高層建筑基礎及地下室底板結構的優(yōu)化設計解析[精品資料]

高層建筑基礎及地下室底板結構的優(yōu)化設計解析 -精品資料 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 最新最全的 學術論文 期刊文獻 年終總結 年終報告 工作總結 個人總結 述職報告 實習報告 單位總結 摘要 : 高層建筑上部荷載大 , 基礎埋置深度也較深 , 地下室的設計合理與否直接影響建筑物的正常使用與造價。本文通過對某高層建筑基礎及地下室底板結構優(yōu)化前后的設計介紹 , 說明結構選型及計算分析在基礎和底板結構設計中所起的重大經(jīng)濟作用 , 為建筑技術人員提供借鑒。 關鍵詞 : 高層建筑；基礎及地下室；底板結構；擴展基礎 ；優(yōu)化設計 ； 經(jīng)濟指標 TU208.3 A 隨著經(jīng)濟的發(fā)展 , 高層建筑越來越多。為了增加有效使用面積 , 將停車庫轉入地下 , 所以這些建筑通常都帶有地下室。這不僅有利于地面道路的設置 , 同時也滿足了平戰(zhàn)結合的要求。對于這類工程 , 由于地下室設計荷載較大，防水抗裂要求高，其造價占整個項目造價的比重也相當大。所以，對地下室梁板結構做多方案的選型比較，并進行進一步優(yōu)化設計非常必要。本文從地下室結構選型和優(yōu)化原則入手，結合某工程實例，對高層建筑基礎及地下室底板結構的優(yōu)化設計做了詳細解析。 1 地下室結構選型和優(yōu)化原則 地下室的結構選型和優(yōu)化設計非常重要，在方案階段就應該因地制宜地對多個方案進行詳細的比較、論證，選出最優(yōu)方案。選優(yōu)原則如下： 在滿足功能及基礎埋深前提下，地下室應盡量淺埋。 淺埋可以減少土方成本，減小地下室外墻外側的土壓力，在沿海地下水位較高地區(qū)尤其可以減小水浮力，可有效節(jié)約底板造價及地下室抗浮成本，同時亦可減小地下室滲漏風險。所以，地下室盡量淺埋是地下室方案論證之 “ 綱 ” 。 根據(jù)地下室頂板板厚、荷載，滿足凈空要求的最大梁高等條件，進行井字梁、十字梁、單向板、大板樓蓋、無梁樓蓋、預應力等多種項板結構方案的比較，選出造價低、施工方便的最優(yōu)結構方案。值得注意的是，最優(yōu)方案不是一成不變的，關鍵在于要熟悉各種方案的特點。 3)充分利用地下室底板板厚較大的條件，根據(jù)情況，選用無梁樓蓋底板或筏板基礎。 4)采取措施，增大地下室凈空，減小地下室埋深。例如，地下室用結構找坡，頂板主梁采用加腋梁 (設備管線盡量布在梁跨中梁高較小處 )等措施。 2 工程概況 某 高層辦公樓 , 地上 30 層 ,地下 4 層 , 地面總高度為120.9m, 結構平面為矩形 ,地上塔樓為 62m39.5m, 地下室為68.5m62.5m, 總深 17.4m。塔樓基本占據(jù)整個地下室 , 僅北側 3 跨 17m及東側 1 跨 6.5m 為純地下室。 3 地下室底板下的地基狀況 本工程地下室底板下約占據(jù)地下室面積 1/3 的南半部為微風化泥質粉砂巖和砂礫巖 , 地基承載力特征值分別為fa=4500, 6000kPa, 其余部位基本為中風化泥質粉砂巖和砂礫巖 , 地基承載力特征值分別為 fa=2600, 4000kPa。