高層建筑的地基結構范文

時間:2023-12-07 17:49:26

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高層建筑的地基結構

篇1

關鍵字:高層建筑;框架結構;半解析法

引言:

我們處于一個科學進步,不斷變更的時代,科學的不斷進步,經濟的快速發展,城市的不斷更新以及變遷,促使了房地產業的不斷發展,這樣在全球范圍內,內陸城市的高層建筑已經成為很常見的事物。因為高層建筑不同于其他的建筑物,在建筑的結構以及框架上都有著很大的不同,尤其是在傳力、抗震、抗側剛度以及發揮材料特長等方面可以帶來很強大的優越性選擇,并要求可以有著很好的技術經濟指標的指引。

基于上述原因,我們知道了在高層建筑結構中框架的設計以及研究有著重要的地位以及應用。但是,我們知道,對于框架結構與基礎地基的共同工作在學者以及施工者那里是比較不成熟的。大多數都是根據以往的經驗在進行施工。這樣筆者經過實際的考察就要為我們的框架結構找到一種可以簡單化的,具有效率的整體設計以及初步設計。另外,筆者在文章中主要將高層框架結構與其基礎等效連續化為一個半無限大彈性地基上的薄壁筒,并以此三維模型,用半解析法分析計算受靜力作用的高層框架結構與其基礎地基的共同工作。希望通過一些結論和研究,可以幫助后來者進行研究和施工。

一、研究原因

我們的建筑業在改革開放之后有著十分迅速的發展,因為城市的迅速擴張,我們的高層建筑變得十分的普遍并被我們接受。另外,我們知道在高層和超高層建筑結構的選型由于巨型框架結構在傳力、抗震、抗側剛度和發揮材料特長等方面具有很強的優越性,且具有良好的技術經濟指標,這就是說,我們的巨型框架結構是有著很大的優勢和特點的,并在高層建筑的結構設計中扮演了十分重要的角色。

在我們國家,上海證券大廈就是采用了這種結構,并用了半解析靜力上的分析的運用。立足于國外,日本東京 NEC 辦公大樓等也是很好的例證。但是,返回到實際,我們國家在空間巨型框架結構的研究上處于剛剛起步的階段,這些對于我們的高層建筑框架結構與基礎地基共同工作的半解析靜力分析有著很好的借鑒作用,作為一些珍貴的文獻參考。因為此原因,本文立足于找到一種優化的,簡便的,方便的建筑學分析方式,致力于研究高層建筑空間巨型框架結構與其基礎等效連續化為一個半無限大彈性地基上的加勁薄壁筒組合體,并以此三維模型,用半解析法分析計算了受靜力作用的超高層建筑空間巨型框架結構與其基礎地基的共同工作。

二、框架結構的分析模型

筆者經過研究將用一種一體化的模式進行研究,這種研究主要將地基、基礎、上部結構結合起來,作為一體化的工作進行,致力于形成一種三維一體化模型,并在此技術上來研究和分析。

第一,作為地基。我們在分析的過程中要將某種綜合等進行一種靈活的,具有彈性的處理方式。簡單的說,就是要做到具體問題具體分析。最終使得基坑底以及坑壁等效成為千差萬別的,各不相同的半無限彈性體。進而,我們將地基劃在建筑中的上部結構,但是,在實際的施工中,地基這一重要組成部分是一種上部結構向下伸展泥塑,的。所以,對于上部結構來說,我們在分析的過程中,要注重利用剛度等效原理將其等效連續化成閉口薄壁截面筒,這樣做就是要達到一種簡化的效果,尤其體現在對三維模型的應用和設計上。

第二,我們將對以上的研究進行數學模型的推導致力于做到很好的分析效果。應該說在地基中存在著半無限大彈性地基,在該種地基的推到中,該地基的閉口薄壁筒在靜力作用下共同工作的數學模型時,應該看到由其建立起的數學模型要取縱向節線的未知函數為基本未知量,進而數字和曲線沿著周線的趨勢作者半離散方向的散化。但是,我們要找到節線和其他節線之間的插值函數。因為這個數值使得全體結構的位移場表示做出了準確的函數集合的表示.接下來,我們就十分輕松的根據勢能駐值原理得到這個結構處于荷載作用和效用中的一個完整的數學模型以及方式和方法。

第三,在前兩點的基礎上,我們可以根據靜力作用以及原理的作用下,將共同工作所體現出的數學模型進行科學的,客觀的數學推導,也即是控制方程的推導。

最終通過函數以及線性代數得出一些比較有意義的推導以及結論。

三、高層建筑框架結構與基礎地基共同工作的半解析靜力分析結論

以下是高層建筑框架結構與基礎地基共同工作的半解析靜力分析的幾點結論,具體如下。

第一,什么因素對于側移以及沉降有著深遠的影響?答案一定是

是地基與基礎的相對剛度。但是,我們在施工的過程中可能會出現地基的剛度和基礎剛度有著不明顯的變化的時候,這種情況對于側移以及沉降就顯得很小,在這個時候,我們能夠按照剛性地基驚醒施工。

但是,如果出現了地基以及基礎的剛度和上部結構出現了很大的距離以及計算值的時候,我們要將這種情況歸結于剛性地基以及剛性基礎進行規劃和處理。最后,我們可以知道這些情況得出的結論和圣維南原理是有著異曲同工之妙的。也就是:地基剛度大小對上部結構應力的影響范圍只局限于基礎結構附近。

第二,在基礎底部的某些角點處有著地基的最大正應力的存在。這也就證明了我們在施工的過程中,上部結構中的最大正應力是存在于正應力以及基礎結構的角點處,由此看來,應力的分布情況和情形和剪力滯后有著很明顯并且直接的聯系,并且相互作用。

第三,為什么高層建筑的主樓頂部筒壁的縱面內會出現很大的剪應力?主要原因是因為剪力滯后與截面翹曲。但是,在實際的工作中,我們的施工者以及規劃者會發現最大縱向翹曲存在于基礎底部而不是在樓頂。這樣看來,我們要不斷的在分析設計中增加剛度較大的筒帽的設置,這樣可以不斷的使得高層建筑結構的側移以及頂部翹曲的情況逐漸的減少。

最后,我們在高層建筑框架結構與基礎地基共同工作的半解析靜力分析中要注重一點,那就是上部結構和基礎的連接處永遠都是上部結構最大剪力存在的地方。可是這也不是一沉不變的,因為隨著位置的變化,最大剪力位置由于基礎剛度的增加成負相關的方向發展。

結束語

本文致力于對高層建筑框架結構與基礎地基共同工作的半解析靜力進行一種詳細的分析,致力于得到有益的結論,比如:地基與基礎的相對剛度存在的影響性;基礎底部的某些角點處有著地基的最大正應力的存在;剪力滯后與截面翹曲的影響;上部結構和基礎的連接處永遠都是上部結構最大剪力存在的地方等等。所以,在高層建筑流行的時代為高層建筑的設計與發展貢獻自己的力量,也請各位專家、老師以及學者進行多多指正,我會在今后學習的道路上不斷的研究和進步。

參考文獻:

1龔耀清. 彈性地基上高層建筑結構及半解析法研究[D]. 北京: 清華大學, 1999.

2袁駟. 介紹一個常微分方程邊值問題通用程序―COLSYS[J]. 計算結構力學及其應用, 1990(2):

3包世華, 龔耀清. 超高層建筑巨型框架的簡化分析[J]. 工程力學, 2002(增刊(I)):

4趙西安, 徐培福. 高層建筑建筑結構的選型構造及簡化計算[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 1992.

篇2

關鍵詞:地下室,大底盤,多塔樓,高層建筑,結構設計

中圖分類號:TU318文獻標識碼: A 文章編號:

一、帶地下室大底盤多塔樓高層建筑結構的特點

1.1、結構延展性方面

相對低層建筑,帶地下室大底盤多塔樓高層建筑結構應該延展性更強一些,可以地震中有更大的變形空間。為了讓帶地下室大底盤多塔樓高層建筑在塑型后仍然永遠非常強的變形能力,避免崩潰,特別是需要在結構上進行適當的措施,保證結構有足夠的延展性。

1.2、水平荷載方面

首先,因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值,僅與樓房高度的一次方成正比;其次,對某些建筑物的高度,垂直載荷是大幅常數,作為風荷載和地震行動的橫向負載,它具有因結構動力特性不同而產生很多波動的動態性變化。

1.3、軸向變形方面

帶地下室大底盤多塔樓高層建筑往往垂直負荷值較高,可能會導致很大的軸向變形,繼而影響連續梁彎矩,造成連續梁負彎矩值降低,跨中正彎矩之和端支座負彎矩值提高。

1.4、抗震設計方面

抗震設計除了要考慮具有高抗震性以外,還應該將正常使用的垂直載荷,風荷載等因素計算在內,于此同時保證結構本身具有良好的抗震性能,確保小震不損、大震不塌。

二、帶地下室大底盤多塔樓高層建筑施工設計中常見問題

2.1、上部結構塔樓對于大底盤地下結構剛度較大、基底反力均勻、荷載不均勻和基礎底板的不均勻變形等設計不當的情況會引起基礎開裂等現象。例如,某個高層建筑大廈的梁板式筏基出現開裂,導致建筑底板防水作用失效;國貿二期建筑工程中的底板出現裂縫,導致防水作用失效。

