建筑结构设计问答及分析范文

导语：如何才能写好一篇建筑结构设计问答及分析，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：梁柱节点，抗剪承载力，梁端加腋

如果说 “强柱弱梁，强剪弱弯”是提高结构变形能力的设计精髓，那么节点核心区截面抗震受剪承载力验算就是实现“强节点弱构件”的关键，也是建筑结构抗倒塌能力的关键。节点域内抗剪设计不足，遇到地震时会造成剪切破坏，属于脆性破坏，无征兆，致使建筑物瞬间垮塌。

根据建筑功能需要布置结构时，当遇到高层办公室或公寓等开间要求高的建筑，一般无法采用纯剪力墙，而是采用框架结构以及较为灵活的框架―剪力墙结构。框架结构在高层建筑因荷载关系，轴压比限制下结构柱截面较大；框剪结构由于剪力墙无法灵活布置，第一道防线较为薄弱，则第二道防线框架的竖向构件的结构柱截面也不会很小。当抗震等级为一、二级时，如结构梁截面宽度也为了满足建筑要求设置得较小时，通常无法很好约束结构柱，导致梁柱节点区抗剪承载力计算不通过。

以广州（7度区）某处的公寓式住宅楼为例。该工程为32层总高99m的框架―剪力墙结构，框架抗震等级为二级。因超长设置了抗震缝，其中分缝右边单体标准层局部结构布置如下：

上图中，结构柱截面边长1350mm，框架梁250mmx700mm，上机电算结构显示1-A轴的结构梁柱节点核心区抗剪不足。

由《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的附录D 框架梁柱节点核芯区组合的剪力设计值，应符合下列要求：

Vj≤（0.3η jfcbjhj）/rRe

框架梁柱节点核芯区组合的截面抗震验算则符合以下公式要求：

由上面公式可知，影响框架梁柱节点核心区抗剪承载力的主要因素是核心区截面的有效验算宽度bj及梁的约束影响系数ηj，而bj和ηj都是跟梁柱截面的宽度有关。由于框架柱截面面积比较大，当结构梁截面宽度受限取值较小时，bj和ηj的也会相应较小，节点核心区抗剪承载力不足。

为了加大bj和ηj，我们考虑了以下措施：

1.加大框架梁的截面宽度。加大结构梁截面宽度是最有效的措施，但对建筑美观性要求有所降低，同时结构梁全截面加大造价也会相应提高；

2.梁端设置水平加腋。在框架梁的端部设置水平加腋，以加大框架梁对两柱节点约束宽度，满足规范对框架梁柱节点核心区的抗剪承载力验算要求。采用此方法结构设计及施工复杂，但只是框架的端部截面增大，对建筑的影响小，造价也不会提高很多，经济性指标好。

3.加强节点区域。类似无梁楼盖的柱帽做法，把节点位置包大。该做法比水平加腋更复杂些，经济性也不及水平加腋。

当然提高混凝土强度等级也是一个方法。当梁柱砼相差超过两个等级时应分开浇捣，隔网在施工时容易出现问题。

综合分析以上几点，最后选择了在结构梁的梁端部设置水平加腋，做法如下图：

计算显示梁柱节点区抗剪承载力通过。由上面分析及计算得知，梁水平加腋是提高梁柱节点区抗剪承载力而不影响建筑、不过多增加造价的较好方法。

依据《建筑抗震设计规范》，节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位，《混凝土结构设计规范》也对节点核心区做了明确规定。在结构设计中针对规范中的抗震验算规定进行验算，当验算不满足规范要求时，宜先检查η j 正交梁的约束影响系数是否正确，再针对fc、bj、 hj 进行合理调整，如提高砼强度等级标号，增加节点域面积，能够有效提高抗剪承载力，直到满足规范要求。

参考文献：

【1】《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010

【2】《混凝土结构设计规范》 GB50010-2010

篇2

关键词：楼层活荷载；折减

中图分类号：S611文献标识码： A

关键词：根据楼层活荷载出现的概率统计，同时达到取值的可能性很小，因此在墙、柱和基础设计时需要对楼层的活荷载进行折减。《建筑结构荷载规范》（以下简称《荷载规范》）第5.1.2条有以下规定：

设计墙、柱和基础时的折减系数

1)第1(1)项应按表5.1.2规定采用；

2)第1(2)～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；

注：楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。

表5.1.2 活荷载按楼层的折减系数

注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，应采用括号内的系数。

构件以上的楼层数越多，荷载同时出现的概率就越小，呈现在表格中的折减系数也越小。但无论如何，同一建筑在折减后的情况，一定是底部的构件比上部的构件受荷大。但在实际的操作中会发现这样一个问题，楼层数为20层和21层时，折减时出现一个断层式倒退：20x0.6=12,而21x0.55=11.55，即21层总荷载小于了20层，明显与实际不相符。对于这种情况，建议把楼层数为21层位置的活荷折减系数稍微调大，可取0.58，则21x0.58=12.18；同时楼层数为22层位置的活荷载折减系数调成0.57，即22x0.57=12.56；而第23层仍为0.55，即23x0.55=12.65。此时，从20到23层荷载总数分别为12、12.18、12.56、12.65，数值合理。

