高层建筑地基基础共同作用设计研究

高层建筑地基基础共同作用设计研究

李松林

河北拓朴建筑设计有限公司 河北石家庄 050000

摘要：作为建筑物的基础项目，地基基础不仅关系到整栋建筑物的质量安全，更关系到整栋建筑物在日后应用中的稳定性及长久性，而且还会影响到整体造价。因此，为保证建筑物安全可靠性和经济实用性，对高层建筑地基基础共同作用设计的探讨刻不容缓。

关键词：高层建筑；地基基础；共同作用；设计

1高层建筑地基基础共同作用分析意义

在高层建筑结构中上部结构的刚度较大，而高层建筑的上部结构同建筑基础、地基共同构成一整套建筑结构体系。受传统建筑条件及计算形式制约的消极影响，在高层建筑基础结构进行分析设计时，通常不会将地基基础结构、上部结构等部分对高层建筑整体的共同作用考虑进去，因此在传统建筑中通常会因为设计规划不合理而出现影响建筑质量的现象。因为传统的高层建筑基础整体设计方案存在需要优化的地方，所以跟随时代发展脚步与施工技术不断的创新与完善，高层建筑地基应在分析丰富的实践经验基础上，在对高层建筑地基进行设计规划时，将建筑基础、地基及高层建筑上部结构均考虑在内，并借助先进的计算机技术，分析高层建筑与地基基础建筑进行共同建设的可行性，从而结合丰富的建筑经验与工程建设规划的目标，合理规划载荷和结构刚度。在研究高层建筑地基基础共同作用时，应先对各种地基柔度矩阵利用上部结构力学法进行建模，而后利用求逆形式对刚度矩阵需求进行运算，最后利用有限元法和有限差分法等形式，对构成基础及上部结构的主要材料进行科学运算。此外，为了使运算更加科学合理，应在计算运行后将地基刚度矩阵同变形协调条件进行有机耦合，促使高层建筑地基共同作用分析具有正确指导意义。

2高层建筑地基基础共同作用机理分析

2.1地基模型的选择

1. 线性弹性地基模型。在高层建筑地基基础中选择线性弹性地基模型，可以有效提高结构刚度。结合地基边缘反力可将点弯矩通过合理方式科学计算出来，然而却存在同实际测量存在较大的点弯矩和基地反力差距的现象。

2. 非线性弹性地基模型。利用非线性弹性地基模型可以有效转变基底反力较为集中的现象，促使高层建筑地基基础共同作用机理更加科学合理，在符合工程建筑需求的同时，相较于线性弹性地基模型可以提高工程的质量。

3. 弹塑性地基模型。在高层建筑地基基础共同作用分析中采用弹塑性地基模型，将达到高层地基基础得到充分缓和基层边缘反力作用，从而与高层建筑承建中的实际测量结果较为相符。可见，作为一项较为复杂的建筑工程，高层建筑不仅涉及的建筑项目较繁复，在选择地基模型，也应秉持符合工程客观要求的基本原则，地基模型进行科学、高效且同实际相符的选择。如果工程中存在相同的荷载、基础及上部结构，就会造成基础内力、纵向弯曲情况相对突出的现象，导致对高层建筑上部结构内力影响严重，如果高层建筑内载荷、基础及上部结构存在较大差别，则不会出现基础内力受结构刚度影响的现象。在对高层建筑地基基础进行地基模型选择时，如果选择的是线性弹性地基模型，则会出现建筑层数越高，建筑两侧的反力就会越集中的现象，而这种反力在上部结构柱载荷中反应更为明显，柱荷载反力向两边集中现象更明显，而反力则随着层数的变化而不断变化，一般情况下在层建筑达到15层时，则会产生载荷值上升40%的现象，这种载荷数值上升的情况，就是次应力上升的过程，为了使次应力得到有效控制，而且不影响建筑工程整体质量，高层建筑地基模型设计者应对此做充分考虑。由于建筑两端柱荷载不断集中过程中生成的效用，通常，与建筑地基反应力存在较大差异。在进行建筑地基模型选择时应尤为重视底层基层柱产生的次应力，以及边墙共同作用的影响。