2.2、由于大底盤多塔樓高層建筑在豎直方向的應力比較大,尤其是荷載不均勻,經常出現不均勻沉降問題。目前來看,解決大底盤多塔樓高層建筑不均勻沉降的方法主要有:第一,設置沉降縫;第二,設置施工“后澆帶”,當沉降基本穩定之后再澆筑“后澆帶”混凝土。

三、帶地下室大底盤多塔樓高層建筑設計原則

3.1、選擇合理的計算簡圖

所謂計算簡圖,就是指將構件及支撐按結構力學進行簡化,用點、線描述構件受力情況和穩定狀況的圖形。在計算簡圖的基礎上,對帶地下室大底盤多塔樓高層建筑結構設計進行計算,如果計算簡圖的選擇不合理,會造成結構不合理,容易出現由于結構不合理而發生安全事故。所以,要保證建筑結構設計的安全,必須選擇合理的計算簡圖。此外,為了保證計算簡圖的安全,在實踐中,我們需要采取相應的構造方法。在實際的結構設計中,其結構節點不僅僅局限于鋼節點或者鉸節點,盡量減小誤差,將計算簡圖盡量控制在規范的規定之內。

3.2、選擇合理的基礎設計

在進行基礎設計選擇的時候,需要按照高層建筑的地質條件進行。并且,對帶地下室大底盤多塔樓高層建筑上部的結構類型與荷載分布進行綜合分析,同時對施工條件以及相鄰建筑物的影響進行全面的考慮,在綜合分析和考慮的基礎上選擇科學合理的基礎方案。需要注意的是,基礎方案的選擇需要使地基的潛力能夠得到最大的發揮,如如果必要的話,可以對地基變形進行檢測。

3.3、選擇合理的結構方案

合理的結構方案必須滿足帶地下室大底盤多塔樓高層建筑設計的結構形式和結構體系的要求,并盡量經濟合理,以最少的花費獲得最佳的結構設計方案。受力在明確、傳力簡單是結構體系的基本要求,在相同的結構單元中,應該選擇相同的結構體系。選擇合理的結構方案的時候,需要分析地理條件、工程設計需求、施工條件、施工材料等等,在對這些指標進行綜合分析的基礎上進行結構選擇,以確定最佳的結構方案。

四、帶地下室大底盤多塔樓高層建筑設計要點

4.1、帶地下室大底盤多塔樓高層建筑上部結構的嵌固端

從結構設計的角度來看,因為大底盤是塔樓的嵌固端,每個塔樓在水平方向與豎直方向荷載的作用下可以看做是相互獨立的,所以對于結構內力的分析可以分開進行。在這種情況下,塔樓上部的結構通常采用常規設計方案,不需要進行特別討論。在進行大底盤結構的內力分析時,則必須要進行整體計算,但是由于塔樓的側向剛度和底盤的側向剛度相比較是較小的,因此上部的每個單個塔樓在水平地震力的作用下,對離塔樓位置比較遠的大底盤構件所產生的影響是非常小的,在這種情況下,分析大底盤結構的構件內力時,可以不考慮多塔樓上部對大底盤造成的影響。

以珠三角某住宅小區為例,這個住宅小區的地下2層是地下車庫,地下1層是自行車、摩托車等小型交通工具車庫,上面部分的四棟樓層高度為11層,采用的結構形式是短肢剪力墻,抗震等級為三級,外部框架的抗震等級是四級,地震力的加速度是0.05g,場地屬于Ⅳ類類別,地基基礎設計是丙級。如下圖所示:

這個住宅建筑的地下部分抗側剛度比較大,屬于典型的大底盤多塔樓結構。所以,在建筑結構設計的初期,就應該先對多塔樓的嵌固端作分析,本工程在計算過程中采用的是SATWE計算軟件,計算結果顯示本工程大底盤層各個方向的抗側剛度是:RJX=2.8728×106(kN/m),RJY=7.5715×106(kN/m),建筑上面塔樓一層各個方向的抗側剛度是:RJX=3.5866×106(kN/m),RJY=2.6456×106(kN/m),數據表明,建筑下部大底盤層和上部塔樓一層相比抗側剛度要大很多,所以,把大底盤頂層的樓板設計成建筑上部多塔樓的嵌固端是完全可以的。

帶地下室大底盤多塔樓高層建筑結構體系的主要特點有:在多棟獨立高層建筑的底部有一個連成整體的大裙房,也就是形成的大底盤。大底盤多塔樓高層建筑結構屬于豎向的不規則結構;當大底盤上有2個或者是多個塔樓的時候,它的結構振型復雜,同時還會產生復雜的扭轉振動,所以如果結構布置的不恰當合理,就會使豎直方向剛度發生突變,扭轉振動反應與高振型影響也會隨之變得更加嚴重。

4.2、帶地下室大底盤多塔樓高層建筑上下部結構的共同作用

在設計的時候,要考慮上部結構與下部結構(也就是地基)之間的共同作用。對于荷載情況、建筑體型、地質條件和結構類型進行綜合的分析,以確定合理且有效的建筑措施、結構措施以及地基處理的方法。在同一個整體的大面積基礎之上建設多棟高層建筑,沉降計算時要考慮上部結構、地基和基礎的共同作用。在柱下條形基礎的計算時,若是在較均勻的地基上,荷載分布較均勻,上部結構剛度也較好,并且條形基礎梁高度不小于1/6的柱距時,則地基反力可以按照直線分布,條形基礎梁內力可按連續梁來計算,這時邊跨跨中彎矩和第一內支座彎矩值應乘以1.2的系數為宜;若是地基土較均勻和上部結構剛度較好,平板式筏基板厚跨比或梁板式筏基梁的高跨比不小于1/6,并且相鄰柱荷載與柱間距的變化不超過20%的時候,其筏形基礎可只考慮局部彎曲的作用。筏形基礎內力,應按照基底反力直線分布來進行計算,在計算時,基底反力要扣除底板的自重與其上填土的自重。

當不滿足上述的要求時,筏基內力應按照彈性地基梁板的方法進行分析。

4.3、抗震等級設計

(1)當主樓為框架-剪力墻結構時,其抗震等級不應低于主樓剪力墻的抗震等級;裙房框架的抗震等級不應低于主樓框架的抗震等級。

(2)當主樓為剪力墻結構,裙房為框架結構時,可取裙房結構的抗震等級不低于主樓剪力墻的抗震等級。

(3)主、裙樓不分開,主樓采用剪力墻結構,裙房采用框架結構時,裙房屋頂上一層以上部分可按房屋高度為H的剪力墻結構確定剪力墻的抗震等級。確定裙房高度范圍內主樓的抗震等級時,應考慮裙房的影響,如:主樓的剪力墻結構、裙房的框架結構,并不能直接按剪力墻結構確定剪力墻的抗震等級,而應該根據裙房面積的大小綜合確定主樓的架構形式及相應剪力墻的抗震等級。

五、結束語

近年來,帶地下室大底盤多塔樓高層建筑已經越來越受到人們的關注,并且被廣泛的應用。我國雖然地大物博,但是人口眾多,所以人均土地占有量非常少,隨著經濟的發展,大量的農村人口涌向城市,這樣土地資源就變得緊缺,大底盤多塔樓高層建筑在很大程度上緩解了土地使用的問題,與此同時,大底盤多塔樓高層建筑結構也存在一定的問題,這就需要設計及施工人員相互配合,避免出現質量隱患。

參考文獻

[1] 朱炳寅;建筑結構設計回答及分析;中國建筑工業出版社;2009

[2] 常麗華;高層結構嵌固端的選擇與抗震性能分析[J];山西建筑;2010

篇3

【關鍵詞】 高層建筑;地下室結構;嵌固位置;加強區高度

建筑工程;地下室結構設計;結構平面設計;抗震設計

目前城市土地資源日益緊缺,建筑及城市交通有逐漸向地下發展的趨勢。然而,建筑由于其功能和結構本身的需要,大多設置了地下室。設置地下室對高層建筑有減少地震作用對上部結構的影響、提高地基土的承載力等諸多優點。地下室設計的合理與否將直接影響高層建筑的正常使用與造價。本文對高層建筑地下室的設計關鍵點進行討論,供工程設計參考。

1 設置有地下室的高層建筑的嵌固位置

鋼筋混凝土高層建筑在進行結構分析之前,必須首先確定結構嵌固端所在位置,其直接關系到計算模型與實際受力狀態的符合程度。目前實際工程中大多數單塔或多塔高層建筑都帶有面積較大的地下室以及層數不多的裙房,而且裙房可能相連形成大底盤。《建筑抗震設計規范》規定高層建筑地下室在滿足一定條件下,地下室頂板可以作為上部結構的嵌固端。在確定帶地下室的高層建筑嵌固位置時需要特殊注意以下幾點:

(1) 地下一層結構的樓層側向剛度應不小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍。結構層側向剛度可近似按等效剪切

剛度計算,即:

(1)

式中,G0、G1分別為地下一層及地上一層的混凝土剪切模量;Ao、A1分別為地下~層及地上一層豎向結構構件的總折算受剪面積;Aw 為沿計算方向地上一層或地下室范圍地下一層的抗震墻全部有效截面面積;Ac為地下一層或地上一層全部柱截面面積;ho、h1分別為地下一層及地上一層的層高。

