桩筏基础论文

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桩筏基础论文范文第1篇

关键词高层建筑;基础;选型;适用范围;优缺点

中图分类号TU7 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0036-01

高层建筑的地基基础是高层建筑结构最重要的组成部分,它涉及到整个高层建筑结构的经济与安全问题。尤其在高层建筑密集的大城市,其地震设防等级高,风载大,工程地的质条件差,并且大多数城市地下水位较高。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,都给高层建筑地基基础的设提出了更高的要求。基础的选型合理与否,将对整个工程的造价,工期,安全等有极大影响。

1高层建筑基础与中低层建筑基础区别

1)工程造价比较高,基础方案的选择需要更准确可靠的工程地质勘察资料和更全面深入的分析比较,才能做出既符合安全质量要求,又经济合理的地基评价和设计处理方案。2)对不均匀沉降比较敏感,受压深度比较深,需要更确切的变形指标和计算方法。3)基础埋深或要求处理地基的深度比较深,与现有施工条件及设备、材料的关系比较密切。4)对地基的承载力要求比较高,除了垂直荷载比较大以外,还需要考虑水平风力和地震力的稳定性。

2高层建筑基础类型及其优缺点

2.1桩基础

桩基础又称桩基,是一种古老且又常见的深基础形式,是深基础中最重要的一种。

1)适用范围。不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它主要的建筑物;作用有较大水平力和力矩的高耸结构物(如烟囱、水塔等);地下水位或地表水位较高,施工排水困难时;软弱地基或某些特殊性土的各类永久性建筑;需要减弱其动力影响的动力机器基础或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施;重型工业厂房和荷载很大的建筑物,如仓库、料仓等。2)优缺点。桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降稳定快、沉降量小的特点,可以抵抗上拔力和水平力,又是抗震液化的主要手段,适用于机械化施工,且能适应各种复杂地质条件。当地基上部软弱而在桩端可达的深度处埋藏有坚实地层时,最宜采用桩基。桩基础属于地下隐蔽工程,尤其是灌注桩,很容易出现缩颈、断桩或沉渣过厚等质量缺陷,影响桩身结构完整性和单桩承载力,造成工程安全隐患。所以施工质量也是桩基设计很重要的环节。桩基础的工程造价较高。3)高层建筑桩基础的特点。①桩支承于坚硬的持力层上,具有很高的竖向承载力,足以承担高层建筑的全部荷载。②凭借巨大的单桩竖向刚度或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力,能抵御风和地震引起的水平荷载与力矩荷载,保证高层建筑的抗倾覆稳定性。③桩基具有很高的群桩刚度(摩擦型桩)或竖向单桩刚度,在建筑自重或相邻荷载影响下,不会产生过大的不均匀沉降,并能保证建筑物的倾斜不超过允许范围。④箱筏承台底土分担上部结构荷载。桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌于基岩,在地震引起浅层土液化与震陷的情况下,桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力,从而确保高层建筑的稳定,不产生过大的沉陷与倾斜。

2.2筏形基础

筏形基础是底板连成整片形式的基础,亦称筏板基础、片筏基础、满堂红基础。它既可用于墙下,也可用于柱下。可以分为梁板式和平板式两类。1)适用范围及优缺点。筏形基础以其成片覆盖于建筑物地基的较大面积和完整的平面连续性为明显特点,它不仅易于满足软弱地基承载力的要求,减少地基的附加应力和不均匀沉降,还具有其它基础不具备的功能,例如:增强建筑物的整体抗震性能;能跨越地下浅层小洞穴和局部软弱层;作为水池、油库等的防渗底板;提供地下比较宽敞的使用空间;有地下室或架空地板的筏基还具有一定的补偿性;能适应位于其上的工艺连续作业和设备重新布置的要求。筏板基础不足之处在于:由于平面面积较大,且厚度有限,造成它具有有限的抗弯刚度,无力调整过大的沉降差异,尤其是对于土岩结合地基等软弱明显不均的情况,就需局部处理才能适应;在局部荷载下,既要有正弯矩钢筋,也要有负弯矩钢筋,还需有一定数量的构造钢筋,因此,经济指标较高。2)发展现状。对地基条件好的高层建筑,优先考虑天然地基。筏形基础较箱形基础更有利于地下空间的开发利用,将有更大的发展。在解决混凝土收缩裂缝的基础上,逐步减少后浇缝的设置,促进大体积混凝土的施工。地基的加固处理方面的成就,也将会促进筏板基础的应用。相信筏板基础的应用前景会更广阔。

