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高层住宅建筑基础结构设计理论

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摘要:在高层建筑工程设计中,基础结构设计是重点环节,文章对其进行分析研究。

关键词:高层住宅建筑;基础结构设计

高层住宅建筑的竖向荷载比较大,由于风荷载、地震荷载的影响,其倾覆力矩就会呈现出成倍的增长趋势。高层住宅建筑基础结构设计的要求比较高,需要有良好的水平、垂直承载力,还需要有效地控制倾斜、沉降等问题,使其处于可控的范围内,从而使建筑物的稳定性得到保障。

1高层住宅建筑基础结构设计特点

1.1轴向变形与侧移

高层住宅建筑中,框架中柱的轴压应力要明显比边柱的大,中柱的轴向压缩变形也要比边柱的更加明显。不同于多层、低层建筑,在高层住宅建筑结构设计中,结构侧移是十分重要的影响因素,随着住宅建筑高度的增加,在水平荷载作用下,结构侧向变形也会大幅度增加,与建筑高度的4次方成正比例关系[1]。结构的侧移需要被控制在一定范围内。

1.2水平荷载

对于低层建筑,结构设计通常是由竖向荷载进行控制的,在高层住宅建筑中,虽然竖向荷载会影响结构设计效果,但是起到决定作用的却是水平荷载。其一,楼房的自身重量及楼面使用的荷载在竖构件中造成的轴力、弯矩数值,与楼房高度的一次方成正比例关系[2]。对于水平荷载,其对结构产生的倾覆力矩、在竖构件中造成的轴力与楼房高的二次方成正比例关系。其二,建筑达到一定高度,其竖向的荷载基本上定数的,对于风荷载及地震等水平荷载的影响,依据不同的结构动力性,其数值也会呈现出一定的变化。

1.3结构延性与抗震设计

为保证塑性变形后,结构的变形能力依旧比较强,避免出现倒塌等事故,就需要科学地对工程构造进行处理,从而使其延性得到保证。高层住宅建筑结构设计中有抗震设计,不仅要对其风荷载、竖向荷载等进行分析,还需要使结构有好的抗震性能。

2高层住宅建筑基础结构设计要点

2.1独立基础设计

独立基础包含两种,分别是刚性基础和柔性基础,这两种基础主要应用到柱下基础,如果柱距比较大,就需要使用独立基础,并且这种基础设计的经济性更好。独立基础设计过程中,要依据地基土的特点进行,如地基压实密度比较大、压缩性强,就需要使用刚性基础,其余情况可以使用柔性基础,防止地基土压缩致使地面出现不均匀的沉降。当前我国的高层住宅建筑工程中大量地使用独立基础设计,其发展前景是比较好的。独立基础设计在柱下基础中应用,与现浇混凝土柱一同浇筑、形成整体,同时依据柱荷载的偏心距明确基础断面的具体形状。

2.2箱形或筏型基础设计

若高层住宅建筑工程地基承载力不够均匀,建筑对地基基础承载力要求较高,就可以使用箱形或筏型基础。此外,若高层住宅建筑工程中有地下室,要应用筏型基础,将筏型基础作为地下室,并保证其作用得到充分的发挥。在进行箱形或筏型基础设计时,降低基础整体弯曲应力的工作是比较难的。因此在设计过程中需要将基础与高层住宅工程上部结构看做一个整体,通过共同作用分析法设计。共同作用分析法就是在高层住宅建筑工程基础设计过程中,将上部结构与基础、地基作为整体,保证三者实现平衡的保持力、协调的变形力。相比于传统的方法,共同作用分析法更加科学,涉及到的范围广,但也在一定程度上使设计难度增加。随着计算机硬件、软件要求的提升,投资成本也是比较高的,因此这种方法不会被轻易的使用。一般遇到大型的结构复杂的基础设计才使用这种方法。箱形与筏型基础都是大体积混凝土,施工过程中易出现裂缝,为此需要科学地设置伸缩缝的宽度,一般在25mm左右。

2.3桩基础设计

桩基础设计的荷载承重能力是比较强的,通常将其运用到地基土层中质地比较硬的地方,这时高层住宅建筑工程的上部结构就会发生承载力不足的情况,因此在基础设计选型时,还需要对桩基础设计进行科学的选择。由于桩基础设计的桩身是比较长的,能够使全部建筑结构上部荷载力转移到土层深处,使地基结构沉降的可能性降低,桩基础设计中间位置做好加密布桩的工作,使中部桩的长度得以加长,并使桩基础设计的承受能力得到调节。

2.4桩箱基础设计

桩箱基础就是一种桩基础与箱形基础一起承载受力的基础形式,其沉降量不大,有很强的抗弯刚度以及卸载能力,这种桩箱基础一般被应用在地基较软地区建设的高层建筑、重型建筑及对沉降要求高的高层住宅建筑中。桩箱基础设计中,布桩方法的选择是难度比较大的。由于不同位置地基土的性质是不同的,因此在设计过程中需要选择合适的布桩方法,从而使基础底板的受力得到分载,保证基础底板的受力能够实现均衡的状态。如果受力不均匀,为实现受力均衡的目的,可以适当的增加中间位置的桩间距。

3结语

总之,高层住宅建筑结构设计是比较系统、复杂的工作,而基础设计又在结构设计中占有重要的地位,基础结构设计的效果将直接对高层住宅建筑的安全、质量等产生影响。因此为保证高层住宅建筑基础结构设计的效果,就必须要提高重视程度,明确基础结构设计的特点及要点,使高层住宅建筑的质量得到保证,满足人民群众的生活、工作需要,更好地推动高层住宅建筑事业的发展。

参考文献:

[1]付珊.基于高层建筑基础结构设计分析[J].科技创新与应用,2017(34):112-113.

[2]刘良贤.对高层住宅建筑基础结构设计的探讨[J].建材与装饰,2017(23):65-66.

作者:华宇夫 单位:吉林建筑大学设计研究院

高层住宅建筑基础结构设计理论责任编辑:张雨    阅读:人次