注意對“側向剛度的2倍”的要求可以理解為有效數字滿足2倍,即地下室結構的樓層側向剛度不小于相鄰上部樓層側向剛度的2倍。還要注意的是“地下室結構的樓層側向剛度”指結構自身剛度,不考慮土對地下室外墻的約束作用。

(2) “應采用現澆梁板結構,其樓板厚度不宜小于180mm,混凝土強度等級不宜小于C30,應采用雙層雙向配筋,且每層每個方向配筋率不宜小于0.25%”。對樓蓋結構形式、樓板厚度以及配筋提出詳細要求。相對梁板結構而言,無梁樓蓋結構平面外剛度較小,難以符合剛性樓板假定的基本要求,因此,作為上部結構嵌固部位的地下室頂板,主樓范圍以及與之相連裙房地下室頂板的相關范圍應采用現澆梁板結構,無地上結構的地下室頂板其它位置可采用無梁樓蓋結構。對于地下室形成大底盤結構而言,其中的“相關范圍”指距主樓兩跨且不小于15m范圍。其具體范圍見圖1。

圖1 大底盤結構嵌固位置樓蓋體要求

(3) 計算多塔大底盤地下室結構樓層剪切剛度比時,大底盤地下室的整體剛度與所有塔樓的總體剛度比應滿足上述(1)中剛度比的要求,而且每棟塔樓范圍內(塔樓周邊向外擴出與地下室高度相等的水平長度)的地下室剪切剛度與相鄰上部結構塔樓剪切剛度的剪切剛度比不宜小于1.5。

(4) 單層地下室建筑宜選擇基礎底板作為結構嵌固端。選擇基礎底板作為結構嵌固端,可以充分利用基礎的“無限剛”的假定,也為首層樓面的靈活造型創造條件;即使是首層樓面有大開洞,或者選用無梁樓蓋,都不影響計算的準確性,但是地下室作為抗爆級別較高的防空地下室時,其頂板與墻體通常具有作為結構嵌固端的剛度,此時可取其作為上部結構的嵌固端。

(5) 當不能滿足嵌固在地下室頂板的要求時,可按嵌固在基礎頂部設計。B級高度高層建筑不宜嵌固在基礎頂部。而且在設計地下室結構時不考慮地下室結構水平地震作用降低系數。

2 設置有地下室高層建筑抗震墻底部加強部位高度

根據《建筑抗震設計規范》(2010版)的規定,有抗震設防要求的設置有抗震墻的高層建筑,抗震墻底部都要求設有底部加強區,其目的是在加強區范圍內采取增加邊緣構件的箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強措施,避免脆性的剪切破壞,改善整個結構的抗震性能。其規定為:①部分框支抗震墻結構的抗震墻:框支層以及以上兩層,落地抗震墻總高度的1/8取以上兩者較大值。② 帶大底盤的高層以及裙房與主樓相連的高層:取地下室頂板以上抗震墻總高度的1/8,向下延伸一層到地下一層。高出大底盤頂板或裙房頂板至少一層。③其它結構抗震墻:抗震墻總高度的1/8,底部兩層;取以上兩者的較大值。

另外,有關抗震墻高度《抗震規范》并未明確規定,而底部加強區高度又和抗震墻高度有很大關系,故工程中很難操作,又如在建筑中設置半截高度抗震墻時,抗震墻高度取值明顯不合理。考慮到實際存在的回填土對地下室結構的約束作用等因素,建議采用房屋高度代替抗震墻高度確定底部加強部位高度,這樣概念清晰,便于操作。抗震墻底部加強區高度具體見圖2。

圖2 抗震墻結構底部加強區高度

3 高層建筑地下結構的抗震等級

(1) 當地下室頂板作為上部結構嵌固端時,地下一層的抗震等級應與上部結構相同,地下一層以下抗震等級可逐漸降低一級;對于標準設防類(丙類)建筑,6、7度時不宜低于四級,8度時不宜低于三級,九度時不宜低于二級;對于重點設防類(乙類)建筑,6度時不宜低于四級,7度時不宜低于三級,8度時不宜低于二級,9度時應專門研究。地下室中無上部結構部分,可根據具體情況采用三級或四級。除九度外,上部結構以外范圍較大的地下室結構可采用三一四級.

(2) 當地下室不能作為上部結構的嵌固端而需嵌固在地下其它樓層時,實際嵌固部位所在樓層以及以上的地下室樓層(與地面以上結構相對應的部分)的抗震等級,可取為與地上結構相同。嵌固部位以下可按上述(1)采用。

(3) 當地下室為大底盤其上有多個獨立塔樓時,若嵌固部位在地下室頂板,地下一層高層部分以及受高層部分影響范圍以內部分的抗震等級應與高層部分底部結構抗震等級相同。地下一層其余部分以及地下二層以下各層抗震等級可以按照上述(1)方法確定。當地下一層受高層部分影響范圍在規范沒有確定前,設計可以按照工程具體情況考慮取一倍主樓對應尺寸和基礎埋深較大值。具體抗震等級的確定見圖3。

圖3 高層建筑地下室抗震等級示意

4結束語

篇4

關鍵詞:高烈度地區;高層建筑結構;抗震設計;

中圖分類號:TU97 文獻標識碼:A 文章編號:

伴隨著我國高層建筑的不斷發展,建筑結構中常用的結構主要是型鋼混凝土結構以及鋼結構,這是做為建筑高抗震要求的首選結構材質。混合框架核心筒結構是由型鋼框架、混凝土核心筒組成的一種具有多道抗震防線的高層結構體系。這種結構體系,不僅結構傳力路勁明確,并且利用了外框柱的軸向剛度來提高結構的整體抗側剛度[1]。某商務大廈就采用了型鋼框架—混凝土核心筒結構,結合其實例探討高層結構抗震設計目標以及抗震概念設計扥。

一、高烈度地區高層建筑結構抗震設計目標以及抗震概念設計

高層建筑的抗震要求是根據地區以及建筑結構特點來進行規定的,對于非抗震地區,在一般情況下,滿足抗震設防。近幾年來,隨著高層建筑的不斷發展,由于地震給人的生命安全以及財產安全帶來一定的破壞,因此,做好抗震設計在高層建筑中是尤為重要的。

1、高層建筑結構抗震設計目標

高層建筑進行結構分析以及設計,主要目標就是使設計的高層建筑結構在強度、穩定性、剛度、延展性以及耗能能力等方面達到最佳效果,最終實現:“小震不壞,中震可修,大震不倒”的目的[2]。

2、高層建筑結構

(1)結構材料以及體系的選擇

高層建筑使用的材料應該具有材質輕、密度大以及強度高的特點,這樣一來,構造的建筑才有連續性、整體性以及延展性,將建筑結構的整體強度發揮出來,最終提高防震的功效。

到目前為止,鋼結構以及型鋼混凝土結構在抗震方面有很強的作用,做為高層建筑抗震要求的首選結構材質,另外,其他的建筑結構也可以用于對抗震要求不高的高層建筑中,在選擇結構材料以及體系時,應該堅持經濟度比較高并且符合抗震性能的原則[3]。傳統意義上的抗震結構體系主要是依靠結構的整體承載力以及變形能力來吸收以及消耗地震的能量,從而使建筑物免于過重的損毀。高層建筑在設計中應該注重整體性,豎向剛度分布均勻,保證必要的承載力,避免震后倒塌。本工程采用的就是型鋼框架-混凝土核心筒結構,避免了結構豎向構件的轉換,滿足了建筑立面效果以及使用要求。

(2)場地的選擇

高層建筑的建設場地包括場地的土質以及穩定性。在建造高層建筑之前,應該進行實地勘探,檢測該地區的土質情況,以及該地區的地震動向,地下巖層結構等等。根據這些因素進行綜合評價,從而得出準確的場地數據。如果遇到不適合建造高層建筑的場地,應該采取回避的措施,給出恰當的危險性評價,從根源上杜絕出現由于地面的震動而摧毀地基的現象。

(3)建筑結構的規則性

建筑結構的規則性對于抗震作用比較大,不規則的建筑結構不利于抗震。因為建筑結構具有規則以及對稱的剖面結構,地震對建筑物帶來的搖晃有一定的支撐作用,從而起到很好的抗震效果。從建筑豎向剖面理論來說,豎向抗側力構建的截面尺寸以及材料強度應該自下而上的逐漸減少,這樣就能夠避免測力結構的承載力突變。因此,對于沒有特殊要求的高層建筑物,應該盡量避免過于規則的結構組成,不能一味的追求其視覺效果,更多的注重抗震要求。當然,對于有特殊要求設計成不規則的高層建筑,在進行建筑結構的設計時,應該使用計算機進行模擬,近乎準確的模擬出結構與地震水平之間的作用,從而采取預防措施,相應的做出內力調整,盡量避免出現結構薄弱層,對于薄弱環節應該采取強力有效的抗震措施進行彌補,最終提高整體的抗震能力。根據抗震概念設計,本工程的建筑平面形狀規則,平面荷載和剛度分布均勻,豎向抗側力構件連續貫通,結構側向剛度從下至上逐漸減小,沒有出現豎向薄弱層。

