高層建築地基基礎概念設計的思考

高層建築地基基礎設計是制約高層建築的安全可靠性和經濟合理性的關鍵環節。透過高層建築地基基礎的實測資料及某些工程事故原因的剖析,發現傳統概念設計存在進一步最佳化和改進的空間。

按傳統概念設計的箱基、筏基、樁筏基礎必然導致蝶形沉降和馬鞍形反力分布或出現主裙差異變形過大,而這種變形與反力分布模式必然導致箱筏整體彎矩、沖切力和剪力增大,引發上部結構的過大次應力,降低使用壽命。為此,本文提出了變剛度調平概念設計。

其基本思路是:通過調整地基和基樁的剛度分布,使反力同荷載分布相協調,沉降變形趨向均勻,由此使基礎所受整體彎矩、沖切力和剪力減至最小。具體做法是:根據結構布局、荷載及地層條件,實施局部增強變剛度調平、樁基變剛度調平、主裙連體變剛度調平,並進行地基(樁土)—基礎—上部結構共同作用計算分析。

1.局部增強變剛度調平

在採用天然地基時,突破純天然地基的傳統觀念,對荷載集度高的區域如核心筒等實施局部增強處理,包括採用剛性樁複合地基或局部樁基,由此使支承剛度與荷載匹配,沉降趨向均勻,降低基礎內力和材耗。

2.樁基變剛度調平

對於需採用樁基的情況,根據結構與荷載分布、場地地質特點,實施變剛度調平布樁,對於荷載顯著不均勻的框筒、框剪結構,可採用變樁距、變樁徑、變樁長布樁。對於荷載集度高的內部樁群區,應考慮相互作用適當增強;對於外圍區應適當弱化,按複合樁基計算。

3.主裙連體變剛度調平

對於主裙連體建築,應按增強主體(採用樁基、剛性樁複合地基)、弱化裙房(採用天然地基、疏短樁基、複合地基)的原則設計。

4.地基(樁土)—基礎—上部結構共同作用分析

為使變剛度調平概念設計更趨向合理、可靠、實用,宜在概念設計的基礎上進行地基(樁土)—基礎—上部結構共同作用計算分析,進一步調整布樁,使差異變形降到最小,並計算確定基礎、承台的內力與配筋。

變剛度調平概念設計已通過大比例現場模型試驗驗證,並套用於十餘項工程,取得了良好的技術經濟效果。