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；（3）地下结构满足建筑防水的要求；（4）预先估计在
2、基础施工过程中对毗邻房屋或市政设施的影响，并尽可能避免或减轻这种影响和干扰。1基础的选型应选用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。天然地基上的筏形基础比较经济，宜优先采用；必要时也可采用箱形基础；当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形的要求时，也可采用交叉梁基础或其它基础形式；当地基承载力和变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。基础是否发生倾斜是小高层建筑是否安全的关键因素。小高层建筑由于质心高、荷载大，对基础底面一般难免有偏心，故在沉降过程中，建筑物总重量对基础底面形心将产生新的倾覆力矩增量，而此倾覆力矩增量又产生新的倾斜增量，倾斜
3、可能随之增长，直至地基变形稳定为止。因此，为减少基础产生倾斜，应尽量使结构竖向荷载重心与基础平面形心相重合，当偏心难以避免时，应对其偏心距加以限制。高层规程规定，在地基土比较均匀的条件下，箱形基础、筏形基础的基础平面形心宜与上部结构竖向永久荷载重心重合。当不能重合时，偏心距e宜符合下式要求：（式1）与偏心方向一致的基础地面边缘抵抗矩（）；A基础底面面积（）。对低压缩性地基或端承桩基的基础，可适当放宽偏心距的限制。按上式计算时，裙房与主楼可分开考虑。2基础的埋置深度小高层建筑基础必须有足够的埋置深度，这主要是考虑了以下几方面的因素：（1）增大基础埋深可保证高层建筑在水平荷载（风和地震作用）作用下
4、的地基稳定性，减少建筑的整体倾斜，防止倾覆和滑移，利用土的侧限形成嵌固条件，保证小高层建筑的稳定；（2）由于基础增大埋深，可使地基的附加压力减小，且地基承载力的深度修正也加大，则可以提高地基的承载力，减少基础的沉降量；（3）增大基础埋深，可使地下室外墙与土体之间的摩擦力和被动土压力增大，从而限制了基础在水平荷载作用下的摆动，使基础底面上反力分布趋于平缓；（4）地震作用下结构的动力效应与基础埋置深度关系较大，增大埋深，可使阻尼增大，结构的地震反应减小，而且土质越软，埋置深度越大，地震反应减小得越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。实测表明，有地下室的建筑地震反应可降低（2030）。基础的埋置深度对
5、房屋造价、施工技术措施、工期以及保证房屋正常使用等都有很大的影响。基础埋置太深，还会增加房屋的造价；而埋置太浅，通常又不能保证房屋的稳定性。因此，基础设计时应根据实际情况选择一个合理的埋置深度。当基础直接搁置在基岩上时，可以不考虑埋深的要求，但一定要做好地锚，保证基础不发生滑移。3小高层建筑常用基础形式（1）筏形基础设计筏形基础也称为片筏基础或筏式基础，是小高层建筑中常用的一种基础形式，它适用于小高层建筑地下部分用做商场、停车场、机房等大空间房屋。筏形基础具有整体刚度大，能有效地调整基底压力和不均匀沉降，并有较好的防渗性能；同时，天然地基上的筏形基础以整个房屋下大面积的筏片与地基相接触，可使地
6、基承载力随着基础埋深和宽度的增加而增大，使基础的沉降随着埋深的增加而增大，因而它具有减小基底压力和调整不均匀沉降的能力。1）筏形基础尺寸的确定筏形基础的平面尺寸应根据地基土的承载力、上部结构的布置及其荷载的分布等因素确定。在确定基础平面尺寸时，为避免基础发生过大的倾斜和改善基础受力状况，应使基础平面形心与上部结构竖向荷载重心之间的偏心距满足要求；否则，可通过改变基础底板在四边的外伸长度来调整基底的形心位置，或采取减小柱荷载差的措施，调整上部结构竖向荷载的重心，尽可能使上部结构竖向荷载的重心与基础平面的形心相重合。当满足地基承载力时，筏形基础的周边不宜向外有较大的伸挑扩大。当需要外挑时，其外挑长
7、度一般不宜大于同一方向边跨柱距的1/41/3,同时宜将肋梁伸至筏板边缘；周边有墙的筏形基础，其外挑长度一般为1m 左右，也可不外伸。2）筏形基础的基底反力及内力计算筏形基础的设计方法，根据采用的假定不同可分为刚性板方法和弹性板方法两大类。弹性板方法又可分为经典解析法、数值分析法（如有限差分法、有限单元法和样条函数法）和等代交叉弹性地基梁法等；弹性板方法虽未考虑上部结构的作用，但考虑了地基与基础的相互作用，与实际情况较为符合。刚性板方法也称为倒楼盖法，常用的有板带法和双向板法，该方法既不考虑上部结构刚度，也不考虑地基、基础的相互作用，即假定基础为绝对刚性，地基反力呈直线分布。由于刚性板方法较为简