2.3箱形基础

箱形基础是由顶、底板和纵、横墙板组成的空间盒式结构。它的纵横墙设置必须符合一定刚度要求,因此,具有极大的刚度。箱形基础一般有较大的基础宽度和基础埋深。

1)适用范围。高层建筑为了满足地基稳定性的要求,防止建筑物的滑移与倾覆,不仅要求基础整体刚度大,而且需要埋深大,常采用箱形基础。对于一些地震设防等级较高的地区,可根据抗震要求而选用箱形基础。2)优缺点。①箱基的整体性好、刚度大,由于箱基是现场浇筑的钢筋混凝土箱型结构,整体刚度大,可将上部结构荷载有效地扩散传给地基,同时又能调整与抵抗地基的不均匀沉降,并减少不均匀沉降对上部结构的不利影响。②箱基沉降量小,箱基的基槽开挖深,面积大,土方量大,而基础为空心结构,以挖除土的自生来抵消或减少上部结构荷载,属于补偿性设计,由此可以减小基底的附加应力,使地基沉降量减小。③箱基抗震性能好,箱基为现场浇筑的钢筋混凝土整体结构,底板、顶板与内外墙厚度都较大。箱基不仅整体刚度大,而且箱基的长度、宽度和埋深都大,在地震作用下箱基不可能发生滑移或倾覆,箱基本身的变形也不会很大。因此箱基上一种具有良好抗震性能的基础形式。④箱基的用料多,工期长,造价高,施工技术比较复杂,尤其当进行深基坑开挖时要考虑人工降低地下水位、坑壁支护和对相临建筑的影响问题。此外,还要对箱基地下室的防水、通风采取周密的措施。

2.4桩筏基础

当受地质条件限制,单桩承载力不很高,且不得不满堂布桩或局部满堂布桩才足以支承建筑荷载时,常通过整块钢筋混凝土板把柱墙(筒)集中荷载分配给桩。习惯上将这块板称为筏,故称这类基础为桩筏基础。筏可做成梁板式或平板式。桩筏基础主要适用于软土地基上的筒体结构、框剪结构和剪力墙结构,以便借助十高层建筑的巨大刚度来弥补基础刚度的不足。

2.5桩箱基础

桩箱基础是由具有底顶板外墙和若干纵横内隔墙构成的箱形结构把上部荷载传递给桩的基础形式。由于箱体刚度很大,具有调整各桩受力和沉降的良好性能,在软弱地基上建造高层建筑时较多地采用桩箱基础。桩箱基础是一种可以在任何适用于桩基的地质条件下建造任何结构形式的高层建筑的“万能式桩基”。

3结语

高层建筑地基基础方案的选型,必须充分掌握设计的主要依据,特别是岩土工程勘察资料,一定要真实可靠。对同一建筑而主,不同的基础形式会有不同的工程造价。设计人员因地制宜选择基础形式,提高基础设计的可靠性,有效控制工程造价。

参考文献

[1]陆卫东.对高层建筑基础设计优化的探讨[J].中国工程咨询,2004,11:37-38.

桩筏基础论文范文第2篇

关键词：刚性桩复合地基；筏板基础；褥垫层；加固区；约束效应

中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：

引言

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基，加固区整体是非均质各向异性的。根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基。根据竖向增强体的性质，桩体复合地基可分为三类：散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。

一、刚性桩复合地基的概念

刚性桩复合地基是在地基土中置入刚度很大的桩，桩体材料有CFG桩、素混凝土桩、预制桩等，成桩工艺包括振动沉管工艺、螺旋钻孔压灌工艺、静压桩工艺等，从而对不满足承载力或变形要求的地基进行加固而形成一种人工地基。为使复合地基最大地发挥其承载性能，减少沉降变形，通常在基础底面以下铺设一定厚度的粗砂或碎石褥垫层，碎石粒径一般为3-5mm。褥挚层的铺设范围通常比基础底面以下的素混凝土垫层宽150mm。由于褥垫层的设置，刚性桩复合地基在受力时，桩顶能很好地向上刺入褥垫层，并通过褥垫层的调整，使桩间土能够更好地发挥作用，从而达到桩同作用的目的。与散体材料桩、柔性桩复合地基相比，刚性桩复合地基由于复合地基中桩的刚度相对较大，从而使上部荷载能向深部土层传播，故能大幅度地提高地基承载力，且复合地基的沉降量相对较小[1]。