(4)多道防震體系

一般情況下,一次地震不會造成持續的震動,但是可能會造成接連不斷的余震,盡管強度不大,但是從持續時間以及反復次數上來說,在一定程度上對建筑物造成不同程度的損壞。高層建筑物只是采取單體的結構,一旦遭遇到破壞時就會難以應付接踵而來的持續余震,最終導致建筑物坍塌。針對此種現象,就必須設立多道防震體系。設立多道防震體系,及時第一道防震線被摧毀,還有第二道以及第三道防震線,就能夠很好的躲避反復的余震帶來的破壞,大大的降低了危險指數,增加了抗震能力[4]。

二、高烈度地區高層建筑結構抗震設計中應重視的幾個問題

由于本工程屬于高烈度地區,且結構高度接近規范所規定的A級高度鋼筋混凝土高層建筑限值,結構承受的地震力很大,要使結構彈性層間位移角能夠滿足規范要求,并且具有足夠的結構剛度,所以結構構件的截面尺寸較大,為了有效地控制構件截面尺寸,提高建筑空間的使用率,結構底部采用強度等級較高的C60混凝土,從下往上依次遞減至C30。在工程的設計應該注意以下幾個方面。

1、控制結構超限現象以及相關的解決措施

高層建筑結構超限符合以下幾個條件:①房屋高度99.900米,未超過《高層建筑混凝土結構技術規程》中規定的鋼筋混凝土部分框架核心筒結構房屋最大使用高度A級最大高度100米的限值;②標準層在水平地震考慮質量偶然偏心作用下,結構樓層的扭轉位移比大于1.2,屬于扭轉不規則平面以及結構;③局部層樓存在凹凸不規則現象。

控制結構超限的措施:對于結構薄弱位置,在框架柱內設置型鋼,提高其承載力以及抗震安全性;控制結構扭轉比,使結構樓層的扭轉位移比小于1.2[5];對于個別墻柱按照中震彈性以及小震計算結果進行包絡設計,滿足中震彈性的抗震性能目標;依次類推,標準層的個別墻柱則按照中震計算結果,滿足中震不屈服的抗震性能目標;根據彈塑性實程分析結果,連梁以及框架梁出現彎曲塑性鉸,梁端塑性鉸在各個樓層分布較為均勻,反應歷程中最大層間位移角小于1/120,滿足規范要求。

2、剪力墻連梁抗震設計的要求以及措施

高層建筑物的連梁在水平方向的作用下產生的破壞有兩種,分別是延性以及脆性破壞。當連梁出現延性破壞時,就會使的梁端有垂直裂縫的產生,在地震力的沖擊下,就會產生交叉裂縫,同時產生塑性鉸,增加了建筑的變形,造成結構的剛度下降。當連梁出現脆性破壞時,就失去了承載力,在沿墻全部連梁產生脆性破壞時,各個墻肢就會失去了連梁所起到的約束作用,于是變成了獨立墻。

根據強剪弱彎的設計原則對連梁與墻肢進行設計,這種結構與懸臂段(墻)相比較而言,延性會更好以及更科學,當連梁比較強從而構成整體墻時,應當注意加強各懸臂墻接近塑性鉸區的設計。當連梁存在很大的跨高比就容易產生剪切破壞,這時應該根據多道設防的原則,設立一些獨立墻,從而有效的抵抗地震力的沖擊。

剪力墻連梁抗震設計措施:①調整連梁剛度折減系數:對內力以及位移進行計算時,對豎向與水平的荷載效應下兩種情形進行區別對待。在水平荷載效應下,可以折減連梁的剛度系數,例如:當出現作用力時,折減系數應該大于或者等于0.50;在豎向荷載效應下[6],不需要折減連梁的剛度系數,通過利用支座彎矩調整的幅度來降低連梁支座的彎矩。②調整連梁跨高比:在設計連梁時,可能會遇到剛度折減之后連梁的正截面仍然承受剪承載力不足的現象,這時就需要增加洞口的寬度,減低高度。所調整的幅度應該小于或者等于20%[7],并且連梁必須符合強剪弱彎的規定。③其他措施:設置水平縫形成雙連梁、連梁內設置交叉暗撐、采用型鋼混凝土連梁、調整連梁的內力以及增加連梁延性等[8]。

三、結束語

高烈度地區的高層建筑結構設計應該根據當地的實際條件,采取合理的措施進行設計。根據前文所闡述的高層建筑結構抗震概念設計規則,與其他的建筑結構相比,采用型鋼混凝土或者鋼筋混凝土結構,有著比較大的抗震效果。同時,在高層建筑結構的抗震設計中應該綜合考慮其結構超限以及剪力墻連梁抗震設計等方面,由于剪力墻的連梁受到很多因素的影響,連梁的內力以及自身的剛度都與抗震能力相關,因此,在設計時,應該進行綜合的考慮,將相互影響的因素進行協調,從而制動出科學合理的抗震設計方案。

參考文獻:

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[6]楊宇.高層住宅剪力墻結構抗震設計要點[J].建筑設計管理.2010,(03).

篇5

關鍵詞:高層建筑;地下室結構;優化設計

Abstract: In recent years, with the rapid development of city land resources and China's economy more nervous, utilization of underground space becomes more and more large. But the basement project involves building, structure, equipment, air defense and other professional; need to cooperate with each other in various professional in the basement design process. This paper mainly analyzed and discussed the optimization design of a high-rise building basement structure.

Key words: high-rise building; basement structure; optimization design

中圖分類號:[TU208.3]文獻標識碼:A文章編號:

1高層建筑地下室結構設計要點分析

地下室處于室外地面以下,因為地下室側墻有極大的剛度且地下室與上部結構為整體,一般情況地下室可作為上部結構的嵌固端。在建筑首層以下建造地下室,可以提高建筑用地效率。一些高層建筑基礎埋深很大,充分利用這一深度來建造地下室,其經濟效果和使用效果俱佳。地下室的類型按功能分,有普通地下室和防空地下室。按結構材料分,有磚墻結構和混凝土結構地下室。按構造形式分,有全地下室和半地下室,地下室頂板的底面標高高于室外地面標高的稱半地下室,即室內外高差的平均高度大于該房間平均凈高1/3,且小于等于1/2者。這類地下室一部分在地面以上,可利用側墻外的采光井解決采光和通風問題。地下室頂板的底面標高低于室外地面標高的,稱為全地下室。地下室一般由頂板、底板、側墻、樓梯、門窗、采光井等組成,其中地下室的頂板采用現澆或預制混凝土樓板,板的厚度按首層使用荷載計算,防空地下室則應按相應的防護等級的荷載計算。在地下水位高于地下室地面時,地下室的底板不僅承受作用在它上面的豎向荷載,還承受地下水的浮力,因此必須具有足夠的強度、剛度、抗滲透能力和抗浮力的能力。地下室的外墻不僅承受上部的垂直荷載,還要承受土、地下水及土壤凍結產生的側壓力,因此地下室墻的厚度應按計算確定。地下室的門窗與地上部分相同。當地下室的窗臺低于室外地面時,為了保證采光和通風,應設采光井。采光井由側墻、底板、遮雨設施或鐵箅子組成,一般每個窗戶設一個,當窗戶的距離很近時,也可將采光井連在一起。地下室的外墻和底板都深埋在地下,受到土中水和地下水的浸滲,因此,防潮防水問題是地下室設計中所要解決的一個重要問題。一般可根據地下室的標準和結構形式、水文地質條件等來確定防潮、防水方案。當地下室底板高于地下水位時可做防潮處理。當地下室底板有可能泡在地下水中時應做防潮防水處理。

2 高層建筑地下室結構設計應注意的問題

2.1、防水問題。高層建筑地下室結構的防水設計其核心就是要最終澆筑成的結構混凝土達到設計強度,滿足抗滲、抗侵蝕,結構致密且無有害裂縫。混凝土是多孔材料,僅僅通過石子的連續級配、提高水泥用量和砂率、加入有機硅或減水劑等來減小混凝土的空隙和毛細孔隙,以提高混凝土的抗滲性往往得不到令人滿意的效果,這是由于忽視了混凝土的致命弱點——收縮。盡管混凝土很致密,但干縮和冷縮(溫差收縮)很容易使混凝土結構產生裂縫,從而破壞結構的整體防水功能。隨著混凝土外加劑應用技術的發展,混凝土防水技術又上了一個新臺階,尤其是補償收縮防水混凝土的出現,較好地克服了普通混凝土抗拉強度低,極限拉應變小的缺陷。

2.2、抗震要求。如果地下室的抗震設計不當,對整體抗震性能會產生較大影響,對于半地下室的埋深,應大于地下室外地面以上的高度,才能不計其層數,總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結構的墻柱要協調統一。

2.3、地下室抗浮問題。在實際的地下室抗浮設計過程中往往只考慮正常使用極限狀態,對施工過程和洪水期重視不足,因而會造成施工過程中由于抗浮不夠出現局部破壞。另外,實際中在同一整體大面積地下室上建有多棟高層和低層建筑,而地下室面積大,形狀又不規則,加之局部上方沒有建筑,此類抗浮問題也相對比較難以處理,須作細致分析處理。

