高层建筑基础.doc

高层建筑基础工程
我们研究学习高层建筑基础的有关知识，首先必须知道什么是高层建筑？中国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类：第一类为9～16层（最高50米），第二类为17～25层（最高75米)，第三类为26～40层（最高100米），第四类为40层以上(高于100米）。公元前280年古埃及人建造了高100多米的亚历山大港灯塔。523年在中国河南登封县建成高40米嵩岳寺塔。现代高层建筑兴起于美国，1883年在芝加哥建起第一幢高11层的保险公司大楼，1931年在纽约建成高101层的帝国大厦。第二次世界大战以后，出现了世界范围的高层建筑繁荣时期。1970～1974年建成的美国芝加哥西尔斯大厦，约443米高。高层建筑可节约城市用地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设。
与低中层建筑相比，高层建筑施工面临着更多的难题，主要有以下几点：第一，高层建筑一般建在人口稠密经济发达的闹市区，而这就给施工带来了不便。要求施工单位在较小的空间内布置施工所需器械，而且还得注重工程的经济性，时间性。尽量压缩施工平面占地，减少现场设备，材料，制品储存量，要按照施工进度合理安排各阶段的现场布置，节约施工用地。
第二，高空作业量大，精度要求高，垂直运输量大，安全隐患多。高层建筑随着施工的进行，作业高度越来越大，材料运输量增加，这对垂直运输设备的高度，运量，安全可靠性提出了更高的要求。施工全过程要做好安全防护工作，特别是百米以上高空落物打击事故要求施工单位高度重视。此外，防火，用水，用电，通信，临时厕所等这些在中低层建筑施工时易解决的问题，在高层，特别是超高层建筑施工时难度较大。
第三，基础开挖深度大，支护结构费用高。一般随着建筑物高度增加，其基础开挖深度也要相应的加深，而且城市施工又无条件放坡开挖，因此支护结构工程量大，特别是周边临时建筑物，地下管道，城市道路都对支护结构的强度，位移变形有很高要求。使得本是临时结构的支护结构所用费用增加，有的达数百万，因支护不当引发的工程事故也很多，费用较大。
高层建筑因为荷载很大，通常采用底面积较大的天然地基基础形式或深基础形式，常用的基础形式有：梁式基础、筏形基础、箱形基础、桩基础、地下连续墙基础，以及这些基础的联合使用。在高层建筑基础形式的选择中要考虑的因素有：（1）上部结构的类型，整体性和结构刚度；（2）地下结构的使用功能要求；（3）地基的工程地质条件；（4）抗震设防要求；（5）施工技术，基础工程造价和工期；（6）周围建筑物和环境条件。
条形基础是指长度远大于其宽度的一种基础形式，按上部结构形式，可分为墙下条形基础和柱下条形基础，当建筑物荷载较大且地基土较软时，为增强基础的整体刚度，减少不均匀沉降，可在纵横方向设置双向条形基础称为正交格形基础，柱下钢筋混凝土条形基础、正交格形基础属于梁式基础，以下主要介绍钢筋混凝土梁式基础的设计和计算。当荷载较大，地基土较软，若采用柱下单独基础，所需要的面积很大，从而造成各个基础之间空隙很小，为增强基础的整体性并方便施工，可将同一排的柱基础联通做成网状钢筋混凝土条形基础。
当荷载较大，地基土较软，若采用柱下单独基础，所需要的面积很大，从而造成各个基础之间空隙很小，为增强基础的整体性并方便施工，可将同一排的柱基础联通做成钢筋混凝土条形基础，即所说的筏型基础。筏形基础定义为“柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋混凝土基础，”，筏板基础可按其上部结构形式分为柱下筏形基础和墙下筏形基础。对高层建筑而言，框架结构下的筏基称为柱下筏基，剪力墙结构下的筏基称为墙下筏基础。筏形基础具有施工简单，基础整体刚度较好，调节建筑不均匀沉降等特点，能增强建筑物的整体抗震性能，提供地下比较宽敞的使用空间。
