高层建筑设计施工规范与新技术应用实务全书(二)-张立波-海洋出版社.pdf

高 层 建 筑 设 计 施 工 规 范 与 新 技 术 应 用 实 务 全 书 主 编 张 立 波 中 国 海 洋 出 版 社 二 图 书 在 版 编 目 CIP数 据 高 层 建 筑 设 计 施 工 规 范 与 新 技 术 应 用 实 务 全 书 null 张 立 波 主 编 . 北 京 海 洋 出 版 社 ,2000.9 ISBN 7-5027-5106-8 Ⅰ .高 . Ⅱ .张 . Ⅲ .① 高 层 建 筑 -建 筑 设 计 -规 范 -手 册 ② 高 层 建 筑 -工 程 施 工 -规 范 -手 册 ③ 高 层 建 筑 -工 程 施 工 -新 技 术 -手 册 Ⅳ .TU97-62 中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 2000第 71417 号 海 洋 出 版 社 出 版 发 行 100081 北 京 市 海 淀 区 大 慧 寺 路 8 号 北 京 市 兆 成 印 刷 厂 印 刷 新 华 书 店 发 行 所 经 销 2000 年 9月 第 1 版 2000 年 9月 北 京 第 1 次 印 刷 开 本 787 1092 1null 16 印 张 12 .5 字 数 270 千 字 印 数 1～ 2000 册 定 价 39 .20 元 全 二 卷 目 录 第 一 章 概 论 1 第 一 节 概 述 1 第 二 节 高 层 建 筑 基 础 工 程 特 点 及 类 型 4 第 二 章 高 层 建 筑 基 础 工 程 设 计 8 第 一 节 梁 式 基 础 设 计 方 法 8 第 二 节 筏 板 基 础 设 计 方 法 26 第 三 节 箱 形 基 础 设 计 方 法 34 第 四 节 桩 基 础 55 第 五 节 上 部 结 构 与 地 基 基 础 的 共 同 作 用 80 第 三 章 高 层 建 筑 基 础 工 程 施 工 规 范 92 第 一 节 深 基 坑 工 程 地 下 水 控 制 方 法 92 第 二 节 基 坑 土 方 开 挖 施 工 100 第 三 节 深 基 坑 挡 土 支 护 结 构 施 工 106 第 四 节 土 层 锚 杆 土 锚 施 工 124 第 五 节 桩 基 础 施 工 132 第 六 节 箱 形 基 础 施 工 160 第 七 节 筏 板 基 础 施 工 164 第 八 节 大 体 积 混 凝 土 施 工 166 第 四 章 高 层 建 筑 基 础 工 程 质 量 通 病 防 治 181 第 一 节 基 坑 槽 开 挖 181 第 二 节 土 方 回 填 压 实 187 第 三 节 桩 基 础 工 程 201 第 四 节 地 下 连 续 墙 工 程 201201 1 第 一 章 概 论 第 一 节 概 述 一 、 高 层 建 筑 基 础 工 程 的 地 位 高 层 建 筑 的 主 要 特 征 是 层 数 多 ,高 度 高 ,重 量 大 。 目 前 国 内 大 陆 上 最 高 的 建 筑 物 已 超 过 60 层 、 200m;国 外 则 已 超 过 100 层 、 400m。 图 2.1.1.1 给 出 了 国 内 外 有 代 表 性 的 十 余 幢 高 层 建 筑 的 立 面 简 图 ,以 对 其 高 度 与 体 量 留 下 一 个 直 观 的 印 象 。 由 于 建 筑 物 高 耸 ,不 仅 竖 向 荷 载 大 而 集 中 ,而 且 风 荷 载 和 地 震 荷 载 引 起 的 倾 覆 力 矩 成 倍 增 长 ,因 此 要 求 基 础 和 地 基 提 供 更 高 的 竖 直 与 水 平 承 载 力 ,同 时 使 沉 降 和 倾 斜 控 制 在 允 许 的 范 围 内 ,并 保 证 建 筑 物 在 风 荷 载 与 地 震 荷 载 下 具 有 足 够 的 稳 定 性 。 这 就 对 基 础 的 设 计 与 施 工 提 出 了 更 高 、 更 严 的 要 求 。 