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高层建筑常用哪些基础形式?

753 2021-11-29 09:53:15

我们知道,基础担负着承受建筑物的全部荷载并将其传递给地基的任务,它是建筑结构重要的组成部分。高层建筑的垂直和水平荷载很大,,水平荷载还属于动力荷载,多数还需考虑地震作用,因此其基础的受力更为复杂,对基础的承载力、刚度和稳定性的要求更为严格,所以,高层建筑的基础设计是一项十分重要的工作。

基础的构造类型主要与上部结构特点、荷载大小和地质条件有关,也要考虑经济与施工方面的因素。根据国内外的经验,目前高层建筑常用的基础形式主要是片筏基础、箱形基础、桩基础和箱加桩复合基础。

(1)片筏基础

如果地基软弱且高层建筑的荷载又很大,采用十字形基础(即在墙下或柱网下纵横两个方向设置钢筋混凝土条形基础)仍不能满足地基的容许承载力和容许变形的要求时,可将基础底板扩大到与底层面积相同甚至更大,这种整块的钢筋混凝土基础形式称为片筏式基础。

片筏基础按构造不同分为平板式和梁板式两类。平板式片筏基础是在地基上做一片厚度较大的钢筋混凝土底板,柱子直接支承在底板上。见图2。底板的厚度决定于土质情况及上部荷载的分布和大小。这种形式施工方便,只需周边少量模板,施工速度快,国内外高层建筑中应用较多,但一般底板厚度较大,混凝土用量大。

梁板式片筏基础按梁板 的位置不同又可分为两类。一类是在底板上做梁、柱子支承在梁上,见图3(a);另一类是将梁放在底板的下方,底板上面平整,可作为底层地面,见图3 (6)。梁板式与平板式比较,梁板式可以减小底板厚度,减少混凝土用量,但增加了支模等工程量。

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<2)箱形基础

箱形基础是由钢筋混凝土底板、

顶板和纵横交叉的隔墙组成的空间结构,见图4。箱形基础的底板、顶板和隔墙共同工作,具有很大的整体刚度。箱形基础的中空部分常作为地下室。

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箱形基础的作用可归纳为三点,

1)整体刚度大,能有效地扩散上部结构传给地基土的荷载;并能较好地抵抗地基不均匀沉降,减少由此而对上部结构的不利影响。

2)基础的埋深大,使建筑物的重心下移;此外,箱形基础与周围土体协同工作,从而也增加了建筑物的整体稳定性,

3)属于补偿性基础。由于箱形基础所占空间挖去的土方

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重量远比其自重大,因此,可通过所挖除的土重来减少或抵消上部结构所传来的附加压力,起到减小地基沉降和提高地基稳定性的作用。

基于上述优点,箱形基础在高层建筑中被广泛采用。箱形基础的施工,尤其要解决好下面三个问题∶

1)坑底的回弹变形。箱形基础的挖深大,控土卸荷后土中压 力减小,土的弹性效应将使坑底土体回弹变形,尤其在软土中,回弹数值较大,不容忽视。

2)地下水将对箱形基础底板产生向上的浮力,要重视施工过程中的抗浮稳定性,不断地进行人工降水并及时回填基坑。

3)箱形基础挖深大且多处于软弱地层中施工,所以尤其要重视深基坑的稳定性,选择合适的基坑支护形式,防止基坑坍塌。

(3)桩基

桩基是一种广义的深基础形式,它是由桩和连接桩顶的承台组成,见图5。桩上荷载主要由桩端阻力承受或者由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承受,具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、沉降速率低而收敛快等特征。

高层建筑的荷载很大,如果地基软弱,用天然地基承载力不足,沉降量过大,所以多采用桩基。高层建筑限制倾斜严格,桩基具有深基础的性质,稳定性好,也是多采用桩基的原因之一。另外,地层地质条件复杂,土层厚薄不同,地震区有可能液化的土层,地表软弱土层较厚等情况时也是多采用桩基。

目前桩基多用混凝土桩,有预制桩和灌注桩两类,其施工工艺在后面的问题中再作专门讨论。

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(4)箱加桩复合基础

高层建筑的层数增多,地基承受的竖向力和水平力亦会愈来愈大;另外,由于抗震和人防的要求,高层建筑的基础需要有一定的埋深,因而采用箱加桩复合基础的愈来愈多,上海高层建筑中采用这种复合基础者占较大比重。

箱加桩复合基础中的箱基同没有桩的箱基相比,其受力和变形有所不同。由于底板下有桩基,大大增强了体系的刚度,箱基的整体弯曲受到桩的约束;箱基底板实质上是群桩上的一个桩帽,加上底板上的纵、横墙和顶板,组成了一个刚度很大的空心承台,因此可认为底板在平面内的刚度为无限大。同时,桩基的存在大大提高了地基承受高层建筑荷载的能力,降低了建筑物的沉降,使箱加桩复合基础比单纯的箱形基础的沉降小得多,这一点在软弱地基中显得尤为重要。