刚性桩复合地基由于能够发挥桩问土的承担作用，所以比桩基经济。同时，因桩体强度、刚度较大，沿其全长的侧阻及端阻均可以比较充分的发挥，因此同散体材料桩复合地基相比，它能更大幅度提高地基承载力，故可用于高层建筑。因此，在我国内陆地区的高层建筑中有很广泛的应用。

二、刚性桩复合地基的工作机理和褥垫层的效用

对于刚性桩复合地基，通过桩体作用，可将荷载传递给地基中较深的土层，使加固区附加应力减小，而使非加固区附加应力相对增大。与未设置桩体时(天然地基)相比较，刚性桩复合地基加固区中不仅模量提高，而且附加应力减小，土层压缩量减小明显；而非加固区附加应力和压缩量是增大的。两者综合起来看，采用刚性桩复合地基还是可以明显减小沉降的。

刚性桩复合地基除了拥有一般复合地基的各种效应，还有一些自己独立的特点。如置换效应、挤密效应和约束效应。由于桩土相对变形基本协调，而刚性桩体的模量比桩间土的模量大出许多，因此在荷载作用下，桩体可以将所承受的荷载向较深处的土层中传递，并且还减少了桩间土承受的荷载，提高了地基的承载力。复合地基中桩体起到的这种既能提高地基承载力，又能减小地基变形的作用，这就称为置换效应或桩体效应。当在人工填土或者松散砂土中采用挤土成桩工艺时，桩体的楔入可使桩间土的孔隙比减小，密实度增大，桩间土因而被挤密，复合地基的承载力和模量都得到提高，这种因桩体的楔入而产生的效应称为挤密效应。当采用振动沉管工艺时，素混凝土桩复合地基就具有挤密效应。由于刚性桩的刚度相对土体的刚度要大许多，因此在荷载的作用下，桩间土的侧向变形受到了桩体的约束。由于桩间土的侧向变形受到了约束，相应的其竖向变形也受到约束，因而提高了复合地基的承载力，同时又减小了复合地基的变形，这就是约束效应。

为保证筏板基础与复合地基中刚性桩和土能共同作用，桩顶设置的砂砾石褥垫层起到了至关重要的作用。在竖向荷载作用下，由于桩体的压缩模量远远大于土的压缩模量，桩的变形要小于土的变形。褥垫层的设置为桩体向上的刺入变形提供了通道，变形过程中，砂、石不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终共同工作，从而改变复合地基的承载力特性、变形特性。因此褥垫层在整个复合地基体系中起着关键的作用，它能保证桩同承担荷载、减小基础底面的应力集中、调整桩土水平荷载、调整竖向桩土荷载的分担。

三、刚性桩复合地基—筏板基础体系的优点

自从972年首次提出桩筏基础的概念以来，桩筏基础很长时间内在高层建筑的基础形式选用中处于统治地位。桩基础虽然有效，但是桩间土的承载力被白白浪费掉了，尤其是当桩间土的承载力较好时，尤其显得可惜；另一方面，当天然地基处于岩溶发育等地质条件复杂地区时，桩的施工较为困难，施工人员的安全和桩基的质量都不易得到保证，这时复合地基的优点就得到了体现。复合地基可以较为充分的利用桩间土的承载力，因而它一出现就受到了重视和广泛应用。

早期的复合地基多为碎石桩复合地基和水泥土搅拌桩复合地基等，这些复合地基可以在一定程度上提高天然地基的承载力，但是随着现代建筑向高层发展，建筑的体型和结构日益复杂，这些传统的地基处理方法己不能满足承载力和变形的要求。究其原因，主要是桩体的刚度太小，不能有效地将桩身应力向深处传递；其次，施工质量也不稳定，离散性大。比如，碎石桩桩身在距桩顶距离2d-3d左右处为高应力区，因周围土体的围箍作用有限，容易发生鼓胀破坏，即使增加桩长也不能提高地基承载力。在此情况下，寻找一种承载力高且变形小的地基处理方法是大势所趋。而刚性桩复合地基就是这一趋势下的产物。刚性桩是一种高粘结强度桩，可以将荷载传递到较深层地基中，当桩端持力层土质较好时，还可发挥端阻作用，因此刚性桩复合地基克服了散体桩复合地基和柔性桩复合地基的缺点，既能提高地基的承载力又能使地基变形得到有效控制；同时其施工质量也较为稳定，施工质量可以得到保证。随着刚性桩复合地基理论和施工处理技术的发展，刚性桩复合地基因其具有沉降小、承载力高等诸多优点，越来越多的高层建筑选择采用刚性桩复合地基。