在 多 数 情 况 下 ,多 层 房 屋 惯 用 的 基 础 形 式 、 设 计 理 论 与 施 工 方 法 不 能 简 单 地 搬 用 于 高 层 建 筑 ,而 必 须 选 用 和 创 造 与 上 述 要 求 相 适 应 的 基 础 形 式 、 设 计 理 论 与 施 工 方 法 。 对 这 三 方 面 中 的 任 何 一 方 面 考 虑 不 周 或 处 理 不 当 都 将 导 致 不 良 的 、 甚 至 严 重 的 后 果 。 轻 则 产 生 过 大 的 沉 降 、 倾 斜 和 不 均 匀 沉 降 ,造 成 结 构 局 部 损 坏 或 影 响 功 能 和 美 观 ;重 则 导 致 整 个 建 筑 的 倾 覆 或 破 坏 。 例 如 ,上 海 某 宾 馆 ,地 基 为 深 厚 软 土 ,采 用 振 冲 碎 石 桩 加 固 地 基 ,箱 形 基 础 。 由 于 这 种 加 固 方 法 在 软 土 中 的 设 计 理 论 尚 不 够 成 熟 ,对 施 工 质 量 与 加 固 效 果 还 缺 乏 完 善 的 检 测 手 段 ,加 之 承 包 人 施 工 管 理 不 严 ,偷 工 减 料 ,致 使 该 建 筑 物 建 成 后 产 生 不 能 允 许 的 沉 降 与 倾 斜 ,裙 房 局 部 挤 压 损 坏 ,不 得 不 采 取 昂 贵 的 地 基 加 固 措 施 。 又 如 南 美 洲 某 大 厦 ,设 计 时 未 查 明 地 质 情 况 ,桩 长 不 足 ,未 达 到 坚 硬 土 层 ,桩 基 承 载 力 也 不 足 ,结 果 当 结 构 施 工 到 顶 尚 未 装 修 时 便 开 始 倾 斜 ,几 天 后 ,一 夜 之 间 整 个 大 楼 倾 覆 于 地 面 ,如 图 2.1.1.2 所 示 。 这 些 例 子 有 力 地 说 明 了 基 础 工 程 的 设 计 与 施 工 质 量 乃 高 层 建 筑 安 全 之 所 系 ,设 计 、 施 工 人 员 必 须 给 予 极 度 重 视 。 高 层 建 筑 基 础 工 程 的 施 工 有 一 个 特 别 重 要 和 必 须 注 意 的 特 点 ,就 是 环 境 效 应 问 题 。 高 层 建 筑 的 基 础 一 般 具 有 较 大 的 埋 置 深 度 ,甚 至 超 过 10m,这 是 为 了 满 足 建 筑 功 能 地 下 空 间 的 利 用 和 稳 定 性 的 要 求 。 这 意 谓 着 必 须 开 挖 较 深 的 基 坑 和 采 取 相 应 的 降 水 措 施 例 如 井 点 降 水 。 另 一 方 面 ,若 采 用 挤 土 型 桩 ,则 振 动 与 挤 土 影 响 问 题 随 之 产 生 。 由 于 高 层 建 筑 多 建 造 于 城 市 的 建 筑 群 中 ,为 了 防 止 基 坑 开 挖 或 沉 桩 挤 土 振 动 危 及 场 地 周 围 建 构 1 概 论 第 一 章 图 2.1.1.1 国 内 外 15 幢 代 表 性 高 层 建 筑 立 面 简 图 1 - 静 安 - 希 尔 顿 饭 店 144m,上 海 ,2 - 国 际 贸 易 中 心 大 厦 161m,深 圳 ;3 - 广 东 国 际 大 厦 197m,广 州 ;4 - 京 广 大 厦 208m,北 京 ;5 - 阳 光 大 厦 227m,东 京 ;6 - 展 览 会 大 楼 256m,法 兰 克 福 ;7 - 市 政 厅 新 楼 243m,东 京 ;8 - 埃 菲 尔 铁 塔 300m,巴 黎 ;9 - 德 克 萨 斯 商 业 大 厦 305m,休 斯 敦 ;10 - 中 国 银 行 大 厦 315m,香 港 ;11 - 汉 考 克 大 厦 344m,芝 加 哥 ;12 - 标 准 石 油 大 厦 346m,芝 加 哥 ;13 - 帝 国 大 厦 381m,纽 约 ;14 - 世 界 贸 易 中 心 412m,纽 约 ; 15 - 西 尔 斯 大 厦 443m,芝 加 哥 筑 物 、 地 下 管 线 和 道 路 交 通 的 安 全 与 运 行 ,必 须 采 取 严 密 的 防 护 措 施 ,例 如 构 筑 兼 有 挡 土 与 防 渗 功 能 的 边 坡 支 护 结 构 、 设 置 隔 振 沟 和 排 水 砂 井 或 塑 料 排 水 板 等 等 。 