高层建筑基础工程1绪论

1、1第一节第一节 高层建筑中基础工程的地位高层建筑中基础工程的地位什么是高层建筑？什么是高层建筑？高层建筑有哪些特点？高层建筑有哪些特点？高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题有哪些？有哪些？绪 论2国外：国外： 美国规定：高度美国规定：高度H25m， 层数层数N7； 英国：英国：H24.3m； 法国：居住建筑：法国：居住建筑：H50m； 其他建筑：其他建筑：H28m； 日本：日本：H31m，N8；绪论什么是高层建筑？什么是高层建筑？3国内：国内： 高层民用建筑设计防火规范高层民用建筑设计防火规范（GB5004595）规定：规定： N10居住建筑；居住建筑； H24m公共建筑。公共

2、建筑。绪论什么是高层建筑？什么是高层建筑？4国内：国内： 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程（工规程（JGJ3-91）规定：规定： N8民用建筑。民用建筑。绪论什么是高层建筑？什么是高层建筑？5国内：国内： 高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ-2002）总则：总则： “本规程适用于本规程适用于10层及以上或高度超层及以上或高度超过过28m的非抗震设计和设防烈度为的非抗震设计和设防烈度为6-9度的抗震设计建筑度的抗震设计建筑”。绪论什么是高层建筑？什么是高层建筑？6联合国科教文组织所属的世界高层建筑联合国科教文组织所属的世界高层建筑委员会

3、建议，将高层建筑分为四类：委员会建议，将高层建筑分为四类： 第一类：第一类：N916，H50m； 第二类：第二类：N1725，H75m； 第三类：第三类：N2640，H100m； 第四类：第四类：N40，H100m；绪论什么是高层建筑？什么是高层建筑？7高层建筑有哪些特点？高层建筑有哪些特点？绪论8中银大厦总高： 369m地上： 70层建成于： 1990年 9国际金融中心总高：420m地上： 88层建成于：2003年10中环广场总高：374m地上： 78层建成于：1993年1112台北101总高：508m地上：101层地下： 5层13全球最高建筑前20位排名 排名 建筑名称 层数 高度（米）

4、竣工年份1： 台北 台北101 101 508 2004 2： 吉隆坡 佩特纳斯大厦 88 452 1996 (双子星) 3： 芝加哥 西尔斯大厦 108 443 1974 4： 上海 金茂大厦 88 421 1998 5： 香港 国际金融中心 88 415 20036 ：广州 中信广场 80 391 19977： 深圳 地王大厦 69 384 19968： 纽约 帝国大厦 102 381 1931 9： 香港 中环广场 78 374 1992 10： 香港 中国银行大厦 72 369 1990 11： 杜拜 阿联酉首领塔 54 355 2000 12： 高雄 东帝士大厦 85 347 199

5、7 13： 芝加哥 阿摩珂大厦 83 346 1973 14： 香港 中环中心 79 346 1998 15： 芝加哥 约翰-汉考克大厦 100 344 1969 16： 杜拜 阿拉伯塔酒店 60 321 1999 17 ：纽约 克莱斯勒大厦 77 319 1930 18： 亚特兰大 国家银行广场大厦 55 312 1992 19： 洛杉矶 第一洲际世界中心 75 310 1990 20： 吉隆坡 电信大厦 55 310 2001 14高层建筑高层建筑有哪些特点？有哪些特点？1.1.高度高，本身的刚度大；高度高，本身的刚度大；绪论问题：稳定性问题（整体倾斜）、沉降差问题：稳定性问题（整体倾斜）

6、、沉降差问题问题15高层建筑高层建筑有哪些特点？有哪些特点？2.2.质量大，即垂直荷载大；质量大，即垂直荷载大；总重：数万吨数十万吨总重：数万吨数十万吨绪论问题：地基承载力问题问题：地基承载力问题16高层建筑高层建筑有哪些特点？有哪些特点？3.3.深度大，常有多层地下部分；深度大，常有多层地下部分；绪论问题：降水措施、基坑的支护防护措施。问题：降水措施、基坑的支护防护措施。17高层建筑高层建筑有哪些特点？有哪些特点？4.4.环境效应问题；环境效应问题；绪论问题：噪声污染、泥浆护壁时的污染；施问题：噪声污染、泥浆护壁时的污染；施工完成后的采光问题等。工完成后的采光问题等。1819高层建筑高层建筑

