1、多层建筑的基础设计方案优化摘要房屋建筑过程中的基础设计在结构设计中有相当重要的地位，由于房屋建筑上部荷载很大，基础埋置较深，材料用量多，施工周期长，基础的经济技术指标对房屋建筑的经济技术指标有很大的影响。无论从城市整体的现代化规划还是从人们的空间需求，多层建筑都满足了视觉景观上的宏伟，也提高了有限地面面积的空间利用率，多层建筑地基基础设计是决定高层建筑安全性与稳定性的关键，也是高层建筑结构得以保证的根本。关键词多层建筑 基础设计 方案优化引言 多层建筑的地基基础是建筑结构最主要的组成部分，它涉及到整个建筑结构安全与经济的重大问题。同时，高层建筑的体型日趋复杂，地基基础类型多变，所有这些因素，都2、给多层建筑地基基础的合理设计，尤其是优化设计增加了难度。总结成功设计的经验，吸取工程事故的教训，根据国家有关的标准规范，依靠先进的科学技术，多层建筑的地基基础设计是有可能作到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量。1.建筑地基基础设计的主要依据和基本要求1.1主要依据 多层建筑的地基基础设计受很多因素的影响，地面土质结构和地下的岩土成分等是外部的基本条件；建筑本身的层高、地下室层数和建筑的内部结构对地基的压迫程度是建筑自身对地基基础的限制条件；此外，相关的抗震要求等对基础设计提出了更高的要求。依据以上的各种因素，再结合工程设计的造价总体规划，对地基基础进行全面的科学评估，从而得出地基设计的基本3、数据。1.2基本要求 与普通的多层建筑设计相比，由于影响多层建筑地基基础因素较多，所以设计过程中需要考虑的设计要求也相对复杂。地基的牢固性、建筑结构的稳定性与抗震性、地基竖向的承载力与横向的抗滑移、地基的沉降指数、地基土层的抗压能力和地基压力变形范围等，都是对地基基础设计的基本要求。因此，在地基基础设计过程中，不仅要考虑建筑外观设计概念上的要求，更重要的是地面条件和建筑本身结构对多层建筑提出的具体客观要求。随着现代模拟技术与勘测技术的不断成熟，为多层建筑设计提供了设计方案反复模拟、修改的便利条件和可靠的数据，以满足多层建筑最基本的安全性要求。房屋基础结构和上部结构是房屋结构设计的主要内容。结构4、设计方法采用概率极限状态的设计理论。房屋上部结构是在满足结构自身重力恒载、人、家具、设备等荷载的竖向静力作用和风压力、地震力的水平荷载的动力作用下，结构应有的强度、刚度、稳定性问题。房屋静载作用一般由上向下传递，地震作用则是通过基础传给上部结构。为适应上部的机构和下部的地基条件，基础结构是其选择的结构形式，它是建筑物地下的部分。房屋建筑结构的设计是一项全面、系统性的工作，在结构设计的过程中要保证遵循四项基本的原则：整体上抓大放下、设置多道防线、刚柔相济协调、打通重要关节。按照这样的原则进行结构设计，对在结构设计过程中发现的问题及时的反馈和研究，不断提高设计人员自身的结构设计水平。设计的结构在满5、足建筑物安全的同时，符合实际使用的要求。2.多层建筑地基基础计算的模型 影响高层建筑地基基础计算的因素很多、很复杂。它涉及到土性参数等基本计算参数的采用，尤其在我国软土、湿陷性黄土、液化土分布地区较广，地震烈度较高的环境下，由于规范的不尽完善、计算方法的差异、结构工程师水平的参差不齐，使得的离层地基基础的计算质量受到很大的影响。2.1地基模型 基础底面的应力是基础与基底土层间的接触应力，其计算的精确与否，涉及地基承载力的验算、变形验算及基础内力的计算等，是地基基础计算中的首要问题。对于刚性基础、扩展基础(柱下RC基础和墙下RC条形基础)，在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且6、柱下条基的高度大于1/6柱距时，或在计算筏板基础的局部弯曲时，对于压缩模量小于或等于4Mpa的地基等四种基础的基底反力可按直线分布考虑，如不符合上述条件，柱下条基和筏基应按弹性地基梁或弹性地基梁板计算，此时应选用合适的地基模型。 应用得最为广泛的地基模型是文克尔模型，该模型假定基底反力与变形成线性关系，K为比例常数，即基床系数。该模型完全不考虑实际存在着的地基土的应力应变的扩散能力，但对于淤泥、软粘或基底下士的塑性区很大时或当地基士的厚度不超过梁或板的短边宽度之半的薄压缩层时以及水位较高、水浮力较大的筏基等比较适用，并且由于计算较为简便。 应用得最为广泛的另一个地基模型是弹性半无限体模型。该模7、型将地基视为弹性连续介质，考虑土的应力应变的扩散能力，但由于实际的地基并非弹性连续介质，因此该模型夸大了土的应力应变的扩散能力，并且由于计算较为复杂，使得该模型的应用受到一定的限制。 