例 如 ,上 海 某 电 话 局 机 务 大 楼 预 制 打 入 桩 施 工 造 成 附 近 房 屋 严 重 损 坏 ,仅 赔 偿 费 就 达 40 万 元 ,超 过 了 该 桩 基 工 程 的 费 用 12 万 元 。 又 如 上 海 某 电 厂 透 平 机 基 础 打 桩 结 束 后 开 挖 基 坑 造 成 桩 顶 大 量 位 移 ,最 甚 者 达 200cm,共 有 70 余 根 桩 严 重 错 位 无 法 使 用 ,只 能 报 废 。 再 如 ,上 海 某 高 层 住 宅 基 坑 开 挖 时 采 用 钢 板 桩 支 护 ,基 础 完 工 未 认 真 回 填 即 拔 除 钢 板 桩 ,结 果 使 距 基 坑 13m处 的 厂 房 发 生 沉 陷 而 严 重 损 坏 ,不 得 不 拆 除 重 建 ,赔 偿 费 近 30 万 元 。 南 京 某 银 行 工 程 也 因 深 基 坑 围 护 问 题 导 致 邻 近 电 影 院 严 重 损 坏 ,只 好 拆 除 重 建 。 实 践 证 明 ,经 济 合 理 的 基 坑 支 护 结 构 和 各 种 防 护 措 施 是 高 层 建 筑 基 础 工 程 不 可 分 割 的 一 个 部 分 。 图 2.1.1.2 南 美 州 某 桩 基 大 厦 的 倾 覆 高 层 建 筑 基 础 工 程 的 造 价 和 施 工 工 期 在 建 筑 总 造 价 和 总 工 期 中 所 占 的 比 例 ,与 上 部 结 构 形 式 和 层 数 、 基 础 结 构 形 式 、 桩 型 以 及 地 质 复 杂 程 度 和 环 境 条 件 等 因 素 有 关 。 除 了 钢 结 构 和 直 接 建 造 在 基 岩 上 的 浅 基 础 以 及 岩 层 埋 藏 很 浅 的 桩 基 础 以 外 ,就 钢 筋 混 凝 土 结 构 和 一 般 地 质 条 件 而 言 ,采 用 箱 形 基 础 或 筏 基 的 高 层 建 筑 ,其 基 础 工 程 包 括 基 坑 支 护 与 开 挖 施 工 的 费 用 约 占 建 筑 总 造 价 的 10 ～ 20 ,相 应 的 施 工 工 期 约 占 建 筑 总 工 期 的 20 ～ 25 ;采 用 桩 基 的 高 层 建 筑 ,则 上 两 项 的 比 例 分 别 约 为 20 ～ 30 和 30 ～ 40 。 综 上 所 述 ,可 将 高 层 建 筑 中 基 础 工 程 的 地 位 概 括 成 两 句 话 基 础 工 程 的 设 计 与 施 工 对 高 层 建 筑 本 身 及 其 周 围 环 境 的 安 全 至 关 重 要 ,其 造 价 与 工 期 对 高 层 建 筑 总 造 价 与 总 工 期 有 举 足 轻 重 的 影 响 。 2 基 础 工 程 篇 第 二 篇 二 、 高 层 建 筑 基 础 工 程 概 况 高 层 建 筑 是 随 着 社 会 的 经 济 发 展 与 技 术 的 进 步 而 发 展 起 来 的 。 以 寺 庙 塔 楼 为 代 表 的 我 国 古 代 高 层 建 筑 具 有 悠 久 的 历 史 。 例 如 ,建 于 南 北 朝 公 元 523 年 的 河 南 登 封 县 的 嵩 岳 寺 塔 15 层 砖 砌 塔 楼 ,高 40m,建 于 北 宋 公 元 1055 年 的 河 北 定 县 的 料 敌 塔 11 层 ,高 80m,是 我 国 最 高 的 砖 塔 。 始 建 于 三 国 东 吴 公 元 427 年 ,重 建 于 北 宋 公 元 977 年 的 上 海 龙 华 塔 系 我 国 古 代 在 软 土 地 基 上 采 用 木 桩 基 础 建 造 高 层 建 筑 的 典 型 范 例 。 近 代 高 层 建 筑 在 我 国 是 从 19 世 纪 末 伴 随 着 殖 民 主 义 的 经 济 入 侵 而 开 始 兴 建 的 ,其 数 量 不 多 ,主 要 分 布 于 少 数 沿 海 城 市 。 例 如 上 海 的 国 际 饭 店 、 锦 江 饭 店 、 沙 逊 大 厦 今 和 平 饭 店 等 ,它 们 多 用 桩 筏 基 础 ,最 高 者 不 过 80m、 24层 。 