7、有哪些特点？有哪些特点？5.5.造价高，工期长；造价高，工期长；绪论一般箱形基础和筏板基础：一般箱形基础和筏板基础：费用：费用：10%10%20%20%工期：工期：20%20%25%25%桩基：桩基：费用：费用：20%20%30%30%工期：工期：30%30%40%40%20地基的选择问题地基的选择问题绪论高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题21高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题绪论比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m， 塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.51360

8、1360：再复工，至再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工动工原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，模量较低，层，模量较低，变形较大变形较大。1590:1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 22高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题绪论比萨斜塔1838-1839

9、1838-1839：挖环形基坑卸载挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理基坑防水处理 基础环灌浆加固基础环灌浆加固19901990年年1 1月月: : 封闭封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重加固塔身，用压重 法和取土法进行地法和取土法进行地 基处理基处理目目 前前: : 已向游人开放。已向游人开放。 处理措施23高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题绪论虎丘塔问题：问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达顶离中心线已达2.31m2.31m，底层，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险塔身发生不少裂缝，成为危

10、险 建筑物而封闭。建筑物而封闭。概况：概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7层，高层，高47.5m47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生产生不均匀沉降不均匀沉降。处理：处理：在塔四周建造一圈桩排式地下在塔四周建造一圈桩排式地下 连续墙并对塔周围与塔基进行连续墙并对塔周围与塔基进行 钻孔注浆和打设树根桩加固塔钻孔注浆和打设树根桩加固塔 身，效果良好。身，效果良好。242.2.强度和变形问题强度和变形问题绪论高层

11、建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题强度强度 地基承载力地基承载力 竖直承载力竖直承载力 水平承载力水平承载力变形变形 地基沉降地基沉降 （不均匀沉降）（不均匀沉降）25高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题绪论加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况

12、：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。26高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题绪论加拿大特朗斯康谷仓 处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个50t50t千斤顶以及支撑系统，把仓体逐渐纠正过来，其千斤顶以及支撑系统，把仓体逐

13、渐纠正过来，其位置比原来降低了米。位置比原来降低了米。 原因：原因：地基土事先未进行调查，地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。载力应用到此谷仓。19521952年经勘察试验与计算，地年经勘察试验与计算，地基实际承载力小于破坏时基实际承载力小于破坏时的基底压力。因此，的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动破坏而滑动。2653失事后1913.10.181952.10.5 试验孔填土褐色粉质粘土灰色粉质粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 试验孔

14、27高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题绪论阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：地震引起大面积砂地震引起大面积砂土地基液化后产生土地基液化后产生很大的侧向变形和很大的侧向变形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重物倒塌或遭到严重损伤损伤 液化：松砂地基在振动荷载作液化：松砂地基在振动荷载作用下用下丧失强度变成流动状态丧失强度变成流动状态的的一种现象一种现象283.3.基坑开挖与支护问题基坑开挖与支护问题绪论高层建筑的主要岩土工程问题高层建筑的主要岩土工程问题29303132334.4.地基基础上部结构共同作地基基础上部结构共同作用问题用问题绪论高层建筑的主要岩土

15、工程问题高层建筑的主要岩土工程问题34一、高层建筑基础工程的特点一、高层建筑基础工程的特点绪论第二节第二节 高层建筑基础工程的高层建筑基础工程的特点及类型特点及类型35绪论 工程比较重要且造价比较高，能否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，这需要有较大的经济效益和潜力，这需要更准确可靠和工程地质勘察资料和更准确可靠和工程地质勘察资料和更全面深入的分析比较。更全面深入的分析比较。 对地基承载力的要求比较高，即除对地基承载力的要求比较高，即除了垂直荷载比较大以外，还要考虑了垂直荷载比较大以外，还要考虑抵抗水平风荷载或地震

16、荷载作用以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。及上部结构的整体稳定性。高层建筑基础工程的特点高层建筑基础工程的特点36绪论3. 对地基的不均匀沉降比较敏感，地基对地基的不均匀沉降比较敏感，地基的受压层比较深。需要更准确的变形的受压层比较深。需要更准确的变形指标和计算方法。指标和计算方法。4. 基础埋深或要求处理的深度比较大，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，良影响，必须采取严密的防护措施，这些措施与现有的施工条件、设备、这些措施与现有的施工条件、设备、材料的关系十分密切。材料的关系十