接触应力反映了上部结构、基础与地基共同作用的力学特征。工程实践证明，接触应力的分布状态界于文克尔模型与弹性半无限体模型的计算结果之间。文克尔模型和弹性半无限体模型反映了地基性状的两个极端状况。为此，许多专家学者提出了改进的文克尔模型或改进的弹性半无限体模型，以及能反映土的弹塑性、不可塑性、流变性等固有特征的理想模型，但由于有关计算参数的难予确定和计算上的复杂性尚未应用于工程设计。 值得指出的是上述模型均假定地基土8、是弹性匀质连续介质，实际上地基土是由颗粒、水和空气构成的三相复杂体系材料。一般情况在重力荷载作用下地基土处于静态，视作弹性匀质体是可以的。但对于中高压缩性软七、湿陷性黄土等地基土，在上部结构的重力荷载下，地基土会出现弹塑性变形，此时考虑-十为弹性体的分层总合法或规范法等计算2.2结构模型 (1)整体结构计算模型高层建筑的上部结构、地下室、基础与地基土构成一个空间结构体系。整体结构计算模型最完整、最符合实际的模型应该是上部结构、地下室、基础和地基土共同作用的模型，这在高层建筑结构的抗震计算、基底反力计算、变形计算和结构内力的计算中，都是较为精确的计算。考虑上部结构、地下室、桩筏基础与地基的共同作9、用。 (2)基础与地基共同作用的模型。由上部结构的计算给出基础顶面作用效应组合值(M、V、N)。建筑桩基技术规范JGJ9494附录B中考虑承台(包括地下墙体)、基桩协同工作和土的弹性抗力作用计算受水平荷载的桩基就是这种模型。 (3)上部结构与基础共同作用的模型。高层建筑框架结构的箱基的整体弯曲计算就采用这种模型。 (4)基础的计算模型。柱下条基、筏基一般按弹性地基梁或弹性地基梁板计算，桩与承台或桩筏基础作为一个结构进行计算。 (5)结构构件的模型，结构计算一般采用有限单元法，上部结构梁、柱采刚空间杆元，墙采用墙元，厚壳元或三维实体元等。3.多层建筑地基基础设计方案优选3.1沉降缝的设置 沉降缝10、是为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝称为沉降缝。当建筑物建造在不同土质的地基上，或建筑物相邻部分的高度、荷载和结构形式差别较大时，为了防止建筑物出现不均匀沉降引起错动或开裂，通常在差异处设施垂直缝隙，将建筑物分割成若干个独立单元。但多层建筑的工程实践效果表明，多层建筑基础却不适合设置沉降缝。沉降缝的设置将对地下室在土层中的嵌固作用产生一定的影响，再加上多层建筑本身对地下室的结构压力，会使建筑的地基基础设计更加复杂，并造成额外的压力负担，不利于高层建筑的稳定性。3.2多层建筑地下空间的利用 多层建筑一般需要相应的地下深埋基础，经过精确的地质勘测和基础设计计算后，才能确11、定地下深埋的程度。对地下空间的利用，可以提高基础工程的利用率和提高建筑整体的收益效果和使用功能。城市的现代化加速了私家车的购买力增长，地面空间已经越不能够解决车辆的停放需求，地下停车场的开发和使用，不但解决了城市建设问题也提高了多层建筑地下空间的利用率。此外根据地下土质结构的特点，还可以将地下空间用来安置人防设施和建筑内部的机房等。对地下空间的合理利用是多层建筑价值增值的有效手段之一。3.3多层建筑基础方案的优化选择 考虑到城市所在地区的地质状况的不同，各城市多层建筑的地基承载力也存在着差异，因此基础设计的方案也不尽相同。基础设计方式如何选择，就需要根据实地的需要来决定，例如上海、天津等地质条12、件较差的地区高层建筑多采用造价高昂的桩筏，而北京、广州等地质条件稍好的地区多层建筑多选用相对经济些的筏基。当然，在地基条件较好的山区如重庆，甚至多层建筑可以采用经济的独立基础。可见，地质条件很大程度上决定了建筑基础的方案。现代的计算机模拟技术可以提供多层建筑多个设计方案的模拟结果，从而使设计师可以从中选择最优方案。基础方案的优选，无论是经济效益还是社会效益都是相当显著的。结束语 随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求我国的多层建筑虽然相对发达国家起步较晚，但已经取得了很大的成就，如北京、上海、深圳等城市的多层建筑可以说代表了中国高层建筑的发展史，多层建筑设计与城市空间的融合也正不断的完善发展。参考文献1国家标准，建筑地基基础设计规范，GB50007-2002，北京：中国建筑工业出版社，20022陈嘉俊.论多层框架房屋结构设计中的几个要点M，成都：四川建材出版社，2007（2）3陆歆弘，蔡跃，房屋建筑力学与结构基础M，北京：中国建筑工业出版社，2008(1)4陈希哲，地基事故与防预M，北京：清华大学出版社，2009