直 到 本 世 纪 50 年 代 末 期 ,以 北 京 十 大 建 筑 为 代 表 ,建 造 了 雄 伟 的 民 族 文 化 宫 、 电 报 大 楼 等 高 层 建 筑 ,它 们 多 采 用 箱 形 基 础 。 高 层 建 筑 的 普 遍 兴 建 ,则 是 从 70 年 代 后 期 ,随 着 大 规 模 现 代 化 建 设 的 推 进 而 开 始 的 。 在 短 短 十 多 年 间 ,从 东 海 之 滨 到 西 北 边 疆 ,从 海 南 宝 岛 到 东 北 大 地 ,千 百 幢 各 种 类 型 的 高 层 建 筑 在 祖 国 各 大 中 城 市 拔 地 而 起 。 我 国 地 域 辽 阔 ,各 区 的 地 质 条 件 差 别 极 大 ,地 震 区 覆 盖 面 又 很 广 。 因 而 各 地 高 层 建 筑 的 基 础 形 式 多 种 多 样 ,其 中 不 乏 灵 活 巧 妙 、 经 济 有 效 的 典 型 。 我 国 近 年 来 设 计 建 造 了 采 用 筏 基 与 箱 形 基 础 以 及 少 数 采 用 条 形 基 础 的 高 层 建 筑 实 例 50个 。 其 中 大 多 数 是 建 造 在 可 压 缩 性 地 基 上 的 ,有 些 地 基 还 是 深 厚 的 高 压 缩 性 软 土 。 建 造 在 较 好 地 基 上 采 用 箱 基 、 筏 基 的 高 层 建 筑 已 达 到 52 层 、 62 层 、 总 高 度 170m、 190m 以 上 。 软 土 地 基 上 的 箱 形 基 础 高 层 建 筑 也 已 达 到 了 14 层 ,高 41.6m例 如 上 海 陆 家 宅 高 层 住 宅 , 表 1 - 1 中 序 号 47。 这 些 高 层 建 筑 建 成 后 的 实 测 沉 降 一 般 都 不 超 过 计 算 值 ,整 体 倾 斜 也 都 在 允 许 范 围 内 。 大 直 径 嵌 岩 桩 包 括 钻 孔 、 冲 孔 与 挖 孔 桩 的 出 现 ,为 基 岩 浅 埋 地 区 高 层 建 筑 提 供 了 经 济 合 理 的 桩 型 。 例 如 一 座 43 层 、 高 达 165m 的 深 圳 发 展 中 心 大 厦 表 1 - 2 中 序 号 2只 用 了 28 根 直 径  2200～  3300 的 人 工 挖 孔 桩 ,平 均 每 根 桩 承 担 23MN 以 上 的 荷 载 。 此 外 , 在 深 厚 软 土 地 区 ,采 用 超 长 桩 把 荷 载 传 到 深 埋 的 砂 层 ,也 成 功 地 使 百 余 米 的 高 楼 直 插 云 霄 。 例 如 上 海 静 安 希 尔 顿 饭 店 表 1 - 2 中 序 号 6,见 10.1.443 层 ,高 143.6m,座 落 在 360根 长 45m、 直 径  609.6 的 钢 管 桩 上 ,桩 端 持 力 层 为 细 砂 层 ,是 摩 擦 桩 基 高 层 建 筑 的 典 型 代 表 。 近 十 余 年 来 高 层 建 筑 在 我 国 各 地 迅 速 发 展 的 事 实 有 力 地 说 明 ,我 国 工 程 技 术 人 员 成 功 地 解 决 了 广 大 地 域 内 各 种 地 质 条 件 下 高 层 建 筑 基 础 工 程 的 设 计 与 施 工 问 题 ,积 累 了 丰 富 的 经 验 。 无 论 是 地 质 勘 察 还 是 施 工 技 术 ,也 无 论 是 设 计 理 论 还 是 试 验 研 究 ,都 有 长 足 的 进 步 ,取 得 了 丰 硕 的 成 果 。 实 践 证 明 ,我 国 已 具 备 了 在 各 种 复 杂 地 质 条 件 下 建 造 高 层 建 筑 的 设 计 与 施 工 能 力 。 近 十 年 来 在 我 国 召 开 了 多 次 有 关 高 层 建 筑 的 国 际 会 议 。 全 国 性 高 层 建 筑 学 术 会 议 上 ,基 础 工 程 总 是 讨 论 的 重 要 议 题 之 一 ,总 有 相 当 数 量 这 方 面 的 论 文 收 入 会 议 论 文 集 。 