3高層建筑地下室結構的優化設計

3.1、地下室結構的防水設計。地下結構混凝土滲漏問題始終是防水工程施工的技術難點,二次結構又是防水工程技術難點的關鍵,提高地下結構混凝土自防水能力是防水混凝土施工過程中必須解決的關鍵技術問題。混凝土應分層分段澆筑,減少由于不必要間隙縫和漏振造成的混凝土不密實。首先,施工縫處澆注混凝土時,界面處要用與原混凝土相同水灰比的水泥砂漿進行處理,界面處浮碴要清除干凈。其次,混凝土應采用機械振搗,要振搗充分以保證混凝土的密實性,在邊梁、中梁處要從側面插入振搗,在鋼筋密集的地方使用直徑35mm的細棒振搗,在梁與板結合部位還應進行二次振搗,防止由于截面變化和混凝土收縮引起的開裂。在規范允許的條件下,盡量采用較大粒徑級配連續的骨料配制混凝土,實踐證明,采用較大粒徑的骨料配制同樣強度的混凝土,在水灰比相同的條件下,水泥用量可減少40kg-50kg,用水量也會相應減少。混凝土升溫的熱源是水泥水化熱,設計中建議應選用中低熱的水泥品種,可減少水泥水化熱,降低混凝土溫升。

3.2、地下室外墻設計。地下室外墻所承受的荷載分為水平和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結構的樓蓋所承受的荷載和自重;水平荷載包括地面活載、側向土壓力和地下水作用。風荷載或水平地震作用對地下室外墻平面內產生的內力較小。在實際工程設計中,豎向荷載及風荷載或地震作用產生的內力一般不起控制作用,墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產生的彎矩確定,而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用,僅按墻板彎曲計算彎曲的配筋。

3. 3、荷載取值。豎向荷載有上部及各層地下室頂板傳來的荷載和外墻自重;水平荷載有地坪活荷載、側向土壓力、地下水壓力、人防等效靜荷載。主要由垂直墻面的水平荷載產生的彎矩確定,而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用,僅按墻板彎曲計算彎曲的配筋。除了計算外墻承載能力極限狀態還應作正常使用極限狀態下裂縫驗算。

3. 4、防裂設計。要防止地下室裂縫,采取的主要措施:補償收縮混凝土,即在混凝土中滲入UEA、HEA等微膨脹劑。以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。

參考文獻:

1.馮雪;高層建筑地下室結構設計分析[J];民營科技;2011年07期

篇6

關鍵詞:高層建筑;人防;地下室;結構設計

隨著我國經濟的迅猛發展,我國城市建設的成果日益顯著,高層建筑的頻繁出現對于人們而言已經不足為奇。然而,城市建設的快速推進使得城市的空間越來越小,人們逐漸將城市建設的重點轉向城市的地下空間。城市地下空間的研究開發不僅是城市發展的需要,更是保障人民生命財產安全的需要,一旦遇到緊急狀況,城市地下空間如人防地下室將成為人們避災躲難的主要場所,因此,建設好高層建筑的人防地下室具有非常重要的經濟意義和現實意義。

1 基本概念及主要特點

1.1 基本概念

所謂人防是指人民防空,而人民防空的主要任務就是根據實際的國防需要,組織人民群眾應對相關危機,從而減少人民生命財產的損失。在進行人防地下室的結構設計時,我們主要需要考慮到平戰轉換的要求、應對常規武器及核武器爆炸動荷載的作用。人防地下室的建造旨在當發生戰爭或者其他險情時能夠減少人民生命財產的損失,為了不影響人民正常生活及國家經濟的發展,人防地下室的建造還要考慮到戰時和平時的不同荷載的轉換。因此,在進行人防地下室結構設計時,主要需要考慮人防地下室主體結構設計、隔墻設計及孔口防護的設計等三個方面的內容。其中,人防地下室的主體設計主要含有對頂板、底板及外墻的結構進行設計,而隔墻則需要對相鄰人防單元及普通的地下室的隔墻等結構進行設計,而孔口防護的設計則是包含了消波系統及人防出入口的設計。

1.2 主要特點

很多人由于對人防地下室的不了解而將人防地下室與普通地下室混為一談,認為二者沒有什么區別,實則不然。一般而言,普通的地下室大多是充當儲物及應對一般險情的作用,而人防地下室則是更多的考慮到應對戰時的情況,尤其是武器爆炸的動荷載問題。這種動荷載能夠在瞬間產生巨大的數量,但是存在時間不長而且是不斷的減弱的,屬于偶然性荷載,這是武器爆炸所特有的荷載類型,而人防地下室的建造能夠很好的應對這一類荷載。因此,相對于一般的地下室而言,人防地下室具有其自己的特點:首先,根據其應用的主要環境,人防地下室的結構設計的可靠度要低于一般的地下室,其鋼筋混泥土延性構建的失效率高達6.1%,遠要高于一般地下室的0.069%;其次,相對于一般地下室的結構構件而言,人防地下室的鋼筋混泥土結構構件能夠按照彈塑性工作狀態來進行設計,這樣一來不僅能夠使得人防地下室能夠在爆炸后承受更高爆炸動荷載保障人民生命財產安全,還能夠在相關材料上有較大的選擇空間,具有非常高的社會經濟價值。此外,由于人防地下室關系到廣大人民群眾的生命財產安全,因此人防地下室的結構設計相對于一般地下室而言具有更高的要求,建造的過程也更為嚴格,在相關建造材料的選擇上的要求都比一般地下室要高。另外,人防地下室主要是考慮應對武器爆炸的動荷載作用,因此要對其結構動力進行分析,這一分析能夠用靜力計算方法進行分析,并對其結構的承載力進行分析判斷。最后,在進行高層建筑人防地下室結構設計時還應該充分考慮到期戰時和平時的荷載轉換問題,要根據人防地下室地面上的建筑高度制定相應的荷載量,來應對緊急狀況。

2 實例工程概況

通過相關資料的查閱及分析,筆者選取了一棟12層的高層建筑進行相關分析。該建筑位于較為繁華的市區,人口居住較為密集,建筑只有一層地下室,而且地下室的面積大概為2300m2,其中有效的人防面積大約為1800m2,是為戰時準備的一個人防地下室。該地下室平時主要的作用是作為車庫使用,而在特殊情況時則能夠作為二等人員庇護中心,最大的庇護人數大約為1000人,這一人防地下室屬于甲類核6級、常6級,在該工程中,忽略上層建筑對防空地下室頂板的影響,本工程主樓內的頂板區隔最大短邊凈跨小于9m,覆土的厚度大約為0.3m,主樓外單層地下室的附圖厚度約為1.0m,最大短邊凈跨小于4.5m。其人防分區的示意圖如下所示:

3 結構設計

3.1 主體結構設計

建立電算模型:采用PK-PM軟件設計本工程梁、板等部分構件,建立電算模型是以建筑專業提供材料后為前提,主要分為兩個步驟:第一點,因為本工程屬于附件式人防工程,所以需要與主樓的設計相適應,在以足人防為前提之下,人防地下室的豎向承重構件應該與主樓一致。在主樓結構電算模型的基礎上添加如口部、車道布置等的人防結構構件,然后再在荷載輸入菜單中布置各房間的人防等效荷載和恒活荷載。第二點,先確定電算參數,首先在PMCAD的“本層信息”中填入鋼筋強度和板厚、混凝土等相關信息,然后在“設計參數”中逐個填寫結構體系、地下室層數、梁柱保護層厚度和地震信息等,最后應用SATWE進行結構內力分析計算后就可以得到相關的梁配筋結果。再來分析計算結果,若結果顯示梁超配筋。則可通過增加梁的寬度和高度來調整,也可以提高鋼筋混凝土的等級來修正,最后是外墻、臨空墻、人防底板等構件的設計,外墻除了要承受水平壓力外,還有武器爆炸所產生的動荷載,所以需要根據最不利的荷載工況來決定是否施加人防荷載并設計,如果不考慮人防荷載,則按照彈性板設計,并驗算撓度和裂縫,如果考慮人防荷載,則按照塑性板設計,不驗算撓度和裂縫。

3.2 人防口部設計

人防口部設計包括防護密閉門與消波系統的設計、出入口通道內臨空墻與門框墻的設計、孔口構件設計。開敞式通道只考慮靜土側壓力,防倒塌棚架的設計分豎向和橫向兩項,豎向力和橫向力存在時間間隔,所以不用考慮兩者同時作用的情況。消波系統主要由擴散室和防爆波活門組成,其各部分尺寸由《規范》確定,擴散室前墻為臨空墻活門傳來的荷載和墻面的荷載一般按照臨空墻等效靜荷載標準取值,其他可按土中壓縮波壓力決定;臨空墻可按照一般墻體進行計算,門框墻按懸臂梁計算。由于人防工程在戰時承受較為復雜的爆炸荷載,再來人防工程的特殊性,所以容易出現設計誤差。

4 總 結

隨著城市的高速發展,城市建筑的高度越來越高,單位面積居住的人數也越來越多,因此對于危機的應對要求也越來越高。人防地下室作為戰時人民生命財產的重要庇護所,對其結構設計進行研究具有非常重要的意義。只有樹立一種危機意識,才能夠在危機發生之時將損失將為最低。

參考文獻

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篇7

關鍵詞:深基坑;逆作法;施工流程

中圖分類號:TV551.4 文獻標識碼:A 文章編號:

高層建筑通常位于建筑物稠密地帶或者地皮較貴的市區,一些地下配套設施(如地下室、停車場、中央空調機房等)往往是必須的。有了這些設施也就有了多層地下結構,隨著人們對地下設施的要求越來越多,就勢必造成基坑的加深。高層建筑深基坑也就為工程技術人員提出了許多新的課題。筆者依據深基坑工程實踐經驗總結新的支護方法,以保證深基坑施工的安全,降低深基坑工程費用,縮短工程施工周期。

1 我國深基坑工程的特點及其存在的問題

1.1深基坑工程的特點分析

當前,深基坑工程的特點主要包含以下幾個方面:(1)深基坑工程具有很強的區域性,深基坑開挖要因地制宜;(2)深基坑工程具有很強的個性;(3)深基坑工程具有很強的綜合性,深基坑工程涉及土力學中強度、變形和滲流等基本課題需要綜合處理;(4)深基坑工程具有較強的時空效應,深基坑的深度和平面形狀,對深基坑的穩定性和變形有較大影響;(5)深基坑工程具有較強的環境效應,深基坑工程的開挖,必將對相鄰建筑物、構筑物及市政地下管網產生影響,所以應注意其環境效應;(6)深基坑工程具有較大工程量及較緊工期;(7)深基坑工程具有較大的風險性,(8)深基坑工程具有較高的事故率,安全度的隨機性較大,事故的發生往往具有突發性。

1.2深基坑工程存在的問題分析

目前深基坑工程的設計和施工也存在不少問題,主要問題概述如下:

(1)深基坑技術有待發展和提高:深基坑工程以深、大、復雜為特點,地下水位相對較高,深基坑工程施工工藝的改進等問題,有待進一步的研究。

(2)深基坑工程設計質量較低:一些部門認為深基坑工程是施工部門的事,無需設計資質,設計院及巖土工程部門介入較少,設計大多由施工單位自己去完成,但由于大多施工單位的設計人員技術水平限制,設計參數取值、力學計算之法無章可循,使一些工程隱患不可避免的存在,導致發生嚴重工程事故。

(3)質量檢驗不完善:深基坑工程的質量檢驗、驗收的方法無章可循,給深基坑工程的質量監督和質量評價帶來困難,且目前還沒有針對深基坑工程的特點建立其竣工驗收的質量管理體系。

(4)不注重工程勘察:深基坑工程的工程勘察工作十分重要,但許多勘察單位常常忽略對基坑周邊環境地質的勘察,專門針對深基坑工程的地質及水文地質的勘察力度不夠,以至于給設計和施工帶來隱患。

2 逆作法施工方式概述

2.1逆作法的基本概念

逆作法被應用于建筑工程施工中已近幾十年之久。逆作法就是帶有多層地下室或深基坑的建(構)筑物的施工過程中,采用支撐柱及地下連續墻的支持作用,首先澆灌頂板結構,其次澆灌地下空間的樓板、梁、剪力墻,最終澆灌底板而同時仍進行上部結構施工的一種與正常施工順序截然相反的施工技術。如今,逆作法是施工高層建筑多層地下室和其他多層地下結構的有效方法。

2.2逆作法的分類

按挖方時是否同時澆灌地下室各樓層板,逆作法施工可分為四種:全逆作法、半逆作法、部分逆作法、分層逆作法。而全逆作法施工方式按施工導柱及導柱基礎的形式,又可大致分成五類:①利用深基礎的逆作法②利用大直徑墩的逆作法③利用灌注樁的逆作法④承托主體結構的逆作法⑤懸吊施工法。

2.3逆作法施工的特點

相對傳統施工方法,逆作法施工具有以下幾方面的優點:1)消耗社會資源少;2)簡化施工程序,減少了支模工料;3)可以縮短工程的總工期,降低工程的總成本,受周圍環境及季節影響小;4)可節省地下室外墻建筑防水層費用;5)周邊的地下連續墻既可作擋土截水結構,又可作為地下工程的外墻,降低成本;6)可最大限度利用城市規劃紅線內的地下空間,增加地下室建筑面積;7)支護體系就是永久性地下室,剛度大,挖土過程變形小,環境安全更有保障;8)逆作法施工只開挖有效范圍內的土方,與傳統大開挖相比減少了土方工程量和運輸量;9)逆作法克服了傳統開挖施工的缺點,避免了大基坑長時間暴露而導致邊坡風化的弊病。

4深基礎逆作法的施工流程及其技術分析

4.1深基礎逆作法的施工流程

逆作法施工流程的設計應綜合考慮工程的具體條件和要求、主體結構形式、施工的可操作性等多方面的因素,其工藝流程根據工程的實際情況,可按照先地下,后地上。地下部分采用逆作法施工,頂板以上部分按常規從下而上順序施工,在地下部分主體結構施工完成之后,上下部可以同時進行施工。以帶三層地下室的高層建筑為例,施工流程如下圖所示:

4.2建筑深基礎逆作法的關鍵施工技術分析

4.2.1工程樁、地下圍護樁施工

1)嚴格按照施工圖紙及建設單位移交的控制點,準確地放線及復核,經建設單位、監理單位驗收后,方可開挖樁身土方。

2)澆注護壁時,先抽干孔內積水,用敲擊模板或用鋼釬搗實混凝土,發現護壁有蜂窩,漏水現象,及時堵塞或導流,防止地下水通過護壁流入孔內,確保混凝土質量和施工安全。

3)灌注樁身混凝土時,混凝土料必須通過串筒輸送,并在離灌注面高度2m以內方可下料,混凝土表面積水深度不得超過50mm,否則應設法將積水排除后才能繼續混凝土施工,施工過程邊灌注邊用振動棒振搗密實,確保混凝土的密實度。

4)矩形孔樁,樁頂設計標高處的混凝土強度必須確保滿足設計強度的要求(小低于C35混凝土),樁頂設計標高處不得有浮渣,在地下室頂板施工時,首先鑿除樁頂浮渣至設計標高,并檢查樁頂混凝土的密實性,如發現有浮渣、蜂窩、麻面現象,或混凝土達不到設計強度時,必須先將這部分混凝土鑿除后方可施工地下室頂板及樁頂冠梁。

4.2.2錨桿與噴錨支護施工

1)鉆孔要保證位置正確,要隨時注意校正好錨孔位置及角度,防止參差不齊和相互交錯。

2)鋼筋使用前要檢驗各項性能指標符合設計,同時檢查有無油污、銹蝕等情況,如有不合格的應進行更換或進行技術處理。

3)拔出鉆桿、錨桿就位之后,雖然伸縮段的外套留在孔內暫時不會輕易坍孔,但間隔時間亦不能過長,以防錨固段坍孔或流砂涌入管內造成堵塞,影響錨桿的注漿質量。

4)注漿前用水引路、潤濕,并檢查輸漿管道,注漿后及時用水清洗攪漿、壓漿設備,注漿后自然養護不少于7d,待強度達到設計強度等級的70%以上時,始可進行張拉工藝施工,在灌漿體硬化之前,不能承受外力或由外力引起的錨桿移動。

4.2.3施工監測

深基坑在施工期間至地下室完成階段,均應由基坑監測資質單位進行支護施工監測,并根據監測數據資料改進施工,保證支護結構的安全。監測內容主要重視以下幾點:

1)根據工程需要合理布置沉降、位移觀測點和測斜孔。

2)測斜孔用鉆機成孔,與基坑邊線的水平距離保持約1.5m。

3)測斜管埋置及安裝要求是:鉆孔――清孔――安裝測斜管――灌注水泥凈漿,測斜管的導槽應力求垂直于支護結構面。

4)觀測周期:沉降和位移觀測在基坑開挖期間應每天不少于1次,地下室施工期間每周不少于2次,測斜在基坑開挖期間每周不少于1次,地下室施工期間每2周不少于1次。

根據工程基坑逐次的監測數據,繪制基坑支護頂部水平位移變化量曲線圖和沉降量觀測曲線圖,從圖中得出基坑支護的水平位移、沉降量的發生情況,根據監測數據及監測結果研究分析,并對施工質量作出相應的評價。

5 結束語

目前逆作法施工已經日趨成熟,“逆作法”在工程實踐中也取得了良好的效果。但因為逆作法施工工藝要求高,結構復雜,實際施工過程中很難做到理想化,工作人員要根據具體情況采取靈活的措施來綜合處理。

參考文獻

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關鍵詞:高層建筑;結構特點;基礎結構設計

0.引言

高層建筑結構設計越來越成為高層建筑設計工作的難點與重點,給工程設計人員提出了更高的要求。在高層建筑結構設計中,基礎設計極其重要,扎實、適用的基礎,是確保高層建筑質量的關鍵所在。在進行高層建筑結構設計時,要結合當地情況,考慮好可能存在的一系列影響因素,把基礎設計做好。本文就高層結構設計的特點、設計原則以及基礎的結構設計中存在的幾個問題進行探討。

1.高層建筑結構設計特點

1.1水平荷載成為決定因素

首先,數據顯示樓房自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值僅與樓房高度的一次方成正比,而水平荷載對結構產生的傾覆力矩,以及由此在豎向構件中引起的軸力與樓房高度的兩次方成正比。因此,水平荷載對高層建筑穩定性的影響作用是很大的。