高层建筑刚性桩复合地基筏板基础在受力时，一方面筏板的内力和沉降将受到刚性桩复合地基刚度和上部结构刚度的影响，这将导致刚性桩复合地基上板的工作状态与其它地基形式上板的工作状态有差异；另一方面在上部荷载较大并考虑上部荷载刚度的情况下，刚性桩复合地基桩的工作状态也会受到各种因素的影响[2]。国内自80年代末就己开始了刚性桩复合地基应用并进行了相应的研究，研究内容多集中于单桩复合地基和多桩复合地基的承载与变形特性以及复合地基的破坏机理。而目前随着刚性桩复合地基在高层建筑中的应用，高层建筑筏板基础下刚性桩复合地基的桩土应力分配、荷载传递机理呈现出何种情况；复合地基褥垫层厚度、桩土模量比、置换率、布桩方式的变化对筏板内力和沉降又有何影响。这些问题都直接影响到刚性桩复合地基一筏板基础体系的工作性能、工程造价等因素。因此，研究刚性桩复合地基一筏板基础体系在考虑上部结构刚度时的工作性能具有重要的学术价值与应用价值。

四、结束语

随着科学技术的发展，新工艺新技术的不断涌现，刚性桩复合地基—筏板基础体系已经在高层建筑地基基础中逐渐得到广泛应用。但由于目前刚性桩复合地基的理论研究已经落后于工程实践的需要，刚性桩复合地基的设计方法还不够完善，本文作者根据现有研究理论，结合工程实际，对高层建筑刚性桩复合地基的作用机理和优点进行了分析和研究。经实践证明，刚性桩复合地基具有技术先进、经济合理等优点，推广应用这种地基处理技术将产生良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

桩筏基础论文范文第3篇

关键词：深基坑，支护，设计，施工

 

0.前言

深基坑支护设计与施工是目前城市高层建筑施工的重点，不少建筑工程由于深基坑支护的失误，导致重大经济损失并延误工期。因此，在经济合理的前提下，确保深基坑支护工程的安全可靠是高层施工中的一项重要课题。

土钉墙支护造价经济，工期短，在10m左右的深基坑中大量的应用。集团公司综合楼深基坑采用部分土钉墙支护，通过设计、施工以及在正常使用和雨季中的监控、处理，确保了基坑的安全。

1.工程概况

综合楼总建筑面积9.5万m2，钢筋混凝土框架抗震墙结构，主楼21层，设有二层地下室，基础东西长99m，南北宽87m，筏基础，基底标高-8.300m。地面标高为-0.60m，基坑开挖深度为9.0m。

根据地质勘探报告揭示场地内基坑支护影响范围内岩土层主要为①填土层0.5～2.5m;②粉土7.3～9.5m;③粘土0.3～2.75m;④粉细沙22.4～25.5m;⑤粉土6.5～11.5m；⑥粘土2.3～8.7m ；⑦粉砂0.5～5.0M;⑧粘土 未钻穿，

场区内实测二层地下水，第一层上层滞水水位埋深2.5～13.00m,第二层潜水水位埋深15.00m。

基坑西、南侧临城市主干道，基坑东侧为住宅小区（6F），北侧为一营业宾馆（6F）。

2.基坑支护设计方案

根据现场实际情况，综合考虑安全、经济、场地条件、周边环境及施工工期等因素，采用土钉支护支护和护壁桩两种方案。地质勘探报告揭示场地地下水位较高，实际开挖中自然地面下3.0m左右见水。

2.1基坑降水

考虑到保证地下室干燥施工作业，采用大口径管井抽水的降水方案，降水井布置在离开挖线1.0m处。基坑最深处底面标高为-11.66m，考虑将地下水降至基底下1.0m以下。沿基坑四周布管井83口，井距8.0m左右，在基坑内部局部集水坑处布置渗井。