在 有 关 土 力 学 与 基 础 工 程 的 学 术 会 议 上 ,高 层 建 筑 基 础 工 程 的 设 计 与 施 工 问 题 也 往 往 是 人 们 最 关 注 的 热 门 话 题 ,有 关 这 方 面 的 理 论 与 试 验 观 测 的 研 究 成 果 ,以 及 新 技 术 成 果 的 报 导 从 未 间 断 过 ,显 示 出 高 层 建 筑 基 础 工 程 是 一 个 非 常 活 跃 的 技 术 领 域 。 这 些 3 概 论 第 一 章 经 验 与 成 果 已 陆 续 反 映 到 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 GBJ7 89和 各 地 区 的 地 基 基 础 设 计 规 范 中 ,特 别 是 还 编 制 了 指 导 高 层 建 筑 基 础 设 计 的 专 门 规 程 高 层 建 筑 箱 形 基 础 设 计 与 施 工 规 程 JGJ6 80和 上 海 地 区 编 制 的 上 海 市 软 土 地 基 上 高 层 建 筑 箱 形 基 础 天 然 地 基 设 计 试 行 规 定 DBJ08 - 1 - 81,表 明 我 国 在 高 层 建 筑 基 础 的 设 计 与 施 工 方 面 已 初 步 形 成 整 套 的 经 验 。 第 二 节 高 层 建 筑 基 础 工 程 特 点 及 类 型 高 层 建 筑 与 一 般 单 层 和 多 层 建 筑 在 地 基 基 础 设 计 的 概 念 ,理 论 和 计 算 方 法 等 方 面 都 有 很 大 的 区 别 ,其 主 要 特 点 如 下 1.工 程 比 较 重 要 且 造 价 比 较 高 ,能 否 采 用 经 济 合 理 的 基 础 设 计 方 案 ,具 有 较 大 的 经 济 效 益 和 潜 力 ,这 需 要 更 准 确 可 靠 的 工 程 地 质 勘 察 资 料 和 更 全 面 深 入 的 分 析 比 较 。 2.对 地 基 承 载 力 的 要 求 比 较 高 ,即 除 了 垂 直 荷 载 比 较 大 以 外 ,还 要 考 虑 抵 抗 水 平 风 荷 载 或 地 震 荷 载 作 用 以 及 上 部 结 构 的 整 体 稳 定 性 。 3.对 地 基 的 不 均 匀 沉 降 比 较 敏 感 ,地 基 的 受 压 层 深 度 比 较 深 。 需 要 更 准 确 的 变 形 指 标 和 计 算 方 法 。 4.基 础 埋 深 或 要 求 处 理 的 深 度 比 较 大 ,为 防 止 基 坑 开 挖 等 对 周 围 构 筑 物 的 不 良 影 响 ,必 须 采 取 严 密 的 防 护 措 施 ,这 些 措 施 与 现 有 施 工 条 件 、 设 备 、 材 料 的 关 系 十 分 密 切 。 由 于 以 上 这 些 原 因 ,在 设 计 和 施 工 中 对 高 层 建 筑 基 础 工 程 的 方 案 确 定 需 要 认 真 而 又 慎 重 。 又 由 于 问 题 的 复 杂 性 和 当 前 的 理 论 研 究 尚 未 成 熟 到 能 够 准 确 地 预 计 到 各 种 变 化 因 素 的 影 响 程 度 ,因 此 系 统 地 进 行 高 层 建 筑 基 础 工 程 方 面 的 研 究 ,已 成 为 当 前 亟 需 解 决 的 重 要 课 题 。 近 十 年 来 召 开 的 多 次 高 层 建 筑 国 际 会 议 上 ,基 础 工 程 总 是 讨 论 的 重 要 议 题 之 一 , 已 成 为 工 程 界 关 注 的 焦 点 。 高 层 建 筑 的 上 部 结 构 荷 载 很 大 ,基 础 底 面 压 力 也 很 大 ,一 般 的 独 立 基 础 已 不 能 满 足 承 载 的 技 术 要 求 ,因 此 ,应 采 用 特 殊 形 式 的 基 础 ,其 常 用 的 有 如 下 几 种 类 型 。 一 、 交 梁 式 条 形 基 础 当 高 层 建 筑 上 部 的 柱 子 传 来 的 荷 载 较 大 而 单 独 基 础 或 柱 下 条 形 基 础 均 不 能 满 足 地 基 承 载 力 要 求 时 ,可 在 柱 网 下 纵 横 两 向 设 置 钢 筋 混 凝 土 条 形 基 础 ,这 样 就 形 成 了 如 图 2.1.2.1 所 示 的 交 梁 式 基 础 也 称 十 字 交 叉 条 形 基 础 。 