2.2模型参数设定

在对高层建筑与地基基础共同作用机理进行模型参数设定时，可从两方面进行分析：一方面是结构刚度对共同作用的影响。由于高层建筑受客观条件以及施工目标等客观条件的影响，结构刚度对共同作用的影响，将对施工速度以及施工方法带来一些改变，尤其在结构刚度的设计分析时，应充分结合共同作用的影响。当前，高层建筑中的结构刚度存在形式有三，即逐层形成结构刚度、野滞后形成冶的刚度结构以及一次性同时形成刚度，而介于结构刚度形成方式不同，也会产生不同的建筑效果。另一方面是结构刚度对基础纵向弯曲的影响。结构刚度对基础纵向弯曲程度的积极影响较为明显，因此，在进行模型参数设定时，要对基础纵向弯曲程度等因素进行全面分析，使得参数设定符合工程建设结果。

3工程实例分析

本文以某区的高层建筑工程建设为例，对常规工程设计方法以及共同作用方法进行分析，从而为高层建筑地基基础共同作用设计提供有效可性的方式方法。该区高层建筑结构分为地上28层、地下2层，建筑总高为102m，占地面积约为3.8万m²，并以普通钢板结构为工程结构体系。结合工程建筑目标以及施工实际需求、MINDLIN有限元原理，计算该工程在建设规划中的物理指标，主要可分为两种形式进行分析：第一，常规设计方法。桩根数设计为391，桩承担荷载（%）为100，而单桩竖向承载力特征（KN）为1860、单桩平均反力（KN）为1832。第二，共同作用方法。在共同作用方法中桩根数设计为348，桩承担荷载（%）为89，而单桩竖向承载力特征（KN）为1860、单桩平均反力（KN）/1854。与此同时，这两种设计方法在筏板最大剪力、筏板最大弯矩以及筏板配筋方面均有细微差异，而且共同作用方法较低。分析高层建筑工程建设中常规方法以及共同作用方法后，发现两者应该根据工程实际建设而进行有机融合与适当调整。例如，在高层建筑上部结构中可以结合有限元分子、分子结构计算方法来进行设计，而单柱刚度则可用规范方法进行确定。通过对工程中的常规设计方法及共同作用方法进行比较分析可知，在常规设计方法基础上结合共同作用方法的形式，可以有效节约建筑成本、施工时间及优化施工工艺等，为建筑企业获取经济效益的同时，更有效提高了建筑质量。

4结语

总之，日后在开展高层建筑地基基础设计工作的时候，应通过合理选择地基模型，科学设定模型参数等形式对工程作出合理设计，从而达到提高建筑质量，减少工程造价的目的。

参考文献

[1]李涛.高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术研究[J].房地产导刊，2015，(10):45-45.

[2]何远江.高层建筑地基基础和桩基础土建施工要点分析[J].建筑工程技术与设计，2018，(15).

[3]任阳阳，郑军峰.高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术要点[J].丝路视野，2018，(20).

[4]陈潞红.刍议建筑桩基础土建施工技术[J].城市建筑，2015，(24).

[5]王森.浅谈高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术[J].江西建材，2016，(20).

[6]杨威,张艳燕.浅论高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术要点[J].建材与装饰,2019,(12):5-6.

[7]马宏.浅议高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术应用[J].居业,2018,(8):93,95.

[8]沈方灏.高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术[J].军民两用技术与产品,2018,(20):227,235.

[9]张涛,冉超,桑超.高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术[J].建材发展导向（下）,2016,14(1).

作者简介:李松林（1989.11），男，河北省石家庄市人，中国地质大学长城学院，学士学位，中级工程师，研究方向：建筑结构设计.