8、单，且在多数情况下也能满足工程计算的需要，在工程中得到了广泛应用。本节仅介绍刚性板方法。当地基土比较均匀，上部结构刚度较好，平板式筏形基础的厚跨比或梁板式筏形基础的肋梁高跨比不小于1/6，柱间距及柱荷载的变化不超过20时，小高层建筑的筏形基础可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法（即刚性板方法）进行计算。按刚性板方法计算时，假定基础底板相对于地基而言是绝对刚性的，则筏形基础的内力可按基底反力直线分布进行计算。当不符合上述条件，如地基比较复杂、上部结构刚度较差，或柱荷载及柱间距变化较大时，筏形基础的基底反力宜按弹性板方法进行计算。对平板式筏形基础，当一个计算单元荷载相差不超过20%时，可将地基反力视为
9、均匀分布，按柱网划分为纵、横两个方向的柱下板带和跨中板带，采用无梁楼盖中的计算方法，如等代框架法、经验系数法等，可进行柱下板带和跨中板带的内力分析。对柱下板带中，柱宽及其两侧各0.5 倍板厚且不大于1/4 板跨的有效宽度范围内，其钢筋配置量不应小于柱下板带钢筋数量的一半，且能承受部分不平衡弯矩。梁板式筏形基础内力计算当框架的柱网在纵横两个方向上尺寸的比值小于2，且在柱网单元内不再布置次肋梁时，可将筏形基础近似地视为一倒置的楼盖，地基净反力作为荷载，筏板按双向多跨连续板计算，肋梁按多跨连续梁计算，如下图所示。由于基础与上部结构的共同作用，致使基础端部处的基底反力增加，图1 梁板式筏形基础内力计算
10、简图（2）箱形基础设计箱形基础是由钢筋混凝土顶板、底板、外墙和内墙组成的空间整体结构，是小高层建筑中广泛采用的一种基础形式。它具有很大的刚度和整体性，能有效地调节基础的不均匀沉降，常用于上部结构荷载大，地基软弱且分布不均匀的情况；由于箱形基础的埋置深度较大，周围土体对其具有嵌固作用，因而可以增加建筑物的整体稳定性，并对结构抗震有较好的效果；同时，因挖除了相当厚度的土层，减少了基础底板的附加压力，使高层建筑可以建造在比较软弱的天然地基上，形成所谓补偿性基础，从而取得较好的经济效果。但另一方面，由于形成箱形基础的纵横墙较多，而且墙上开洞面积也受到限制，当地下室要求有较大空间或建筑功能上要求较灵活布
11、置时（如地下室作为商场、停车场等），就难以采用箱形基础。1）箱形基础的一般规定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。为了使箱形基础具有一定的刚度，能适应地基的不均匀沉降，满足使用功能上的要求，减少不均匀沉降引起的上部结构附加应力，一般不宜小于箱基长度（不计墙外悬挑板部分）的1/20，且不宜小于3m。当建筑物有多层地下室时，可以仅将最下面一层或两层地下室设计为箱形基础，也可将全部多层地下室设计成箱形基础。2）箱形基础基底反力计算确定基底反力是箱形基础设计的关键问题，由于影响基底反力的因素较多，如土质、上部结构的刚度、荷载分布和大小、基础埋深、尺寸和形状等，精确地确定
12、箱形基础基底反力是一非常复杂和困难的问题，可以按照弹性地基上的梁板理论计算，不仅工作量大，且计算结果与实测值比较差别较大，因此，至今尚没有一种可靠而实用的计算方法。3）箱形基础内力分析箱形基础顶板和底板在地基反力和水压力及上部结构传下来的荷载作用下，上部结构刚度对基础内力有较大影响，由于上部结构参与共同作用，分担了整个体系的整体弯曲应力，基础内力将随上部结构刚度的增加而减小，但这种考虑共同作用的分析方法计算上比较复杂，距实际应用还有一定的距离。目前在实际工程中是根据具体的上部结构体系分别采用下述两种计算方法。按局部弯曲计算考虑到整体弯曲的影响。纵横方向支座钢筋尚应有1/3 至1/2 的钢筋连通
13、，且连通钢筋的配筋率分别不小于0.15（纵向）、0.10（横向），跨中钢筋按实际需要的配筋全部连通。同时考虑局部弯曲和整体弯曲计算对不符合上述要求的箱形基础，应同时考虑局部弯曲和整体弯曲作用。计算整体弯曲时应考虑上部结构与箱形基础的共同作用。（3）桩基础设计桩基础是小高层建筑中广泛采用的一种基础形式，适用于上部结构荷载较大，地基在较深范围内为软弱土且采用人工地基无条件或不经济的情况下。桩基础由承台和桩身两部分组成，承台承受上部结构传来的荷载，并把它分布到各根桩，在通过桩传到深层土上；因此，在承受竖向荷载时，桩基础的作用是将上部结构的荷载通过桩尖传到深层较坚硬的地基中，或通过桩身传给桩身周围的地