这 种 结 构 形 式 比 单 独 基 础 的 整 体 刚 度 好 ,有 利 于 荷 载 分 布 。 二 、 筏 板 基 础 若 上 部 结 构 传 来 的 荷 载 很 大 ,上 述 交 梁 基 础 还 不 能 够 提 供 足 够 的 底 面 积 时 ,可 将 条 形 4 基 础 工 程 篇 第 二 篇 图 2.1.2.1 交 梁 式 条 形 基 础 基 础 的 底 面 积 扩 大 为 整 板 基 础 ,简 称 筏 板 基 础 。 采 用 筏 板 基 础 不 仅 能 使 地 基 土 单 位 面 积 的 压 力 减 小 ,而 且 提 高 了 地 基 土 的 承 载 能 力 , 增 强 了 基 础 的 整 体 性 ,并 可 以 减 少 高 层 建 筑 的 不 均 匀 沉 降 。 所 以 ,采 用 筏 板 基 础 能 使 地 基 土 的 承 载 力 随 着 基 础 埋 深 和 宽 度 的 增 加 而 增 大 ,而 基 础 的 沉 降 则 随 着 基 础 埋 深 的 增 加 而 减 少 。 通 常 的 筏 板 基 础 是 一 块 等 厚 度 的 钢 筋 混 凝 土 平 板 ,称 为 平 板 式 筏 板 基 础 。 一 般 厚 度 为 1.0m～ 2.5m 左 右 图 2.1.2.2 a。 当 柱 荷 载 较 大 时 ,可 以 加 大 柱 下 面 的 基 础 板 厚 度 ,使 其 能 承 受 相 应 的 剪 力 和 负 弯 矩 图 2.1.2.2 b,也 可 以 设 计 成 墩 板 式 基 础 图 2.1.2.2 c。 如 果 柱 距 太 大 和 柱 荷 载 差 产 生 较 大 的 弯 曲 应 力 时 ,则 可 沿 柱 轴 线 采 用 加 厚 的 基 础 板 肋 带 图 2.1.2.2 d,成 格 型 梁 板 式 刚 性 结 构 ,或 者 使 基 础 板 与 地 下 室 墙 组 成 刚 架 。 图 2.1.2.2 筏 板 基 础 的 一 般 形 式 在 国 外 高 层 建 筑 中 ,采 用 这 种 筏 板 基 础 较 多 。 但 由 于 这 种 基 础 承 受 上 部 结 构 的 荷 载 不 能 太 大 ,因 此 ,筏 板 基 础 最 常 用 于 15～ 20 层 高 层 建 筑 的 基 础 。 若 地 基 较 好 ,其 层 数 可 适 当 增 加 。 5 概 论 第 一 章 图 2.1.2.3 箱 形 基 础 三 、 箱 形 基 础 当 高 层 建 筑 的 上 部 结 构 荷 载 较 大 ,底 层 墙 柱 间 距 过 大 ,地 基 承 载 能 力 相 对 较 低 ,采 用 筏 板 基 础 不 能 满 足 要 求 时 ,可 采 用 箱 形 基 础 。 箱 形 基 础 是 由 钢 筋 混 凝 土 底 板 、 顶 板 和 纵 横 交 错 的 隔 墙 组 成 的 一 个 空 间 的 整 体 结 构 图 2.1.2.3,这 样 基 础 自 身 刚 度 很 大 ,可 以 减 少 高 层 建 筑 的 不 均 匀 沉 降 ,同 时 还 可 以 被 利 用 作 为 地 下 室 。 箱 形 基 础 大 部 分 为 补 偿 式 基 础 ,即 在 设 计 中 ,使 建 筑 物 的 重 量 约 等 于 由 建 筑 位 置 移 去 的 土 总 重 包 括 地 下 水 位 中 的 水 重 。 图 2.1.2.4 a 表 示 开 挖 前 水 平 的 地 面 ,地 下 水 位 在 地 面 下 距 离 为 h1 处 ,图 2.1.2.4b 表 示 基 础 开 挖 基 坑 至 h2 的 深 度 ,此 处 h2 h1 ,而 图 2.1.2.4 c 表 示 建 造 高 层 建 筑 后 已 将 基 坑 全 部 充 满 。 如 果 建 筑 物 的 重 量 等 于 由 基 坑 中 移 去 的 土 和 水 的 重 量 ,显 然 ,在 深 度 h2 以 下 土 中 的 总 竖 向 压 力 相 同 。 基 础 的 沉 降 是 由 地 基 有 效 压 力 的 增 加 而 发 生 的 ,如 果 地 基 有 效 压 力 不 变 ,则 建 筑 物 不 会 沉 降 。 