高层建筑基础及地下室底板结构的优化设计解析[精品资料]

高层建筑基础及地下室底板结构的优化设计解析 -精品资料 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 最新最全的 学术论文 期刊文献 年终总结 年终报告 工作总结 个人总结 述职报告 实习报告 单位总结 摘要 : 高层建筑上部荷载大 , 基础埋置深度也较深 , 地下室的设计合理与否直接影响建筑物的正常使用与造价。本文通过对某高层建筑基础及地下室底板结构优化前后的设计介绍 , 说明结构选型及计算分析在基础和底板结构设计中所起的重大经济作用 , 为建筑技术人员提供借鉴。 关键词 : 高层建筑；基础及地下室；底板结构；扩展基础 ；优化设计 ； 经济指标 TU208.3 A 随着经济的发展 , 高层建筑越来越多。为了增加有效使用面积 , 将停车库转入地下 , 所以这些建筑通常都带有地下室。这不仅有利于地面道路的设置 , 同时也满足了平战结合的要求。对于这类工程 , 由于地下室设计荷载较大，防水抗裂要求高，其造价占整个项目造价的比重也相当大。所以，对地下室梁板结构做多方案的选型比较，并进行进一步优化设计非常必要。本文从地下室结构选型和优化原则入手，结合某工程实例，对高层建筑基础及地下室底板结构的优化设计做了详细解析。 1 地下室结构选型和优化原则 地下室的结构选型和优化设计非常重要，在方案阶段就应该因地制宜地对多个方案进行详细的比较、论证，选出最优方案。选优原则如下： 在满足功能及基础埋深前提下，地下室应尽量浅埋。 浅埋可以减少土方成本，减小地下室外墙外侧的土压力，在沿海地下水位较高地区尤其可以减小水浮力，可有效节约底板造价及地下室抗浮成本，同时亦可减小地下室渗漏风险。所以，地下室尽量浅埋是地下室方案论证之 “ 纲 ” 。 根据地下室顶板板厚、荷载，满足净空要求的最大梁高等条件，进行井字梁、十字梁、单向板、大板楼盖、无梁楼盖、预应力等多种项板结构方案的比较，选出造价低、施工方便的最优结构方案。值得注意的是，最优方案不是一成不变的，关键在于要熟悉各种方案的特点。 3)充分利用地下室底板板厚较大的条件，根据情况，选用无梁楼盖底板或筏板基础。 4)采取措施，增大地下室净空，减小地下室埋深。例如，地下室用结构找坡，顶板主梁采用加腋梁 (设备管线尽量布在梁跨中梁高较小处 )等措施。 2 工程概况 某 高层办公楼 , 地上 30 层 ,地下 4 层 , 地面总高度为120.9m, 结构平面为矩形 ,地上塔楼为 62m39.5m, 地下室为68.5m62.5m, 总深 17.4m。塔楼基本占据整个地下室 , 仅北侧 3 跨 17m及东侧 1 跨 6.5m 为纯地下室。 3 地下室底板下的地基状况 本工程地下室底板下约占据地下室面积 1/3 的南半部为微风化泥质粉砂岩和砂砾岩 , 地基承载力特征值分别为fa=4500, 6000kPa, 其余部位基本为中风化泥质粉砂岩和砂砾岩 , 地基承载力特征值分别为 fa=2600, 4000kPa。局部一个柱网 8.5m8.5m 范围存在厚约 2.5m 的强风化岩 , 其下为1.5m 厚的中风化岩 , 往下则为微风化岩层。 4 原设计的基础及地下室底板结构 原设计的基础型式采用人工挖孔桩 , 桩径 1.2 2.2m, 且要求有扩大头 , 桩长 2.0 7.6m； 其中纯地下室部位及周边地下室侧墙下的挖孔桩同时兼作抗拔桩 , 总桩数为 131 根。地下室底板采用梁板式结构 , 板厚 800mm, 在 X、 Y 向的柱墙轴线上分别布置基础梁 , 截面为 10001200( 1400) 和800 1000 等。 5 优化设计的原因 原设计的基础及地下室底板结构已形成施工图 , 甲方专业人员经过审议 , 认为原设计方案结构耗材 ( 包括混凝土及钢筋等 ) 过多 , 结构形式施工较费时而会延长工期 , 抗拔桩的检测存在困难等。从技术层面上分析 , 原设计的基础及地下室底板结构存在以下问题 : 底板下基本为岩石层 , 地基承载力相当高 , 采用人工挖孔桩将强度很高的岩层挖去和浇捣混凝土 , 不合理且无必要 ； 抗拔桩的桩长有限 , 很难起到抗拔作用 ； 底板厚度已达 800mm,再设线刚度不太大的基础梁 , 受 力不合理且无必要。因此 , 从基础及底板结构受力更合理、经济性(包括材料耗用量及工期两方面 ) 更佳的角度考虑 ,有必要对原设计进行重新设计 , 以达到优化目的。 6 基础选型优化 根据上部结构形式及其墙柱轴向力值 , 结合基础岩层的有利条件 , 本工程有条件亦应选择天然地基扩展基础形式 , 以微风化和中风化岩作为持力层 ；局部存在强风化岩层的部位采用短墩基础形式 , 以埋深较浅的微风化岩作为持力层。