17、分密切。高层建筑基础工程的特点高层建筑基础工程的特点37绪论 交梁式条形基础交梁式条形基础 又称十字交叉条形基础又称十字交叉条形基础 。 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 图图1十字交叉条形基础十字交叉条形基础 38绪论2.筏板基础筏板基础 又分为：又分为： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 平板式筏板基础平板式筏板基础 墩板式筏板基础墩板式筏板基础 局部加厚筏板基础局部加厚筏板基础 加厚板肋带筏板基础加厚板肋带筏板基础 39绪论平板式筏板基础平板式筏板基础 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 注：板厚一般为注：板厚一般为1.02.5m 40绪论局部加厚筏板基

18、础局部加厚筏板基础 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 41绪论墩板式筏板基础墩板式筏板基础 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 42绪论加厚板肋带筏板基础加厚板肋带筏板基础 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 43绪论筏板基础适用范围：筏板基础适用范围： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 常用于常用于15152020层高层建筑层高层建筑 ，若地基较好，可适当增加层数。44绪论3.箱形基础箱形基础 组成：组成： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 钢筋混凝土底板钢筋混凝土底板 顶板顶板 纵横交错的隔墙 45绪论箱形基础箱形基础高层建筑基础工程

19、的类型高层建筑基础工程的类型 46绪论箱形基础特点：箱形基础特点： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 自身刚度大，可减少不均匀沉降； 地下空间可作为地下室； 大部分为补偿式基础，即使建筑物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）。为什麽？ 47绪论箱形基础箱形基础高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 48绪论补偿式基础 ： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 全补偿式基础 实际压力等于水土合重欠补偿式基础（部分补偿式基础），实际压力大于水土合重49绪论3.桩基础桩基础 特点：特点： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 承载能力大；承载能力

20、大； 能抵御复杂荷载；能抵御复杂荷载； 适应各种地质条件，尤其是软弱地基上的高层。 50绪论桩基础桩基础 形式：形式： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 按工艺及材料来分：按工艺及材料来分： 预制钢筋混凝土桩；预制钢筋混凝土桩； 灌注桩；灌注桩； 钢管桩。 51绪论桩基础桩基础 形式：形式： 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 据传力及作用性质分来分：据传力及作用性质分来分： 端承桩端承桩 ； 摩擦桩 。52绪论桩基础桩基础高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 53绪论高层建筑基础发展趋势：正从单一型向复高层建筑基础发展趋势：正从单一型向复合型转变。合型转变。 发

21、展过程发展过程比如：比如： 桩筏基础 ； 桩箱基础等； 高层建筑基础工程的类型高层建筑基础工程的类型 54一、上部结构与基础和地基共同一、上部结构与基础和地基共同作用的概念作用的概念绪论第三节第三节 高层建筑基础设计方高层建筑基础设计方法的进展法的进展 55绪论 三者工作性状（变形或应力）不仅取决于三者工作性状（变形或应力）不仅取决于荷载大小和分布，更取决于三者抵抗度形荷载大小和分布，更取决于三者抵抗度形的总刚度及相互关系。的总刚度及相互关系。56绪论 共同作用分析：即把三者看作整体，共同作用分析：即把三者看作整体，彼此协调，满足变形协调的条件下的彼此协调，满足变形协调的条件下的整个系统的变形

22、和内力。整个系统的变形和内力。 问题：高度超静定，只有借助电问题：高度超静定，只有借助电子计算机才可以实现子计算机才可以实现 57绪论分为三个发展阶段：分为三个发展阶段：1.不考虑共同作用阶段 ；2.基础与地基两者共同作用阶段；3.上部结构、基础与地基三者共同作用阶段。 二、发展过程二、发展过程58绪论1.不考虑共同作用阶段不考虑共同作用阶段 发展过程发展过程方法方法 ： 结构力学的方法结构力学的方法 5960绪论 不不考考虑虑共共同同作作用用阶阶段段 发展过程发展过程61绪论2.基础与地基两者共同作用阶段 发展过程发展过程方法方法 ： 先不考虑上部结构，求出桩底先不考虑上部结构，求出桩底固端力。在