局部一個柱網(wǎng) 8.5m8.5m 范圍存在厚約 2.5m 的強風化巖 , 其下為1.5m 厚的中風化巖 , 往下則為微風化巖層。 4 原設計的基礎及地下室底板結構 原設計的基礎型式采用人工挖孔樁 , 樁徑 1.2 2.2m, 且要求有擴大頭 , 樁長 2.0 7.6m； 其中純地下室部位及周邊地下室側墻下的挖孔樁同時兼作抗拔樁 , 總樁數(shù)為 131 根。地下室底板采用梁板式結構 , 板厚 800mm, 在 X、 Y 向的柱墻軸線上分別布置基礎梁 , 截面為 10001200( 1400) 和800 1000 等。 5 優(yōu)化設計的原因 原設計的基礎及地下室底板結構已形成施工圖 , 甲方專業(yè)人員經(jīng)過審議 , 認為原設計方案結構耗材 ( 包括混凝土及鋼筋等 ) 過多 , 結構形式施工較費時而會延長工期 , 抗拔樁的檢測存在困難等。從技術層面上分析 , 原設計的基礎及地下室底板結構存在以下問題 : 底板下基本為巖石層 , 地基承載力相當高 , 采用人工挖孔樁將強度很高的巖層挖去和澆搗混凝土 , 不合理且無必要 ； 抗拔樁的樁長有限 , 很難起到抗拔作用 ； 底板厚度已達 800mm,再設線剛度不太大的基礎梁 , 受 力不合理且無必要。因此 , 從基礎及底板結構受力更合理、經(jīng)濟性(包括材料耗用量及工期兩方面 ) 更佳的角度考慮 ,有必要對原設計進行重新設計 , 以達到優(yōu)化目的。 6 基礎選型優(yōu)化 根據(jù)上部結構形式及其墻柱軸向力值 , 結合基礎巖層的有利條件 , 本工程有條件亦應選擇天然地基擴展基礎形式 , 以微風化和中風化巖作為持力層 ；局部存在強風化巖層的部位采用短墩基礎形式 , 以埋深較淺的微風化巖作為持力層。擴展基礎的底面積由墻柱軸向力和巖層承載力決定 , 基礎高度則由其抗沖切決定 , 基礎尺寸確定后 , 基礎配筋基本 為構造配筋。重新選定的基礎型式不僅受力合理 , 節(jié)省結構材料 , 且施工方便 , 可加快施工進度。 7 地下室底板結構的優(yōu)化設計 結合所選定的基礎型式 , 并綜合考慮底板的受力狀態(tài)、底板的抗?jié)B要求、施工便利以及控制底板結構造價等因素 , 地下室底板選用平板式 , 板厚仍維持 h=800mm。塔樓部位不須考慮整體抗浮 , 純地下室部位及塔樓大跨度板中間采用抗拔錨桿抗浮 ； 底板由地下室側墻外伸 700mm, 由側墻外的回填土重量平衡水浮力 , 以免除四周側墻部位的抗浮措施 , 同時使地下室底板和側墻的布筋更方便 , 如圖 6 所示?？拱五^桿的設計和布置原則是 : 使每根錨桿的抗拔力接近 , 避免其中某根抗拔錨桿由于施工原因出現(xiàn)薄弱部位而產(chǎn)生破壞性的連鎖反應 ； 錨桿的分布力求有規(guī)律性 , 并使整個底板的應力狀態(tài)相近 , 有利于底板的受力且方便施工 ； 在此條件下盡量減少錨桿的數(shù)量 , 以達到更經(jīng)濟的目的。根據(jù)以上原則 , 本工程共設計抗拔錨桿 250 根 , 錨桿長約 10m, 單根錨桿抗拔力設計值Nt=500kN。由于地下第 4 層部分為核 6 級人防區(qū) , 故整個地下室的整體抗浮驗算及非人防區(qū)的底板構件強度驗算只需考慮地下水的水壓力作用 ( 本工程地下水設防水位為首層車道入口處的 - 0.3m 標高處 ) , 人防區(qū)的底板構件強度驗算根據(jù)規(guī)范規(guī)定 , 作用力取地下水浮力與核爆炸等效荷載值中較大值 , 本工程則由水浮力控制。