高层建筑结构的扭转控制及工程实例.doc

高层建筑结构的扭转控制及工程实例摘要：文章通过工程实例对超高层建筑的基础设计进行了探讨，根据超高层建筑的特点，对几种基础型式进行了分析比较，并依据安全经济原则，选择了合理的基础方案。关键词： 超高层 基础设计 抗浮设计目前，随着我国国民经济持续快速发展，高层建筑得到了迅速发展，尤其是近几年，兴建了很多超高层建筑。超高层建筑不仅高度、体量庞大，竖向荷载大，对基础的安全性要求高，而且由于建筑内部空间复杂，结构构件布置不均匀，相邻柱下荷载差异也非常大；现在的超高层建筑，单体的建筑很少，往往附属有相当面积的裙房和地下室，如本文介绍的卓越皇岗世纪中心工程，其裙房、地下室的面积将近10万平方米，它们往往与主体建筑相连，柱下荷载与主体差异巨大，基础设计应考虑差异沉降及相互影响；另外，由于超高层建筑的基础费用在整个工程项目总造价中占有很大比例，合理设计基础，能有效降低工程造价，具有可观的经济效益。以上几点，导致了超高层建筑的基础设计具有一定的复杂性，如何保证既安全可靠又经济合理、方便施工，是结构设计人员面临的新的挑战，只有通过设计创新和优化去适应，才能在竞争中求得生存和发展。本文结合卓越皇岗世纪中心工程，对超高层建筑的基础设计进行了一些探讨。1工程概况卓越皇岗世纪中心项目位于深圳市福田中心区，滨河路北侧，福华三路与金田路交汇口东南角，总建筑用地30667.7 m2，总建筑面积424008m2。该工程由四座塔楼及裙房地下室组成，其中1、2、4号塔楼为超高层建筑，3号楼为高层建筑，裙房5层，地下室3层，埋深14.5米，是一个集办公、酒店、商业、会议于一体的多功能写字楼、商业综合体。2工程地质概况场地原始地貌为山前冲洪积平原，现经二次人工堆填，自然地面标高为黄海高程5.72米7.44米间，相对高差l.72m，场地起伏变化不大。根据现场钻探揭露和室内土工试验结果表明，场地内地层自上而下分布有：人工填土层、第四系冲洪积上层、第四系残积土层、中生代燕山期花岗岩石四类地层。3基础选型和分析3.1桩型的选择分析因为塔楼超高，柱下荷载达2880079200I(N，基底均布荷载高达933l(Nm2，不能采用筏板基础；预应力管桩基础因其承载力相对比较低，只适合100米以内的建筑，超高层建筑也不能采用。根据地勘报告分析，本工程可以选用的基础型式为大直径嵌岩灌注桩基础，其中大直径嵌岩灌注桩又可分为人工挖孔桩和钻(冲)孔桩。两种桩型优、缺点分析评价如下：3.1.1人工挖孔桩：优点：人工便宜，施工成本低；桩端持力层便于检查，质量容易保证，桩底沉渣易控制：容易获得较高的单桩承载力，可以扩底，以节省桩身砼用量；成桩速度快。缺点：受地下水位影响较大，地下水位较高时。施工要注意降水、排水；存在透水性较大的砂层时不能采用；施工时要注意对地下管线及周围沉降的观测；爆破中风化岩层时噪音较大(深圳市对市区内爆破时间有严格要求)：有一定的风险，广东省有关于限制使用人工挖孔桩的通知(粤建管字(2003)49号文件)；桩长不宜过长(24米，微风化层未揭露；而2#塔楼的中风化层较薄，100号孔中风化厚度仅为1.1米，中风化岩层有裂隙承压水。当以中风化岩作为持力层时，桩长在20米33.5米左右；当以微风化岩作为持力层时，桩长在28米47.5米左右。3.4 技术分析3.4.1通过以上分析可以看出，无论采用哪种桩型，中风化岩层都很难穿越，施工进度会受很大影响。3.4.2当选择以微风化做持力层时，因为中风化岩层有承压裂隙水存在，穿越时会有很大的涌水量，且桩长超长达2848米，人工挖孔风险很大，因此不能采用人工挖孔桩，只能采用钻(冲)孔桩。3.4.3当选择以中风化做持力层时，可以采用人工挖孔桩或钻(冲)孔桩。