14、基中；对于水平荷载，主要是依靠承台侧面以及桩上段周围土体的挤压力来抵抗。桩基承台是上部结构与桩之间相联系的结构部分，可选用柱下单独承台、双向交叉梁、筏形承台、箱形承台。其平面形状有三角形、矩形、多边形和圆形等。桩基承台的构造，除满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构的要求外，承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm；对于条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于75mm。承台的最小厚度不应小于300mm。4小高层基础设计实例（1）工程概况某住宅楼，地下一层，地上8层（其中地下一层为人防地下室；地上均为住宅）
15、。住宅楼为框架剪力墙结构，建筑总面积为5665。建筑物耐久年限为50年；建筑类别为一类；建筑耐火等级为一级；建筑抗震烈度为8度。（2）基础设计1）基础选型本设计上部结构荷载适中，但地基土软弱，持力层较深，用天然浅基础或仅作简单的人工地基加固仍不能满足要求，该上部建筑物对沉降要求严格。因此选用桩基础，又由于上部结构是框架剪力墙结构，承受荷载的既有框架柱又有剪力墙，故优先考虑桩筏基础。本设计采用平板式桩筏基础。2）桩筏基础设计此桩筏基础采用不考虑共同作用的计算方法，即上部结构视为柱底（墙底）固端约束的独立结构，用结构力学方法求出外荷载作用下结构内力和柱底及墙底反力，然后将求出的柱底（墙底）固端力作
16、用于基础，假设外荷载全部由桩承担，由外荷载和单桩承载力确定桩数，再按材料力学要求或构造要求确定承台的尺寸和配筋。3）桩型选择、施工工艺和承台埋深桩型选择端承摩擦桩，施工工艺选择钻孔灌注桩（采用泥浆护壁），承台底面埋深6.3m。（3）初步选择桩断面及持力层，估算单桩承载力，确定桩数并进行平面布置1）选择桩端持力层，估算单桩承载力桩基持力层宜选择在压缩性较低的土层中，且需综合考虑桩基承载力的要求以及布桩条件。分别选择第层（粉质粘土）、第层（粉质粘土）、第层（粉质粘土）作为桩端持力层，桩长分别为20m、26m、33m。按照建筑桩基技术规范JGJ9494中的经验公式确定单桩承载力标准值。2）桩数的初步
17、确定及其平面布置按照以下原则进行桩的平面布置尽可能使群桩横截面的形心与长期荷载的合力作用点重合；尽量将桩布置在靠近承台（筏板）的边缘部分，以增加桩基的惯性矩；保持桩矩=（34）d左右为宜，桩在平面上的布置多采用行列式。初步选定桩长10m，桩径400mm的桩，极限承载力为629.9kN，桩数20根。3）筏板尺寸板厚取1.4m（待冲剪验算后最终确定），纵向外伸350mm（到外柱外边缘），横向外伸取800mm（到外柱外边缘）。其下设100mm后的素混凝土垫层。（4）桩顶作用效应验算1）上部荷载及基础自重完全由桩来承担（即不考虑底板下土的分担作用），桩顶反力按直线型分布计算。2）群桩中单桩竖向承载力的
18、验算 在荷载作用下，存在群桩效应问题，群桩承载力并不等于单桩承载力之和。根据建筑桩基技术规范JGJ94-94的规定（式2）经计算10m的桩不能满足要求，改选12m长的桩满足要求。单桩承载力为735.6kN。（5）桩筏基础沉降验算 对于桩-筏基础的整体沉降计算，现行规范没有给出明确的规定。目前主要有两类计算方法。一类是从桩-筏基础的受力机理出发得到“简易理论法”；一类是从弹性理论出发得到的半经验半理论公式。本设计采用的沉降计算的简易理论方法。首先根据外荷P与地基总抗力T的大小关系确定计算模式。 一种模式为PT的实体深基础模式；一种模式为PT 的复合地基计算模式。经计算知本设计为PT的复合地基计算
19、模式。5结论小高层建筑由于既能适应现代居住生活要求，又可以在一定的程度上提高土地利用率、节约土地资源，得到人们的青睐。建筑基础作为上部结构和地基之间的纽带，其质量优劣直接关系到上部结构的安全与否。设计人员在进行小高层基础设计时应当根据建筑物所处的地区、业主的要求以及地质条件，在满足国家规范及强制性条文的要求下，进行恰当的选型，科学的计算和验证分析进行基础的设计。随着人们对地基基础研究的不断深入，小高层建筑基础设计也会取得新的发展。参考文献1 李红伟. 浅议多高层建筑的基础设计J. 黑龙江科技信息, 2011,(16).2 晏文锋. 高层建筑基础选型与设计J. 中外建筑, 2007,(01) .3 洪晏. 高层建筑基础设计的探讨J. 山西建筑, 2008,(30) . 4 劳嘉澍. 高层建筑基础设计分析J. 南方建筑, 2006,(08) .专心-专注-专业