扩展基础的底面积由墙柱轴向力和岩层承载力决定 , 基础高度则由其抗冲切决定 , 基础尺寸确定后 , 基础配筋基本 为构造配筋。重新选定的基础型式不仅受力合理 , 节省结构材料 , 且施工方便 , 可加快施工进度。 7 地下室底板结构的优化设计 结合所选定的基础型式 , 并综合考虑底板的受力状态、底板的抗渗要求、施工便利以及控制底板结构造价等因素 , 地下室底板选用平板式 , 板厚仍维持 h=800mm。塔楼部位不须考虑整体抗浮 , 纯地下室部位及塔楼大跨度板中间采用抗拔锚杆抗浮 ； 底板由地下室侧墙外伸 700mm, 由侧墙外的回填土重量平衡水浮力 , 以免除四周侧墙部位的抗浮措施 , 同时使地下室底板和侧墙的布筋更方便 , 如图 6 所示。抗拔锚杆的设计和布置原则是 : 使每根锚杆的抗拔力接近 , 避免其中某根抗拔锚杆由于施工原因出现薄弱部位而产生破坏性的连锁反应 ； 锚杆的分布力求有规律性 , 并使整个底板的应力状态相近 , 有利于底板的受力且方便施工 ； 在此条件下尽量减少锚杆的数量 , 以达到更经济的目的。根据以上原则 , 本工程共设计抗拔锚杆 250 根 , 锚杆长约 10m, 单根锚杆抗拔力设计值Nt=500kN。由于地下第 4 层部分为核 6 级人防区 , 故整个地下室的整体抗浮验算及非人防区的底板构件强度验算只需考虑地下水的水压力作用 ( 本工程地下水设防水位为首层车道入口处的 - 0.3m 标高处 ) , 人防区的底板构件强度验算根据规范规定 , 作用力取地下水浮力与核爆炸等效荷载值中较大值 , 本工程则由水浮力控制。底板结构的受力采用 ETABS 软件按下述原则进行建模计算分析 : 单元选取 : 底板净跨度约为 5m, 板厚 0.8m,跨厚比约为 6, 故底板采用普通壳单元模拟 ； 基础厚度为 1.5 2.0m, 故采用厚板壳单元模拟 , 以考虑板内剪切变形的影响 ； 锚杆按弹簧输入 , 以考虑锚杆变形的影响 , 根据相似工程经验取弹簧刚度 300kN mm,具体取值需现场进行锚杆抗拔试验并进行调整。 边界条件确定 : 主塔楼部分墙柱位置约束 Z 方向位移 ； 四周侧壁约束 Z 方向位移 ； 裙楼柱位置未施加任何约束 , 仅在对应柱位置处施加恒载工况下的竖向力标准值。 荷载确定 : 底板面标高 - 17.4m, 板厚 0.8m, 垫层厚 0.1m, 即实际底板底标高为 - 18.3m, 室外地面标高为 - 0.3m, 故设防水头为 18.3- 0.3=18.0m, 即水浮力为 180kN m2,减去底板及其面层自重 23,则抗浮净水浮力为 180- 23=157。 经过以上的全面考虑 , 并经较精细的计算分析 ,底板在满足强度、刚度、裂缝要求的前提下 , 其应力分布较均匀 , 考虑到施工布筋的方便并有效地控制用钢量 , 底板配筋形式采用大面积双层双向贯通筋 f 22200, 配筋率 r =0.237%, 在局部弯矩较大的板底板面以及基础底面周边辅以 200 短筋的配筋方法。 8 基础及底板结构设计优化前后的经济性比较 由于基础及底板结构原设计和优化后的设计都形成了施工图 , 故为设计优化前后的经济性比较提供了较准确的工程量计算依据。经甲方预算部委托 专门机构进行详细的预算分析 , 结果表明优化设计后虽增设了锚杆 250 根 , 但比原设计材料减少了混凝土 403, 钢筋 372t, 套用预算定额 , 基础及底板的造价差额为 289 万元 , 这还不包括缩短工期的因素在内。这对于单层面积为 4250 的地下室来说 ,相当于节省了 680 元 , 其经济效益是较为显著的 , 说明基础结构的合理设计具有重要的经济意义。 参考文献 1 GB50011- 2001, 建筑抗震设计规范 S . 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2001. 2钱力航 . 高层建筑箱形与筏形基础的设计计算 M .北京 : 中国建筑工业出版社 , 2003: 36, 76. 3李国胜多高层钢筋混凝结构设计中疑难问题的处理及算例 M 中国建筑工业出版社 2004 年 6 期 阅读相关文档 :浅论绿色建筑设计要点分析 超前地质预报在小断面隧道施工中的应用 高速公路软基处理施工技术措施研究 浅谈市政给排水安装工程的全过程质量管理 探析工程管理中的施工进度管理 铺设无砟轨道的隧道沉降变形观测与评估 定位车牵引不摘钩车型钩头断裂受力仿真分析 天津汉沽营城污水处理厂水质分析研究 膜分离技术在水处理中的应用 概述港口维修的发展趋势 机电安装施工前期质量控制分析 城市规划与土地利用规划的衔接问题