1.2軸向變形不可忽視

高層建筑中,豎向載荷很大,能在柱中引起較大的軸向變形,對連續梁彎矩產生影響,造成連續梁中間支座處的負彎矩減小,跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大;此外還會對預測構件的下料長度產生影響,要求根據軸向變形計算值,對下料長度進行調整;另外對構件剪力和側移產生影響,與考慮構件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結果。

1.3側移成為控制指標

與低層或多層建筑不同,結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加,水平荷載下結構的側向變形迅速增大,與建筑高度H的4次方成正比(=qH4/8EI)。另外,高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現、側向位移的迅速增大,在設計中不僅要求結構具有足夠的強度,還要求具有足夠的抗推剛度,使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內,否則會產生以下情況:

(1)因側移產生較大的附加內力,尤其是豎向構件,當側向位移增大時,偏心加劇,當產生的附加內力值超過一定數值時,將會導致房屋側塌。(2)使居住人員感到不適或驚慌。(3)使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞,使機電設備管道損壞,使電梯軌道變型造成不能正常運行。(4)使主體結構構件出現大裂縫,甚至損壞。A,結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言,高層建筑結構更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力,避免倒塌,特別需要在構造上采取恰當的措施,來保證結構具有足夠的延性。B,抗震設計要求更高。有抗震設防的高層建筑結構設計,除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外,還必須使結構具有良好的抗震性能,做到小震不壞、大震不倒。

2.高層建筑結構設計基本原則

高層建筑結構設計的基本原則是:注重概念設計,重視結構選型與平、立面布置的規則性,擇優選用抗震和抗風好且經濟的結構體系,加強構造措施。鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合,做到安全適用、技術先進、經濟合理,并積極采用新技術、新工藝和新材料。在抗震設計中,應保證結構的整體性能,使整個結構具有必要的承載力、剛度和延性。結構應滿足下列基本要求:

(l)應具有必要的承載力、剛度和變形能力。(2)應避免因局部破壞而導致整個結構破壞。(3)對可能的薄弱部位要采取加強措施。(4)結構選型與布置合理,避免局部突變和扭轉效應而形成薄弱部位。

3.高層建筑結構的基礎設計基本要求

基礎是房屋結構的重要組成部分,房屋所受的各種荷載都要經過基礎傳至地基。由于高層建筑層數多、上部結構荷載很大,導致使其基礎具有埋置深度大,材料用量多,施工周期長,工程造價高等特點。為此,高層建筑基礎設計時應滿足以下幾方面的要求:

(1)高層建筑的基礎設計,應綜合考慮建筑場地的地質狀況、上部結構的類型、施工條件、使用要求,確保建筑物不致發生過量沉降戒傾斜,滿足建筑物正常使用要求。還應注意與相鄰建筑的相互影響,了解鄰近地下構筑物及各項地下設施的位置和標高,確保施工安全。(2)基礎設計應根據上部結構和地質狀況進行,宜考慮地基、基礎與上部結構相互作用的影響。需要降低地下水位的,應在施工時采取有效措施,避免因基坑降水而影響鄰近建筑物、構筑物、地下設施等正常使用和安全。同時還應注意降水的時間要求,以免停止降水后,水位過早上升,使建筑物發生上浮等問題。(3)高層建筑應采用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節不均勻沉降的基礎形式。宜采用筏形基礎,必要時可采用箱形基礎。當地質條件好、荷載較小,且能滿足地基承載力和變形要求時,也可采用交叉梁基礎或其他基礎形式;當地基承載力或變形不能滿足設計要求時,可采用樁基或復合地基。(4)高寬比大于4的高層建筑,基礎底面不宜出現零應力區;高寬比不大于4的高層建筑,基礎底面與地基之間零應力區面積不應超過基礎底面面積的15%。計算時,質量偏心較大的裙樓與主樓可分開考慮。(5)在地震區,高層建筑宜避開對抗震不利的地段;當條件不允許避開不利地段時,應采取可靠措施,使建筑物在地震地不致由于地基失穩而破壞,或者產生過量下沉或傾斜。

4.基礎的埋深問題

高層建筑的基礎應該要有一定的埋深,埋置深度可以從室外地坪一直算到基礎底面,對于獨立的高層建筑而言,基礎埋深比較容易確定,但當今多數高層建筑與地下車庫都是相互連接的,當地下車庫基礎采用筏板基礎或設有防水底板的獨立基礎(防水底板不宜太薄)時,高層建筑的基礎埋深可從室外地坪算起,此時高層建筑地下室頂板及地下車庫頂板應按嵌固層要求設計,地下車庫應有足夠的側向剛度作為高層建筑的側限。假如不滿足以上條件的時候,高層建筑的基礎埋深應該要從地下車庫地面算起。高層建筑通常設地下室來滿足埋深要求,主要有以下幾點優勢:

4.1提高地基承載力

當高層建筑采用天然地基時,地基承載力可進行修正。隨著基礎埋深的增加,修正后的地基承載力隨之增大,從而可滿足高層建筑對地基承載力的要求。

4.2有利于高層建筑上部結構的整體穩定

高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋鹼墻,地下室頂板厚不宜小于160mm,地下室具有較大的層間剛度,同時地下室外墻周邊土也提供了很大的側向剛度和約束。

此外在確定埋置深度時,應考慮建筑物的高度、體型、地基土質、抗震設防烈度等因素。埋置深度可從室外地坪算至基礎底面,并宜符合下列要求:(1)天然地基或復合地基,可取房屋高度的1/15;(2)樁基礎,可取房屋高度的1/18(樁長不計在內)。當建筑物采用巖石地基或采取有效措施時,在滿足地基承載力、穩定性要求及本規程第12.1.6條規定的前提下,基礎埋深可不受本條第1、2兩款的限制。當地基可能產生滑移時,應采取有效的抗滑移措施。

5.結語

近些年來,我國的高層建筑發展十分迅速,建筑造型新穎獨特,建筑物的高度與規模不斷增加。在高層建筑結構設計中,地基是大樓的基礎,設計者應根據實際情況,作出合理的結構方案選擇。并能根據具體情況進行具體分析采取適當的措施解決實際問題。才能不斷地完善和發展高層建筑。

參考文獻:

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關鍵詞:高層建筑;基礎設計選型;分析方法;適用條件

1高層建筑基礎設計選型的重要性

1.1高層基礎如果設計方法不對或者選型不當,將嚴重影響建筑物的安全性。不恰當的基礎設計,可能因承載力不足引起建筑物的不均勻沉降,導致建筑物開裂或傾斜,引起難以修復的工程質量問題。

1.2選擇合理的基礎形式是降低工程造價的一個有效措施。基礎工程在建筑工程造價中占有很大的比重,通常情況下可以達到25%左右,在結構復雜或者地質情況復雜時,所占比重還會有所增加。因此,選擇合理的基礎形式能夠有效降低工程造價。

1.3合理選擇基礎形式對縮短施工工期具有重要意義。據統計,基礎工程的施工工期可以占到土建工程工期的30%左右,因此正確選擇合理的基礎形式對節省施工工期有很大的意義。

2高層建筑基礎設計分析方法

經過工程技術人員多年的實踐與研究,高層建筑地基、基礎共同作用的事實已被人們所認同。目前,最理想的分析方法是上部結構與地基、基礎共同作用的分析方法。在這種方法中,地基、基礎、上部結構之間,同時滿足接觸點的靜力平衡和接觸點的變形協調兩個條件,即將上部結構、基礎和地基三者看成是一個彼此協調的整體進行分析。

3高層建筑基礎選型

3.1基礎選型的依據。在一般情況下,高層建筑基礎設計選型時應考慮以下因素的影響:

①地質條件的影響。地質條件是影響高層基礎選型的一個非常重要因素,雖然建設場地的地質條件在多數情況下是隱蔽的、復雜的和可變的,但目前的工程勘察和技術手段,一般能做到相對的準確。作為設計人員,對提供的地質資料要能夠進行準確分析和正確判斷,進而能夠合理地進行基礎設計,并在施工過程中根據具體的地質條件變化修改設計。②上部建筑結構形式的影響。不同的上部結構,對地基不均勻沉降的敏感程度也不相同,對地基不均勻沉降越敏感的上部結構,則應選擇剛度較大的基礎形式。因此要根據上部結構的不同結構形式(框架、框架剪力墻、剪力墻結構等)選配合理的基礎型式。③要根據建筑結構的特點,荷載大小,建筑物層數,高度、跨度大小等因素來選擇最佳的基礎形式。④高層建筑基礎設計應滿足建筑物使用上的具體要求。

例如要滿足人防、地下車庫、地下商場等各種建筑類型的具體要求。⑤高層建筑基礎設計還要滿足構造的要求。例如箱型基礎,要滿足埋深、高度,基底平面形心與結構豎向靜荷載重心相重合,偏心距、沉降控制等要求。⑥抗震性能對基礎選型的影響。高層建筑對地震作用更加敏感,在地震作用下,基礎可能出現過大變形、不均勻沉降和傾覆,所以在基礎選型時,一定要充分考慮到地震作用的影響。⑦周圍已有建筑物對基礎選型的影響。周圍已有建筑物對基礎選型影響也很大,如與已建建筑物間距過小時,若采用筏型或箱型基礎,在深基坑開挖時,是否會對已有建筑物的基礎或主體造成局部下沉、開裂等;如基礎采用預制樁,打樁時的震動能否造成已有建筑物開裂或女兒墻、雨篷等構件的傾覆、倒塌、墜落等。⑧施工條件對基礎選型的影響。施工隊伍素質能否保證施工質量;材料、設備、機具等能否就近購買或租賃;施工期間的氣候條件等都是影響基礎選型的因素。⑨工程造價對基礎選型的影響。應在滿足功能的前提下,選用造價最經濟的基礎設計方案。