以上所述表格中的折减系数，是对应于《荷载规范》中表5.1.1“民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数”中第1(1)项，即住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园等；而第1(2)～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数，即第1(2)～7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取0.9。现在房地产开发中，几层作为商铺，上部作为住宅的情况非常多，如果单纯按照表5.1.2取值，折减后数值比实际小了，偏不安全。建议遇到该问题时，注意在计算软件按实际情况填写折减系数。

活荷载折减按表格取值时，应特别注意带裙楼的情况。如裙楼为5层主楼25层，则同一层里裙楼的折减与主楼的不能取相同数值。如第4层时，裙楼折减按表5.1.2应取1，在主楼位置则25-4=21应取0.55，或取本文建议值0.58。

除此之外还有错层的情况，程序对于整层及错层的判断并不完善，应人为作处理，以防取值时与实际不符，造成工程隐患。

对于土建的造价来说，截面和配筋是直接影响，而追溯到最源头还是荷载的取值。因此活荷载的折减情况尤为重要。在工程的实际操作中，不能生搬硬套规范的数据，应根据工程具体情况进行分析简化，以选取出最贴近实际的折减系数，使工程安全经济，满足规范及建设方要求。

参考文献

篇3

关键字：地下室 侧壁 设计

中图分类号：S611文献标识码： A

1 侧壁内力分析模型

1.1 边界条件

左图为地下室结构简图，右图为地下室受力弯矩图。

从地下室侧壁弯矩图可知：（1）地下室侧壁最下端简化为固端。这是由于：a、地下室底板往往比侧壁外伸800-1000mm,外伸端上面又有覆土。左侧土压力和右侧使用荷载相互平衡使得底板具有相当的稳定性。b、地下室底板的厚度往往比侧壁的厚度要大，侧壁左右端底板的刚度之和要比侧壁大许多，大约为侧壁刚度的2倍左右。因而地下室底板能对侧壁产生相当大的约束。（2）地下室侧壁的顶端简化为简支端。由于地下室顶板的厚度与侧壁相比要薄，刚度也要比侧壁小，因而不能对侧壁产生强约束。但事实上，顶端并非完全简支，但在设计中需要的是一个合理的结果，而并非精确的结果。所以此种简化方法是可行的。(3)地下室中间层简化为连续梁模型。

1.2 双向板模型

上图为立面图，下图为平面图。

由平面图易知，地下室侧壁每隔一定距离（大约为8～9m）设扶壁柱。这就使侧壁平面外的刚度得到提高。扶壁柱与上下楼板共同对侧壁形成约束，与双向板受力模式相似。

1.3 单向板模型

上图为立面图，下图为平面图。

在侧壁中不设扶壁柱而设暗柱，由力学知识可知，暗柱只能担高侧壁的承载力，而不能提高侧壁的刚度，因而会出现单向板的受力形态。

由于扶壁柱的设置往往会影响地下室的使用功能，所以单向板的受力模型使用的情况比较多。

2 侧壁所受荷载

荷载的确定，在设计中是最基本的，但也是最重要的。由力学知识易知，侧壁所受的荷载有：（1）重力荷载（2）土压力（3）水压力(4)土与侧壁的摩擦力。由于重力荷载和摩擦力为结构有利荷载，设计中往往不考虑,这也是基于偏安全的角度考虑的。对地下室侧壁来说，最重要的荷载是土压力和水压力。但是，用水土分算还是水土合算，一直是岩土工程界有争议的问题。在结构设计界往往将透水性好的砂土采用水土分算，透水性差的粘性土采用水土合算。由于水土分算的力要比水土合算计算的结果大，建议采用水土合分算，偏于安全。

土压力又分为主动土压力，被动土压力，静止土压力。设计中该如何采用，设计界也是存在争议的。《全国民用建筑工程设计技术措施》2.6.2规定，地下室侧壁承受的土压力宜静止土压力，该规定是偏于安全的。北京院技术措施中规定对于有支护桩土地下室侧壁土压力可按静止土压力X0.66考虑。李国胜书中规定土压力系数直接取0.3333,基本上接近主动土压力。