由于钻孔桩很难在中风化岩层扩底，只能加大桩身直径，故如果采用钻孔桩时会增加混凝土及钢筋用量；如果采用人工挖孔桩，则可减少桩身直径加大扩大头，即满足承载力需要又能节约混凝土及钢筋用量。但因桩长在2034米，部分桩长25米，不符合广东省有关于限制使用人工挖孔桩的通知的规定，采用时应确保施工安全保障及通过相应的可行性论证和政府审批。3.4.4本工程地下水量丰富，采用整体降水施工方案时，钻孔桩没有优势，人工挖孔桩因水量小也可行；若不采用整体降水方案，因施工时上部结构自重还没有压下来，桩身相应承受抗拔承载力。通过以上分析，本工程塔楼最终采用人工挖孔桩以中风化做持力层的方案，并在施工前对每根桩都进行了对口超前钻探，以便准确判断桩的持力层位置及桩长，为旌工提供依据；同时，为了保证旌工安全，施工采用了整体降水的施工方案。4裙房基础选型和抗浮设计裙房地上层数不规则，层数为25层，地下3层。基底均布恒载标准值为85KNm2，地下水水头h=13.6米，则水浮力标准值为136KNm2，自重不能平衡水浮力，故裙房基础除考虑竖向承压外，还需进行抗浮设计。4.1抗浮设计方案比较目前工程设计中普遍采用的抗浮设计方法优、缺点分析评价如下：4.1.1配重法：加厚底板垫层填加重型混凝土，用自重平衡水浮力。其优点是方法简单可靠，缺点是增加基坑深度，增加材料费用。本工程水浮力较大，不宜采用自重平衡。4.1.2设计抗浮锚杆；优点是：可在底板下均匀布设，单根锚杆抗拔力可以调整，抗拔效率高，施工快捷。缺点是：没有承压作用，需另设竖向荷载的基础。多用于临时支护结构，永久锚杆存在着长期失效的闯题。锚杆与底板连接处防腐处理困难，容易锈蚀失效。锚杆对底板的约束机理尚不明确，实际工程有锚杆失效的先例。4.1.3预应力管桩兼做抗拔桩；优点是：既可承压又可抗拔，充分发挥材料性能，节省造价。施工速度快。缺点是：当桩长较长时，管桩接头处焊接板无法防腐，地下水腐蚀后导致失效。接头可采用快速机械接头，但造价增加。管桩在施打过程中，桩身可能会产生微裂缝，地下水作用下会腐蚀钢筋，导致抗拔力失效。4.1.4大直径灌注桩兼作抗拔桩：可以在承压得同时，兼作抗拔，节省投资，设计、施工都比较容易保证，安全可靠。4.2 技术分析通过以上分析及本工程地勘报告可知，裙楼基础采用桩基础，既可承压又可抗拔，能够充分发挥材料性能，又可有效避免与塔楼的不均匀沉降问题，安全可靠，是合理的基础型式。但预应力管桩抗拔承载力比较低，本工程水浮力又较大，因此管桩数量布置得比较多；同时因为塔楼采用了人工挖孔桩基础，如果裙楼采用预应力管桩，存在着两种桩型不能同时施工，施工周期长以及两个施工队伍管理困难等问题。通过综合比较分析，预应力管桩方案并不经济，力层的基础型式。因此本工程裙楼最终采用人工挖孔桩以强风化做持力层的基础型式。因为地下室埋深较深，水浮力大， 裙楼挖孔桩均为为抗压抗浮桩，桩身尺寸由抗浮设计控制。5 结束语5.1超高层建筑基础设计时，应详细分析地勘资料，结合当地工程经验慎重选择合适的基础型式，既要保证结构安全又要经济合理。5.2 当地质条件允许时，超高层建筑采用人工挖孔桩基础，是最安全可靠、经济适用的基础型式。可以准确直观地判断持力层的岩性，能够发现地勘资料不能覆盖的特殊地质情况，保证超高层建筑承载力的安全。本工程l#塔楼在桩基施工过程中，就发现个别桩位在作为持力层的中风化岩面上，夹杂部分强风化岩脉的情况，降低了部分承载力，这种情况在地勘报告及超前钻资料中均未能发现。设计根据具体情况采取了加大入岩深度，穿过弱岩脉的措施处理，当加深一定深度后弱岩脉没有消失的迹象，则修改扩大头尺寸，以提高承载力，保证桩基安全。5.3 对于超高层塔楼与裙房地下室共存的综合体建筑