即 补 偿 式 基 础 的 原 理 为 移 去 土 的 重 量 与 施 加 的 建 筑 物 重 量 基 本 平 衡 ,其 结 果 是 建 筑 物 的 沉 降 很 小 。 高 层 建 筑 中 的 箱 形 基 础 ,根 据 基 底 的 实 际 平 均 压 力 大 小 可 分 为 全 补 偿 式 基 础 基 底 的 实 际 平 均 压 力 等 于 基 底 土 原 有 的 自 重 压 力 和 欠 补 偿 式 基 础 ,亦 称 部 分 补 偿 式 基 础 基 础 底 面 的 实 际 平 均 压 力 大 于 基 底 土 原 有 的 自 重 压 力 。 我 国 目 前 建 造 的 高 层 建 筑 大 多 数 都 属 于 以 上 这 两 种 基 础 。 四 、 桩 基 础 桩 基 础 是 高 层 建 筑 常 用 的 基 础 形 式 ,具 有 承 载 能 力 大 ,能 抵 御 复 杂 荷 载 以 及 能 良 好 地 适 应 各 种 地 质 条 件 的 优 点 ,尤 其 对 于 软 弱 地 基 上 的 高 层 建 筑 ,桩 基 础 是 最 理 想 的 基 础 形 式 之 一 。 一 般 桩 基 础 可 选 用 预 制 钢 筋 混 凝 土 桩 、 灌 注 桩 和 钢 管 桩 等 。 具 体 选 择 时 应 结 合 地 基 的 土 质 情 况 、 上 部 结 构 类 型 、 荷 载 的 大 小 、 施 工 单 位 的 打 桩 设 备 和 技 术 条 件 、 单 桩 设 计 承 载 能 力 、 建 筑 场 地 的 环 境 等 因 素 ,通 过 技 术 经 济 综 合 分 析 后 决 定 。 常 用 的 桩 基 础 支 承 型 式 按 桩 的 传 力 及 作 用 性 质 可 分 为 端 承 桩 、 摩 擦 桩 基 础 如 图 2.1.2.5。 端 承 桩 主 要 靠 桩 端 的 支 承 力 起 作 用 ;而 摩 擦 桩 则 主 要 靠 桩 与 土 的 摩 擦 力 来 支 承 。 上 述 几 种 基 础 型 式 是 高 层 建 筑 设 计 中 所 采 用 的 几 种 典 型 的 基 础 型 式 。 事 实 上 ,随 着 高 层 建 筑 的 发 展 ,目 前 在 设 计 中 已 不 仅 仅 采 用 上 述 的 单 一 基 础 型 式 ,而 是 采 用 多 种 基 础 的 6 基 础 工 程 篇 第 二 篇 图 2.1.2.4 补 偿 式 基 础 的 应 力 平 衡 图 2.1.2.5 桩 的 支 承 形 式 a端 承 桩 ; b摩 擦 桩 混 合 型 式 ,如 桩 一 筏 基 础 、 桩 一 箱 基 础 等 等 ,这 些 基 础 的 采 用 均 取 得 了 较 好 的 技 术 效 果 。 7 概 论 第 一 章 第 二 章 高 层 建 筑 基 础 工 程 设 计 第 一 节 梁 式 基 础 设 计 方 法 当 采 用 柱 下 单 独 基 础 在 平 面 尺 寸 上 受 到 限 制 而 不 能 向 一 侧 扩 展 ;或 当 上 部 结 构 荷 载 比 较 大 ,而 地 基 承 载 力 又 较 低 ,需 要 较 大 的 基 础 底 面 积 ;有 时 ,也 为 了 防 止 基 础 产 生 过 大 的 不 均 匀 沉 降 ,使 相 邻 柱 下 单 独 基 础 因 面 积 扩 大 而 使 它 们 之 间 的 净 距 小 于 基 础 宽 度 时 ,采 用 联 合 基 础 较 为 经 济 合 理 。 一 列 柱 下 单 独 基 础 联 合 起 来 就 形 成 柱 下 条 形 基 础 ;交 叉 两 列 柱 下 条 形 基 础 联 合 形 成 柱 下 交 叉 梁 条 形 基 础 ,又 称 交 梁 基 础 。 以 上 两 者 总 称 为 柱 下 条 形 基 础 或 梁 式 基 础 。 地 基 上 梁 的 分 析 系 经 典 课 题 ,由 于 新 的 地 基 模 型 、 分 析 方 法 和 计 算 手 段 陆 续 出 现 ,该 课 题 至 今 仍 在 发 展 之 中 。 