3 侧壁设计的几点建议

（1）按单向板设计侧壁，在外墙转角处应适当加强水平筋的配置，因为平面外相交的墙有支撑作用

（2）对于计算时不考虑支撑作用的较小扶壁柱，具体设计时建议人为加强配筋，因其还是具有一定的支撑作用。

（3）如侧壁不设基础，即侧壁直接支撑在底板上，就注意底板的强度校核，保证传力的连续，防止开裂。

（4）侧辟顶部暗梁设置，若沉降较小，可不设；若土基较差，沉降比较大，存在整体变曲作用时，建议设暗梁或在顶间构造性的配置一些粗钢筋。

（5）按单向板设计的侧壁，水平钢筋一般可按受力钢筋的最小配筋率配置，但当土下室较长时，建议适当提高水平筋的配筋率。

参考文献

[1] 建筑地基基础设计规范GB50007-2011. 北京：中国建筑工业出版社，2011

[2] 混凝土结构设计规范GB50010-2010. 北京：中国建筑工业出版社，2010

[3] 广州老庄结构院第16次讲座. 2010

[4] 朱炳寅. 建筑地基基础设计方法及实例分析. 北京：中国建筑工业出版社，2013

篇4

关键词：结构设计 经济性 造价 结构方案

中图分类号：TU2文献标识码： A

据统计一个项目的投资金额约85%是由设计阶段决定的，而结构成本占很大比重。如何做到结构的安全性与经济性是每个结构工程师必须考虑的问题。本文从以下几点探讨工程实践中的一点见解。

一、结构方案的选取及计算参数的选用

建筑方案的确定，结构成本确定了60%~70%，另外结构方案的优化和结构精细化设计占30~40%。首先谈谈建筑的规则性，对于抗震地区的建筑而言，抗侧力构件布置是否合理，竖向抗侧力构件是否连续对建筑的受力合理性及建筑的经济性影响是巨大的。平面或者竖向不规则的建筑会导致结构构件传力途径复杂，结构刚度不对称，造成结构构件的尺寸及配筋过大。且传力途径复杂造成结构构件过多，影响经济性，这与规范重在提高建筑材料强度，而不是增加构件的数量的宗旨矛盾的。不规则建筑不但会增加造价，而且在地震力作用下产生扭转效应降低建筑物的安全储备。《高规》3.4及《抗规》3.4.3条对建筑物的规则性做了明确要求。

结构形式选取及结构布置方案的布置也是一个重要方面。《抗规》6.1.1条及《高规》3.3对各种结构形式对应的建筑物最大高度以及抗震等级有了具体规定。设计过程中应结合本地区的抗震设防烈度，地质条件选用合适的结构形式。包括建筑方案制定的过程中，在容积率一定的情况下，单体的层数，建筑的长宽高的确定进行最优化的布置。在结构抗侧力构件布置时，刚度尽量均匀对称，减少建筑物的扭转效应；剪力墙结构中剪力墙应尽量布置在，内部当然也必须满足竖向承载力的要求，好钢要用在刀刃上。

异形柱框架结构造价的比普通框架结构要高，在柱布置过程中在一些不影响使用功能及美观的位置尽可能使用方柱，比如户内隔墙、门后、立面、公共部位空间。框架结构选用经济柱网合理经济的柱网，一般8~9m的柱网经济性较好。下面本文根据实际工程谈论一下次梁布置方式对造价的影响。本项目为物流仓库，设计活荷载5KN每平，按下图两种方案进行计算分析：

两种次梁布置方案比较可以看出方案一能够减小板跨，充分利用现浇板刚度，节约钢材和混凝土用量，并且增加建筑净高，利于设备管道布置。并且跟设备专业协调，方案一可以节约喷淋头数量节约造价。定结构方案时，可以多种方案比较找出最佳方案。

结构建模时计算参数的选取对结构设计的经济性影响也较大。计算参数的选取严格按照规范规定选用，无需人为放大。针对结构薄弱部位，设计人员通过概念设计采取加强措施。当柱截面刚度较大时，计算梁配筋时，梁柱重叠区域可以作为刚域；现浇结构可以按照T形梁计算，即可以减少梁的计算长度，增加梁受压区高度减少梁配筋。

二、建筑材料的选用及结构构件断面的确定

如今钢材市场中Ⅱ级螺纹钢与新Ⅲ级螺纹钢价格相差不多，但是强度提高了20%，显然采用高强钢筋有显著的经济效益。混凝土强度提高一级，单价提高5%~8%，对于柱墙等受压构件，提高混凝土强度可以减小截面面积，增加建筑实际使用面积。对于梁，板混凝土等级提高对配筋影响较小，一些受剪承载力为主的梁（如转换梁）除外，在满足规范以及受剪承载力的情况下可以采用低标号的混凝土，对于板来说低标高混凝土有助于减少板裂缝。