当上部结构荷载较大而地基土又比较软弱时，高层建筑经常采用箱形基础，箱形基础材料多采用钢筋混凝土，箱形基础也可以和其他基础结合使用，如在上海地区，由于地基土多是软土且压缩性大，常采用箱形基础加桩基础。箱形基础是由钢筋混凝土顶板、底板、纵横交错的内外侧墙板组成的空间格构式整体结构。箱形基础自身具有很大的刚度和良好的整体性，能够抵抗并协调软弱地基土在较大荷载作用下产生的不均匀变形。
补偿性基础是指在基础设计时，使建筑物的总重量与基础范围挖去的土总重量（含地下水）相等，理论上基础底面附加压力等于零，这样上部结构荷载在地基内将不产生附加应力和变形。根据基础底面平均压应力大小，箱形基础可以设计成全补偿性基础（即基础底面平均压应力等于基底的自重压应力）和部分补偿性基础（即基础底面平均压应力大于基底的自重压应力）。
根据我国高层建筑箱形基础地基变形的实测资料，地基变形大致可分为三个阶段，自重应力阶段、附加应力阶段和恒应力阶段变形。
1.自重应力阶段：是指建筑物加载至等于基础开挖的土重时地基变形
2.附加应力阶段：是指建筑物加载自超过自重应力起至设计荷载相应的总应力为止这个阶段的地基变形，该阶段地基变形约为从基础最终沉降量的35%~50%,
3.恒应力阶段变形：是指建筑物竣工后的地基长期变形，约为基础最终沉降量的30%～35%。
当前在工程实践中常采用考虑上部结构刚度的近似分析方法。高层建筑箱形基础可视为一箱形格构式结构，其内力由箱形基础整体弯曲作用和局部弯曲作用两部分产生的内力叠加组成。
整体弯曲作用，是指箱形基础在上部结构荷载和地基不均匀反力的作用下，箱形基础折算成工字形梁发生整体弯曲在基础中产生的内力，顶板受压，底板受拉；
局部弯曲作用，是指箱形基础顶板和底板分别在上部结构荷载和地基反力作用下，根据各自支承情况发生局部弯曲在基础中产生的内力，计算底板局部弯曲作用所产生的弯矩数值应乘以0.8 的折减系数，这是由于箱基实测结果表明，基底反力呈现由板中向墙下转移的特征，若墙下的基底反力系数是1.0，则板区中部为0.7～0.8。
进入二十一世纪，人类一方面为惊人的发展震惊和骄傲，同时也为征服自然的后果感到恐慌。大量水泥、钢材、玻璃、陶瓷制品、化学建材的生产造成温室效应，在污染空气、河流的同时，小号了大量的自然资源，许多优质资源短缺或濒临枯竭，人类开始有了坐吃山空的感觉。有人说二十世纪是一个疯狂发展的世纪不无道理。所谓疯狂就是没有节制，就是为所欲为。二十世纪我们吃了祖先的，用了子孙的，具体说我们消耗的资源、能源，造成的污染和环境破坏超过人类有史以来至十九世纪的总和，“我们到底是人类的骄子，还是罪人”值得深思！
虽然随着经济的发展，我们已经有能力建造高层建筑，但就我个人主观思想来看，我还是不怎么喜欢高层建筑。人类从原始的洞穴到现在高层建筑的发展，看起来是进步的，可是他也带来了以前从未有过的灾难。我们不得不承认，事物发展是有两面性的，我更愿意保持一种中间状态，但为此我们也要做出一定的让步。就我们建造高层建筑的初衷来看，是由于人口增长，城市水平面空间不足以满足人类的日常生活。可人口过多这个问题似乎很久以前就已经有人提出了，为什么人口还是在持续增长呢？也许有人会说这需要一个过程，任何事情都不是一蹴而就的。但是我们还有多少时间，科学家的推算是依照的什么原理？而且你能否保证事情会按你的预想那样顺利进行？答案必然是否定的。近年来世界各地天灾不断，人类在大自然的面前依然是如此渺小，无法与大自然抗衡。 用唯物主义的观点来说，自然先于人类存在，人类只不过是世界发展，生物进化的产物，社会关系的总和。