高 层 建 筑 和 超 高 层 建 筑 较 少 采 用 梁 式 基 础 ,一 般 常 出 现 在 多 层 建 筑 中 ,但 是 对 于 基 础 梁 来 说 ,分 析 方 法 相 对 简 单 ,土 与 结 构 共 同 作 用 的 概 念 易 于 阐 明 ,数 值 方 法 的 公 式 建 立 也 容 易 表 达 得 清 楚 。 此 外 ,筏 基 、 箱 基 等 更 复 杂 问 题 的 分 析 都 是 以 基 础 梁 的 分 析 为 基 础 的 ,并 且 实 用 中 有 时 又 简 化 为 梁 来 计 算 。 因 此 ,研 究 地 基 与 结 构 相 互 作 用 问 题 仍 需 从 基 础 梁 的 分 析 开 始 。 一 、 梁 式 基 础 简 化 分 析 方 法 图 2.2.1.1 静 定 分 析 法 示 意 一 静 定 分 析 法 这 是 一 种 已 沿 用 很 久 的 简 化 分 析 方 法 。 如 图 2.2.1.1 所 示 ,先 将 柱 端 视 为 固 端 ,经 上 部 结 构 分 析 得 到 固 端 荷 载 P1 ～ P4 , M3 和 M4 ,梁 上 可 能 还 受 有 局 部 分 布 荷 载 q。 假 定 基 底 反 力 呈 直 线 分 布 ,按 静 力 平 衡 求 出 反 力 的 最 大 值 Pmax 和 最 小 值 Pmin Pmaxmin ∑ PBL ± 6∑ MBL2 公 式 一 式 中 B、 L 梁 的 宽 度 和 长 度 ; ∑ P 和 ∑ M 1分 别 为 荷 载 不 包 括 梁 自 重 和 上 覆 土 重 的 合 力 和 合 力 8 基 础 工 程 篇 第 二 篇 矩 。 逐 个 控 制 截 面 截 取 隔 离 体 ,按 静 力 平 衡 即 可 求 出 梁 的 内 力 。 图 2.2.1.2 倒 梁 法 示 意 二 倒 梁 法 基 底 反 力 的 求 法 与 静 定 分 析 法 相 同 ,不 同 之 处 在 于 分 析 梁 内 力 时 ,把 柱 端 视 为 铰 支 ,以 基 底 反 力 和 扣 除 集 中 力 柱 端 处 以 后 的 外 荷 载 为 荷 载 来 分 析 多 跨 连 续 梁 的 内 力 见 图 2.2.1.2。 显 然 ,这 样 求 得 的 支 座 反 力 与 原 柱 荷 载 有 一 些 不 同 ,应 予 以 修 正 。 修 正 的 方 法 是 将 支 座 反 力 与 柱 荷 载 的 差 值 均 匀 地 分 布 在 该 支 座 两 侧 各 1null 3 跨 度 内 ,作 为 基 底 反 力 的 调 整 值 , 使 反 力 分 布 呈 阶 梯 状 ,然 后 重 新 计 算 ,直 至 吻 合 为 止 。 二 、 文 克 尔 地 基 上 梁 的 计 算 方 法 上 述 静 定 分 析 法 和 倒 梁 法 没 有 考 虑 基 础 梁 与 地 基 之 间 的 共 同 作 用 ,因 此 是 比 较 粗 略 的 计 算 。 考 虑 地 基 与 基 础 共 同 作 用 求 解 基 础 梁 底 面 反 力 、 位 移 及 其 内 力 时 ,首 先 要 将 实 际 工 程 中 类 型 及 性 状 各 异 的 地 基 土 理 想 化 。 使 土 特 性 理 想 化 的 最 简 单 形 式 是 假 设 地 基 土 是 线 性 弹 性 体 。 1867年 ,捷 克 工 程 师 文 克 尔 E.Winkler在 计 算 铁 路 钢 轨 时 提 出 的 弹 簧 地 基 模 型 就 是 最 早 和 常 用 的 一 种 ,用 此 地 基 模 型 可 求 出 基 础 梁 的 解 析 解 。 一 文 克 尔 基 本 假 设 地 基 上 任 一 点 所 受 的 压 力 强 度 p 与 该 点 地 基 变 形 量 s 成 正 比 ,该 点 地 基 变 形 量 与 其 他 各 点 压 强 无 关 ,即 p ks 公 式 二 式 中 p 地 基 上 任 一 点 的 压 力 强 度 ; k 基 床 系 数 ; s 压 力 作 用 点 的 地 基 变 形 量 。 图 2.2.1.3 文 克 尔 地 基 模 型 示 意 图 a柔 性 基 础 ; b刚 性 基 础 受 偏 心 荷 载 ; c刚 性 基 础 受 中 心 荷 载