规范建议框架梁的断面高度取值为1/8~1/12。实际操作中随着高强钢材的使用，截面高度可以控制到1/12~1/18，这样增加建筑净高，减少建筑层高，有良好的经济效益。

三、基础方案的选取

结构的基础问题就是承载力与沉降的问题。采用天然地基施工速度快，造价低，工程设计中应充分利用地基土的工程地质条件，尽可能选用天然地基。对于面积不大及埋深较浅的软弱土层可挖除后回填或将基础加深，对于宽度不大的条形基础可采用基础地梁跨越。对于软弱粘性土下部为不含水砂层时可采用砂桩及排水固结法。

一般情况下，高层建筑应采用整体性好、能满足地基承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。工程地质条件是选择基础类型的重要依据，对于一般场地，当建筑物不太高，地基土层承载力较高、压缩性低，或基岩就在地表时，可选择天然地基梁式基础或筏形基础；若地基下仍有一定厚度（3~5 m）粘土层时，应首先考虑箱型基础或筏形基础加大埋深，再考虑桩箱、桩筏以硬土层为持力层；场地地震基本烈度大于等于7度，浅部又存在可液化土层时，应采用桩基穿透可液化层，支承在非可液化土层中；当地基土承载力不足、土层厚薄不均、存在较大的地基沉降或不均匀沉降时，应选择与桩基组合成联合基础。

四、桩型选取

减少桩的传力途径，布置桩时尽量靠近柱墙等竖向承载构件。对于独立桩承台，一般来讲3~5桩承台经济性较好，承台过大导致承台高度增加，承台配筋加大。桩筏基础中，桩尽量布置在墙下，传力途径短，减小筏板厚度及配筋，经济效益明显提高。框筒结构中，筒体下部桩可采用大直径长桩减少筒体与框架部分的沉降差，从而提供经济性。根据场地土的地质条件及柱底荷载情况所以合理选择桩型及桩长至关重要。

五、综合使用成本的考虑

有时因工期及施工场地，施工条件的限制，要根据实际情况制定结构方案。比如说采用大板结构虽然造价有所提升，但是减少模板及人工用量且缩短工期。地下室顶板采用无梁楼盖有利于设备管道的铺设增加净高方便施工。梁布置时要综合考虑对设备管道桥架以及喷淋和楼层净高要求，梁方向与管道方向平行可以合理利用板与梁之间的空间利于管道铺设。工业建筑设计中建议提高活荷载设计值增加储备，略微提高造价但是为将来改变建筑物的使用功能留下余地。另外还要综合考虑建筑物后期维护及使用成本这些综合因素来制定结构方案。

结构工程师应对工程造价及工程量计算有一定了解，对建筑的成本构成做到心中有数，好钢才能用到刀刃上。

参考文献

[1]GB5011-2010 建筑抗震设计设计规范中国建筑工业出版社，2010

篇5

【关键词】筏板加柱墩 刚性柱墩 柔性柱墩

0前言

带地下室的多、高层建筑，是当今建筑工程中最为普遍的一种建筑形式，而基础设计在整个工程设计中，占有十分重要的地位。因此，寻找最佳的基础方案，在满足强度、变形的条件下，尽可能施工方便，经济指标合理，这是目前市场经济环境下工程师们追求的目标。在天然地基条件较好的情况下，带地下室的多、高层框架或框剪结构广泛采用独立扩展柱基加防水板的基础方案。独立扩展柱基，传力路径短，计算简捷；防水板主要起地下室抗浮、防水作用，是传统而又实用的方法。当上部荷载较大，采用独立扩展柱基无法满足强度及变形要求时，筏板基础就成为较好的选择；然而对于诸多高程结构，从经济性考虑，提出了带柱墩的筏板基础设计方法，这种基础形式是介于独立扩展柱基和带平托板筏板基础之间，既能充分发挥独立扩展基础和筏板基础的优点，又可以不设置褥垫层，便于施工，地下室底板也不需要像筏板基础那样厚度那么大，从而具有较好的经济指标。

1 柱墩的类型

柱墩根据刚性角分为柔性柱墩还是刚性柱墩，对于下柱墩，刚性下柱墩不能提高抗冲切能力，必须变刚性下柱墩为柔性下柱墩。刚性角的概念来源于非扩展基础。刚性柱墩即满足刚性角要求的柱墩，也即柱墩的宽高比小于等于1，若宽高比大于1就成柔性柱墩了，可以通过调节柱墩的宽高比实现刚性下柱墩变柔性下柱墩，从而提高基础板的抗冲切能力。另外，上下柱墩的宽高比界定是不一样的。上柱墩的宽度即柱墩宽度，上柱墩的高度实际上指的是柱墩本身的高度，不包括筏板厚度，对于下柱墩来说，宽度同上柱墩，但是高度指的是柱墩厚加筏板厚。所以往往会出现同样一个柱墩，当布置为下柱墩时，是刚性柱墩，但是布置为上柱墩时为柔性柱墩。