3.2幾種常見基礎類型的適用條件分析。

3.2.1筏型基礎。是高層建筑常用的基礎形式之一。它的適用條件為:①對于軟土地基,當使用條形基礎不能滿足上部結構的容許變形和地基容許承載力時;②當高層建筑的柱距較小,而柱子的荷載較大,必須將基礎連成一整體,才能滿足地基容許承載力時;③風荷載或地震荷載起主要作用的高層建筑,欲使基礎有足夠的剛度和穩定性時。

3.2.2箱形基礎。箱形基礎是高層建筑中廣泛使用的一種基礎,具有很大的剛度和整體性。對地基的不均勻沉降起到調節或減小的作用。因此適用于上部荷載大而地基土又比較軟弱的情況。

3.2.3樁基礎。樁基礎也是高層建筑中常用的一種基礎形式。它的適用條件為:①淺表土層軟弱,在較深處有能承受較大荷載土層作為樁基礎的持力層時;②在較大深度范圍內,土層均較軟弱,且承載力較低時;③高層建筑結構傳遞給基礎的垂直和水平荷載很大時;④高層建筑對于不均勻沉降非常敏感和控制嚴格時;⑤地震區采用樁基礎可提高建筑物的抗震能力時。

3.2.4柱下獨立基礎。它的適用條件為:當上部結構為框架結構、無地下室、地基土質較好、荷載較小、柱網分布較均勻時,可采用柱下獨立基礎。在抗震設防區,其縱橫方向應設連系梁,連系梁可按柱垂直荷載的10%引起的拉力和壓力分別驗算。

3.2.5十字交叉鋼筋混凝土條形基礎。它的適用條件為:①當上部結構為框架剪力墻結構、無地下室、地基條件較好時;②當上部結構為框架剪力墻結構、有地下室、無特殊防水要求、柱網、荷載及開間分布比較均勻、地基較好時;③當上部結構為框架或剪力墻結構、無地下室、地基較差、荷載較大時,為了增加基礎的整體性和減少不均勻沉降。

3.2.6其它基礎形式,如板式、樁箱基礎、樁筏基礎等,可根據各種影響因素的具體情況,合理地進行比選,由設計者自行選擇。

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關鍵詞:高層建筑;地基;框架結構;施工措施

1基礎不均勻沉降對高層建筑的危害

高層建筑在設計的過程中,其主樓和裙樓之間的所受壓力都會經過一個嚴密的計算,因為在主樓和裙樓之間有一個很大的高度差,這就要確保建筑物的上部的結構、載荷能力、剛度都要達到一個標準,以此來保證其受力均勻。如果其結構剛度和載荷的分布不均勻,會造成內部受力與反作用力出現很大的差值,這就是高層建筑沉降產生的原因。而減少這種沉降差異就是當前高層建筑工程在基礎設計與施工等環節所要解決的重點問題。一般情況下,土層或者巖層等天然地基具有一定的壓縮性,這種地基受到自身重力和外界附加應力的共同作用,會不斷地被壓密,并產生一定的沉降。建筑物基礎所產生的均勻沉降不會對建筑本身造成太大的影響,并且在工程中往往可以采取預留沉降標高的方法來解決這一問題。但是,如果所施工的建筑物的載荷分布相差較大,各部分基礎的類型、尺寸差異也比較大,一旦所采取的基礎比較軟弱、土層硬度分布不均勻、土層厚度變化較大,就很容易使基礎產生過量的不均勻沉降,從而造成地基沉陷。因此在建筑工程施工中,高層建筑的基礎不均勻輕則會使建筑物產生墻體開裂,重則會導致建筑物的傾斜、下沉,嚴重時還會使建筑物傾塌。以上種種都是不可忽視的危害,這對建筑施工、人員入住都帶來了安全隱患,而基礎不均勻更是影響樓房使用壽命,對建筑物的經濟效益具有一定的影響。

2防止高層建筑基礎不均勻沉降的措施

2.1高層建筑施工的整個過程中,首先應該對建筑物進行科學嚴謹的設計工作,然后經過實地勘測,對高層建筑物在建成之后可能會遇到的自然影響計算在內,因高層建筑的主樓與裙樓存在很大的高度差,這就要考慮到水平側向力對建筑的影響。2.2確保地質勘察的準確性。這樣才會讓設計人員可以對施工基地進行準確的分析,設計出合適的建筑類型。2.3妥善的設計建筑外觀。追求建筑外在美觀的前提是建筑物整體可承重量、建筑物的剛度等達到均勻受力的水平,過于夸張且拉伸的建筑外形也會對建筑受力有一定影響。2.4地基的合理設計。地基是一個建筑物的基礎,設計人員在對建筑的設計上要根據上部建筑對地基所產生的荷載還有地質土質的不同進行設計,確保地基不會因為所受外在應力過大而出現變形的情況。

3改善高層建筑框架結構的措施

3.1先勘察再設計。如上文所述,先勘察地質地貌、地下水位和水文地質,然后再根據本身的技術和施工等外在條件進行分析規劃,設計合理的建筑結構。3.2減輕建筑物墻體結構的自重。地基所能承載的壓力值與地上載荷值是成正比的,減輕地上建筑物的重量就可以減輕上部給地基帶來的附加應力。所以在選用材料的時候可以選擇一些輕質的墻體材料,在不影響建筑物墻體剛度的前提下選用材質更輕的材料,彌補傳統墻體材質密度過大且重量更高的缺陷,以此來防止地基的下沉。3.3在墻頂上設置鋼筋混凝土圈梁,并且增加整體建筑物的剛度。上文中提到因不均勻沉降將會導致墻體裂縫、樓體傾斜等危害,加強整個建筑物的剛度可以防止因傾斜產生的彎曲。3.4對建筑物的荷載分布進行調整。對不同的區域設計不同的基地寬度,再配合縱橫墻混合承重形式可以對防止不均勻沉降的發生。

4改善高層建筑設計施工的措施

許多因素都會使高層建筑出現不均勻沉降的發生,在建筑的整體工程里,前期的設計、勘查與之后的選料、施工都會對整體建筑起到一定的影響。4.1材料選用與檢驗。施工材料的選擇最好采用高質量的輕質材料,建筑材料在進場應用之前必須檢驗確定達到合格的標準,防止劣質材料對施工進程與建筑完成質量的影響。4.2對高層建筑及其基礎部分設置沉降縫。工程實踐中,可以利用沉降縫將高層建筑及其基礎分割為兩個以上的獨立沉降單元,從而有效減小或避免地基不均勻沉降的危害。在對高層建筑進行分割時,要注意每個獨立的沉降單元的外形構造要簡單,結構類型單一,長高比值較小,同時要特別注意每個沉降單元所處位置的地基應均勻。根據實際施工經驗總結,我們可以在一些特定的位置設置沉降縫,比如建筑高度或荷載變化較大的位置、建筑結構類型或基礎類型發生變化的位置、具有復雜平面形狀的建筑物的轉折部位、地基土壓縮性發生顯著變化的位置、分期建設部分的交界處等,還可以在設計中要求設置伸縮縫的位置同時設置沉降縫。4.3合理選擇高層建筑與相鄰建筑物基礎間的凈距。高層建筑基礎所承受的附加應力不斷向外擴散,因此相鄰建筑之間的不均勻沉降會彼此相互影響,這種影響隨著間距的減小而增大。根據經驗總結,一般情況下,同期建造的相鄰建筑物中較輕較低的建筑物受較重較高建筑物的影響,早期建造的建筑物受鄰近新建重型或高層建筑物的影響。如果處于軟土地基上的兩個高層建筑距離過小,則二者相互影響將會產生較大的附加不均勻沉降,很容易造成建筑物的開裂或者互傾等危害。為了避免這種相鄰建筑之間的影響,需要根據地基的壓縮性、建筑物的規模、重量、剛度等因素,合理選擇高層建筑基礎之間的凈距。

5施工程序設計

施工過程中要合理安排施工程序,選用科學有效的施工方法,在一定程度上減少或調整一部分均勻沉降。在進行高層建筑群施工時,要合理安排相鄰建筑物的施工程序,以先重后輕、先高后低等順序施工,必要時應該適當加大二者的施工間隔。基坑開挖時,可在坑底保留200mm厚度的原土層,待施工墊層時再臨時鏟除,或用砂子、碎石等回填處理,以達到保持地基土的原有結構狀態的目的。建筑行業的不斷發展與創新逐漸彌補了高層建筑的主樓與裙樓之間的高度差所引起的基礎不均勻沉降,這些措施彌補了在施工建設中所存在的隱患,保障高層建筑的質量與使用壽命,提高了建筑物使用的經濟效益。

參考文獻

[1]王錚.淺談防止高層建筑物基礎不均勻沉降的措施[J].科技與企業,2013(8).