底板結構的受力采用 ETABS 軟件按下述原則進行建模計算分析 : 單元選取 : 底板凈跨度約為 5m, 板厚 0.8m,跨厚比約為 6, 故底板采用普通殼單元模擬 ； 基礎厚度為 1.5 2.0m, 故采用厚板殼單元模擬 , 以考慮板內(nèi)剪切變形的影響 ； 錨桿按彈簧輸入 , 以考慮錨桿變形的影響 , 根據(jù)相似工程經(jīng)驗取彈簧剛度 300kN mm,具體取值需現(xiàn)場進行錨桿抗拔試驗并進行調(diào)整。 邊界條件確定 : 主塔樓部分墻柱位置約束 Z 方向位移 ； 四周側壁約束 Z 方向位移 ； 裙樓柱位置未施加任何約束 , 僅在對應柱位置處施加恒載工況下的豎向力標準值。 荷載確定 : 底板面標高 - 17.4m, 板厚 0.8m, 墊層厚 0.1m, 即實際底板底標高為 - 18.3m, 室外地面標高為 - 0.3m, 故設防水頭為 18.3- 0.3=18.0m, 即水浮力為 180kN m2,減去底板及其面層自重 23,則抗浮凈水浮力為 180- 23=157。 經(jīng)過以上的全面考慮 , 并經(jīng)較精細的計算分析 ,底板在滿足強度、剛度、裂縫要求的前提下 , 其應力分布較均勻 , 考慮到施工布筋的方便并有效地控制用鋼量 , 底板配筋形式采用大面積雙層雙向貫通筋 f 22200, 配筋率 r =0.237%, 在局部彎矩較大的板底板面以及基礎底面周邊輔以 200 短筋的配筋方法。 8 基礎及底板結構設計優(yōu)化前后的經(jīng)濟性比較 由于基礎及底板結構原設計和優(yōu)化后的設計都形成了施工圖 , 故為設計優(yōu)化前后的經(jīng)濟性比較提供了較準確的工程量計算依據(jù)。經(jīng)甲方預算部委托 專門機構進行詳細的預算分析 , 結果表明優(yōu)化設計后雖增設了錨桿 250 根 , 但比原設計材料減少了混凝土 403, 鋼筋 372t, 套用預算定額 , 基礎及底板的造價差額為 289 萬元 , 這還不包括縮短工期的因素在內(nèi)。這對于單層面積為 4250 的地下室來說 ,相當于節(jié)省了 680 元 , 其經(jīng)濟效益是較為顯著的 , 說明基礎結構的合理設計具有重要的經(jīng)濟意義。 參考文獻 1 GB50011- 2001, 建筑抗震設計規(guī)范 S . 北京 : 中國建筑工業(yè)出版社 , 2001. 2錢力航 . 高層建筑箱形與筏形基礎的設計計算 M .北京 : 中國建筑工業(yè)出版社 , 2003: 36, 76. 3李國勝多高層鋼筋混凝結構設計中疑難問題的處理及算例 M 中國建筑工業(yè)出版社 2004 年 6 期 閱讀相關文檔 :淺論綠色建筑設計要點分析 超前地質預報在小斷面隧道施工中的應用 高速公路軟基處理施工技術措施研究 淺談市政給排水安裝工程的全過程質量管理 探析工程管理中的施工進度管理 鋪設無砟軌道的隧道沉降變形觀測與評估 定位車牽引不摘鉤車型鉤頭斷裂受力仿真分析 天津漢沽營城污水處理廠水質分析研究 膜分離技術在水處理中的應用 概述港口維修的發(fā)展趨勢 機電安裝施工前期質量控制分析 城市規(guī)劃與土地利用規(guī)劃的銜接問題