对于上柱墩，有效刚性角范围大，筏板底部钢筋受力直接，利用率高；基础底面建筑防水质量有保证，当顶部设置坡面时可适量节约混凝土，施工难度小，若设备管线可在房间中部穿行时，则相应土方量小，降水费用低；而对于下柱墩，有效刚性角范围小，筏板底部钢筋需多次锚固搭接，钢筋利用率低，受力不直接，基础底面建筑防水搭接量大，施工难度大、质量难以保证，当与底平形顶面标高相同时，混凝土用量及相应土方量可略有减少。

2 柱墩在pkpm中的布置及应用

工程师在布置柱墩的过程中，往往会由于筏板厚度的不同和抗冲切的要求，分为刚性柱墩和柔性柱墩；刚性柱墩对筏板内力计算影响，如果用户在基础交互建模布置了刚性柱墩，那么在筏板内力计算时不考虑它对筏板的影响，即桩筏筏板有限元程序在筏板内力计算时忽略刚性柱墩，但在筏板配筋计算时，程序将会剔除刚性柱墩范围内的内力值即仅选择柱墩范围外的内力值进行配筋，该计算方法简称刚法。柔性柱墩对筏板内力的影响：如果用户输入的柱墩为柔性柱墩，那么在桩筏筏板有限元计算中，程序将自动将其当作一块筏板进行有限元分析程序将自动将其当作一块变厚度筏板进行有限元分析，该计算方法简称柔法。

无论是刚性柱墩还是柔性柱墩，程序均在执行【柱冲切板】菜单时完成柱对柱墩，柱墩对板的冲切验算，并输出图形与文本文件。程序计算柱墩冲切时，按照《地基规范》规定进行冲切校核。程序对每组荷载效应基本组合进行计算、比较，得到最不利荷载效应组合值，然后根据柱、柱墩、筏板等尺寸进行校核。程序自动判断柱位置，区分中柱、边柱及角柱，当计算对有抗震设防要求的平板式筏基时，程序自动验算含地震作用组合的临界截面的最大剪应力，同时在验算时自动乘以抗震调整系数。

另外现有计算程序在进行带“柱墩”筏板的设计计算时，只考虑柱墩对柱根部位的抗冲切作用。因此，结构设计中应正确区别柱墩与变厚度筏板，一般情况下可按柱（或墙）下加厚板的宽度与其高度的比值进行计算来判别，当b1与h1数值相近或变厚度范围较小时，可判定为柱墩；当b1与h1数值大较多或变厚度范围较大时，可判定为变厚度筏板（图一）

3 结语

对于上部荷载较大，跨度较大的结构，筏板加柱墩无疑是比较经济的一种基础形式，但是由于柱墩形式的多样性，对于具体柱墩形式的选择，还应根据实际土方开挖和具体建筑功能选择上柱墩或者下柱墩，对于地下室筏板基础，除特别情况外，应做筏板下柱墩，以避免做筏板上柱墩时既多挖土，上柱墩之间又要回填土，当然，如果考虑地下室防水施工比较方便，加之地下室管沟基坑等实际情况，综合经济效益及实际情况可以选择上柱墩；对于非地下室筏板基础，宜做筏板上柱墩。板下柱墩不必非要做刚性柱墩，这样可减少柱墩厚度，减少降水量。板上柱墩高度受限时也可做柔性柱墩。总之对于柱墩形式的选择，必须根据实际工程实际情况具体分析，选择既安全又经济的方案。

参 考 文 献

[1] 建筑地基基础设计规范（GB50007―2011）. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

篇6

关键词：地下室结构设计 结构布置 地基基础

引言

地下室在民用建筑及办公建筑中应用越来越广泛，特别是高层建筑，由于埋深的要求普遍设置了地下室。地下室一般用于商业、地下停车库、人防等。地下室大部分采用框架Y构，顶板可以采用梁板形式、无梁楼板形式，基础多为筏板基础。本文结合自己的设计经历谈谈地下室结构设计中一些问题的处理方法和关键性问题的控制思路。

1.关于设计过程的沟通

设计不只是人与电脑的沟通，更是人与人沟通。当然这种沟通有对内的专业间沟通，有对外的和甲方、相关单位沟通，最终的目的是设计出合格的产品。所以设计过程的沟通是设计成功的关键，有的设计师只做自己的设计，这样是不对的。一个好的设计不是一个专业的设计，而是众多专业一起努力的结果。例如：结构梁布置直接影响设备管线的布置，所以如梁布置变化需跟设备专业及时沟通处理，避免后期返工增加没必要的工作量。同时如果设备专业管线标高、穿墙套管、穿梁套管等有调整也要及时通知结构专业修改。所以设计过程中参与设计人员要及时沟通配合。

2.地上主体建筑与地下车库的关系

地上建筑与地下室的连接主要跟二者基础埋深、相对位置等因素有关。大体上有两种即连成整体和设连通道脱开。前者主楼和地库间设置后浇带，车库作为主体的附建的一部分。优点是：流线比较直观、使用方便，可以直达地上，业主舒适度较高。从结构上又能节约侧墙长度，降低建设成本。缺点是主楼和车库间的后浇带对设计和施工质量要求较高，抗渗漏要求较高。第二种连接为通道连接，车库和主楼间设置连通道连接，交通便捷。车库往往在主楼间穿插设置，可能造成地库轮廓线多变，无形增加了外墙面积且转角多车位布置较，浪费面积较多。连通道处防水做法对施工亦有较高要求，抗渗漏较难。

3.地质勘察报告

地质勘察报告是地基基础设计的依据，设计人员应充分了解场地的土层分布、受力及变形情况。地质报告应对有无影响建筑场地稳定性的不良地质条件及其危害程度；建筑物范围内的地层结构及其均匀性，以及各岩土层的物理力学性质；地下水埋藏情况、水位变化幅度及规律，以及对建筑材料的腐蚀性；在抗震设防区应划分场地土类型和场地类别，并对饱和砂土及粉土进行液化判别；对可供采用的地基基础设计方案进行论证分析，提出经济合理的设计方案建议；提供与设计要求相对应的地基承载力及变形计算参数，并对设计与施工应注意的问题提出建议；设计人员根据地质报告选择合理的持力层，控制结构的变形和沉降。

4.净高和净宽的控制

净高直接影响结构层高，进而影响地库埋深，恰恰埋置深度是影响造价的关键因素，所以在尽可能的情况下，尽量降低层高。确定层高要充分考虑梁高、设备管线高度、使用功能要求等确定。汽车坡道、非机动车坡道出入口处净高必须认真复核，必要时梁需要上翻。净宽控制主要是单双车道净宽控制、车道转弯处净宽控制。

5.关于地下室设计的荷载

地下车库设计的荷载有使用荷载、水浮力、消防车荷载、人防荷载、景观荷载、施工活荷载等，消防车荷载不与消防车荷载、人防荷载、景观荷载、施工活荷载同时组合。同时根据结构梁布置情况、覆土深度等对消防车荷载进行折减。设计过程中需要跟景观密切配合，确定景观荷载大小和具置，不要景观荷载和消防车荷载满铺设计，这样会给设计带来较大的浪费，而且是没有必要的。

6.关于地下室结构构件的布置

地下室结构构件的布置需要根据荷载情况、使用功能合理设置水平和竖向构件。柱网的布置有大柱网、小柱网、大小柱网间隔布置等，大柱网视觉遮挡少，行车通畅，但经济性较差。小柱网可以降低层高、承载力高，经济效益明显。每种布置方法各有利弊，柱布置根据实际情况和甲方要求选用合理的柱布置方式。梁板布置形式主要有十字交叉梁、井字梁、单向双次梁、主梁+厚板、无梁楼板形式（空心楼板等）等形式，不同的布置形式有各自的优点，布置应根据荷载大小、功能要求、使用要求、变形控制条件等选择合理截面及相应的布置方式。合理的截面尺寸，既要考虑规范的构造要求又要考虑合理的配筋率。比如关于防水混凝土的最小厚度要求等，同时要考虑是否满足计算假定的要求，如地下室外墙一般按上部简支下端固定进行设计，那么外墙基础厚度是否满足计算假定，弯矩是否能有效的传递。

7.关于覆土厚度的确定

确定覆土厚度应考虑的因素，项目地点的冻土深度、场地周边的综合管网与车库关系、景观种植要求的土厚、水浮力和挖深的经济性比较、人防要求等，一般覆土厚度为0.8～1.5m。

8.关于地下室抗浮和防水设计

地下室抗浮和防水是设计的关键，对后期的正常使用至关重要。抗浮设计的关键是确定合理的抗浮设计水位，用于结构整体稳定计算及结构构件的设计计算。一般情况取历史最高水位或者室外场地以下0.5m，根据荷载和地质情况采取合理的抗浮设计。既要满足整体抗浮，也要复核局部抗浮问题。地下室防水包含底板、侧墙、顶板等，有桩时桩头的防水设计容易被忽略。施工单位的施工质量是防水的重要环节，而监理是这个环节中控制质量的关键。

9.关于地下室基础的设计

我国幅员辽阔，地质千差万别，不同地区地质条件各不相同。地基基础设计又是工程设计的重要组成部分，地基基础在工程造价中也占主要部分。地基基础设计应注重工程经验的积累，不能照搬照抄。所以设计的过程也是经验的积累过程，只有在设计中不断的提高和创新，才能设计出合理、经济的地基基础。关于地基基础主要控制如下几点：

9.1持力层的选择

需要考虑持力层和基础埋深的要求，在满足地基稳定和变形的前提下，基础尽量浅埋。而基础埋深又和以下因素有关：建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造；作用在地基上的荷载大小和性质；工程地质和水文地质条件；相邻建筑物的基础埋深；地基土冻胀和融陷的影响。

9.2地基基础设计等级

根据地基复杂程度，建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使作的程度，将地基基础设计分为甲级、乙级、丙级三个设计等级，设计地基基础前应确定地基基础设计等级。不同地基基础设计等级，对地基基础的设计有不同的变形控制要求。

9.3基础形式的选择

地基基础的形式有扩展基础、柱下条形基础、天然筏板基础、桩基础等，每种基础均有自己的有点和适应范围。实际中需要根据场地图层分布、荷载情况等选择合理、合适的基础形式。地下室的基础采用无梁楼板即厚板+柱帽的形式比较普遍，其优点是结构体系简单、整体性好、节省层高、自重大有利于抗浮、钢筋板扎方便、节省砖模板、施工进度快等。

结论

地下室设计是一个复杂的设计过程，需要各个专业的大力合作配合。合理的结构布置既是安全的保障也是经济性的关键。如何把结构设计得安全适用、经济合理是每个结构设计师的最终目标。以上是本人对地下室结构设计的一些心得和体会，可能还有许多不足之处，希望同行专家指正。

参考文献

[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011.

篇7

关键词：高层建筑；基础设计；地铁

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：

引言：

地铁已经成为现在大城市的主要交通工具，地铁隧道在城市地下穿行，难免会与建筑的基础发生冲突，本文将以一个靠近地铁隧道的高层建筑基础选型设计来分析，怎样做到既能保证建筑物的可靠性和经济性，又能保证地铁设施在建筑建成后其安全性不受到影响。

1.工程概况

本工程上部主体为4栋18~25层写字楼，根据地形设置两层全埋地下停车库和两层半埋地下停车库，地下室底板底面设计高程为25.000m。本文中以最靠近地铁隧道的B1栋的基础设计进行分析。其中B1栋为25层剪力墙结构，建筑总高度为83.900米，其基础离地铁隧道最近距离约为16m，如图1.1所示：

图1.1

地质概况：根据B1栋的地质勘查报告，拟建场地从上到下的土层分布情况如表1.1所示：

表1.1：

根据实际地质情况，本工程分别采用了素混凝土桩复合地基独立基础和大直径灌注嵌岩桩两种基础进行设计比较，并分别分析其对地铁隧道的影响。

2.两种基础形式的设计

2.1素混凝土桩复合地基独立基础

根据实际地质情况，本工程的岩层埋深较浅，地下室底板底面标高处的土层为强风化花岗岩，且其地基承载力为500kPa，考虑到希望能合理利用较稳定的强风化岩，但由于楼层柱底内力较大，需提高原地基土的承载能力，所以我们首先考虑采用复合地基独立基础。又考虑到复合地基基桩材料的易采购，所以采用了素混凝土桩对地基的承载力进行提高处理。

其中素混凝土桩基桩直径为500mm，混凝土等级为C35，基桩的单桩承载力为1500kN，桩长约11m，桩对地基土的置换率取8.7%。根据《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）》公式9.5.2：

f spk =m（R a/Ap）+β(1-m) f sk

计算得经过处理后的复合地基土承载力标准值为950kPa。利用PKPM设计软件对结构模型进行计算，并根据其计算出来的柱、墙底内力进行独立基础设置，其基础平面布置图如图2.1.所示：

图2.1

钻孔灌注桩基础

钻孔灌注桩是高层建筑中比较普遍采用的一种基础形式。其有承载力高、沉降量小和结构布置灵活等优点。且无论是设计还是施工工艺上，钻孔灌注桩已经是一种较为成熟的基础形式。

本工程中考虑到柱底内力较大，对钻孔灌注桩采用大直径嵌岩桩，桩直径及单桩承载力特征值详表2.2所示，桩端持力层为微风化花岗岩，桩长约12~18米。钻孔灌注桩基础布置图如图2.2所示。

表2.2

图2.2

3.经济性比较

3.1混凝土用量

3.1.1 混凝土桩复合地基独立基础的桩身和基础混凝土用量

桩径500mm，桩长取10m，根据图2.1所示，总桩数232根。

计算得到桩身总用混凝土用量为：501.1m3；

独立基础所用混凝土用量为：890.6m3

混凝土总用量为；501.1+890.6=1391.7m3

3.1.2 钻孔灌注桩基础桩身和承台所用混凝土用量

取桩长12m计算，根据桩基础布置图所示，桩径1000mm的1根；桩径1400mm的25根；桩径1600mm的8根

计算得：

桩身的混凝土用量为：664.26m3；

承台的混凝土用量为：380.46m3；

混凝土总用量：644.26+380.46=1044.72m³；

另底板厚度取600mm，因独立基础改成承台后底板所增加的混凝土用量为：153.04m3。所以计算得两种基础形式混凝土用量比较：

1391.7-1044.72-153.04=193.94m³

3.2 施工工期比较

根据现有普通施工工艺，每天机器的施工情况：复合地基素混凝土桩采用干作业旋挖孔灌注法施工，平均每天约可以施工5根。而大直径钻孔灌注桩由于需要穿过比较厚的强风化岩进入微风化岩作为持力层，所以每根桩的施工时间约为4天。计算得

复合地基的素混凝土桩单台机器所用工期约为：232÷5=46.4天

钻孔灌注桩单台机器所用工期约为：（1+25+8）*3=136天

综上比较所示，复合地基独立基础的混凝土用量比钻孔灌注桩的混凝土用量要多，但是复合地基独立基础的桩施工工期却远比钻孔灌注桩要多。由于现在工人工价普遍较高，工期长短就意味着需要支付的资金多少。况且现在的开发商为争取早日预售，工期越短对他们来说资金就越早得到回拢，正所谓时间就是金钱，所以采用复合地基独立基础比钻孔灌注桩更加有优势，且也更容易得到开发商的认可。

4.对地铁隧道影响作用比较

根据《广州市地下铁道保护区工程建设审批办法》，本工程在地铁控制保护区内，所以本基础方案需报到地铁保护办公室审批。其对设计提出了几点要求：

（1）新建的建筑物对地铁隧道所产生的附加应力不能超过20kPa；

（2）若采用端承桩，桩端应力扩散面与隧道的距离不小于3m；

（3）采用灌注桩时，不能采用冲孔成孔，禁止采用爆破冲击较大的施工方案等。

根据地铁保护办公室的要求和提供的相关信息，我们对前面提到的两种基础形式对地铁隧道产生的影响进行比较：

4.1 复合地基基础对地铁隧道的附加应力

取靠近地铁的B1-A轴独立基础看作一个矩形的均布荷载，利用boussinesq法求解独立基础下地基土的附加应力：σz=αc0计算见图如图4.1所示

图4.1

如图所示，基础角点离地铁最近距离为15.4m，地铁隧道顶面标高为-2.54m。利用boussinesq查表法，查《建筑地基基础设计规范》（GB 5007-2011）附录K表求得独立基础通过复合地基对地铁隧道的总附加应力为σz=20.24kPa。

4.2钻孔灌注桩对地铁隧道的影响

当采用12m桩长的灌注桩，利用以上同样方法计算得离地铁隧道最近的承台对隧道的附加应力为σz=8.2Kpa.

分析表明，复合地基基础对隧道的附加应力比灌注桩的要大，且处于地铁保护办公室提出限值20kPa的临界点，所以复合地基独立基础的方案没有获得地铁保护办公室的审查通过，并提出建议采用端承灌注桩基础。

另对端承灌注提出桩长除了满足入岩深度要求外，还需加长到满足桩端应力扩散面与隧道的距离不小于3m的要求，并且不能采用冲孔成孔。

5.结论

通过对复合地基独立基础和钻孔灌注桩基础这两种基础形式的比较：

（1）经济性方面，虽然钻孔灌注桩所用的混凝土用量少，但由于其所需施工工期相对于复合地基独立基础较长，所以往往不容易被开发商作为首选的方案。

（2）对地铁隧道的影响来说，复合地基独立基础对地铁隧道的附加应力明显比钻孔灌注桩基础要大，考虑到应该保证地铁设施的安全性，所以最终采用了钻孔灌注桩的基础方案。

随着今年的地铁项目高速发展，有关于地铁的工程事故也时有发生，然而地铁作为城市的主要交通工具，关系到人民利益和人身安全。所以在实际工程设计中，当所设计的项目工程与公共设施发生冲突时，我们必须综合考虑，选取较合理的方案，以保护公共利益和人民的人身安全。

参考文献：

[1] JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范[S] 北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]GB 5007-2011 建筑地基基础设计规范[S] 北京：中国建筑工业出版社，2011.