降水井深度约13～16m；降水井孔径为φ600，全孔下入水泥砾石(砂)滤水管，管底封死，管外填滤料。滤料的规格2～4mm，滤料填至孔口以下2m，上部回填粘土封至孔口。

2.2土钉支护

出于地下结构施工操作空间的需要，基坑侧壁与地下结构外墙之间的水槽为0.8m。

土钉墙高度11.5m，坡度1:0.3，布置7排土钉，采用Ф20HRB335钢筋，水平间距为1.5m，土钉长5m～9m，孔径110mm，排距1.5m。其中第二排采用7-Φ5预应力锚杆，长度14m。

土钉墙边坡面层挂Φ6.5@250×250钢筋网和1Ф16@1500横向压筋。

3.土钉支护施工

工艺流程如下：基坑降水施工→土方开挖至土钉标高下50cm→土钉成孔→杆体支放→注浆→坡面修正→铺设钢筋网→喷射混凝土→重复工序至基坑底→基底排水沟，基底施工。

土钉墙施工随土方开挖进行，基坑边坡原则上分段分层开挖，采用“中心岛”开挖方式，即先沿基坑边线开挖出10m宽条形护坡作业面。

土方开挖至土钉设计标高下0.5m后， 采用机械成孔，孔径110mm，并对孔深、孔径、倾角进行控制。成孔后及时插放钢筋，并注浆。土钉杆体采用水灰比为0.5，P.O32.5普通硅酸盐水泥浆注浆，在一次注浆完成2.0h内进行二次补浆，并将孔口封堵。

喷射砼施工采用分段进行，同一分段内喷射顺序按照自下而上施工。面层喷射100mm厚C20细石混凝土，混凝土配合比为水泥:砂:石＝1:2:2。

4.桩锚支护方案

护坡桩布置在基坑东侧和北侧，采用机械成孔桩和锚杆支护，桩径Φ900mm，桩长17.8m，桩芯砼强度等级为C25，桩间桩为2000mm，单排。桩施工各技术参数允许偏差为：桩径偏差：±5mm，垂直度：0.5%，主筋间距：±10mm。使整排护坡桩为一体，设置一道桩顶圈梁，尺寸为500×900（h×b），砼标号为C25，桩主筋入圈梁450，为增加其抗滑动力矩，设置两道腰梁并铺设预应力锚杆。论文参考网。

桩锚支护总体施工程序为：首先进行机械成孔桩施工，接着施工桩顶圈梁，然后随着基坑挖土的同时完成腰梁和预应力钢筋的施工。

5.施工监测

坑支护工程监测内容为：土钉墙顶部水平位移观测；基坑周边沉降观测；地下水位监测

5.1地下水位监测

5月10日项目开工，到6月22日降水井施工完毕连续抽水后，水位基本维持在10m左右，能满足施工的要求。

5.2基坑位移监测

土方开挖前测定基坑坡顶水平位移、沉降位移初始值；坡顶水平位移、沉降监测点沿基坑坡顶边线设置，间距约30m；土方开挖过程中，每日监测一次。沉降观测的基准点设置在基坑开挖影响范围之外市政道路上。

水平位移的观测采用视准线法，以南侧基坑水平位移监测为例，在要进行位移观察的基坑槽壁上设一条视准线，并在该视准线两端基坑影响范围之外设置两个工作基点A、B，分别作为主站点及后视点，然后沿着该视准线在槽壁上分设若干观测点，直接在读数尺读出测点的位移。

开挖到设计深度，通过对水平位移监测数据分析， 11m深的基坑最大水平位移接近30mm，基坑顶部的侧向位移与开挖深度之比小于3‰，满足设计提出的监测值控制标准要求坡顶位移的警戒值30mm。以南侧基坑水平位移监测为例，变形发展为正常位移变形曲线。

6.雨季中出现的危机情况和处理措施

7~8月聊城地区进入雨季，夏季雨水天气给施工带来了不便和影响，随着几场暴雨的来临，危及边坡支护

安全的险情不断出现。

6.1危机情况

基坑边坡锚钉和面层喷射混凝土已施工完，在坑壁局部出现了出水点和悬挂水。基坑西侧边坡坑壁出水点水量逐步加大并有形成涌水和涌砂现象，西侧1～15轴到A～E轴土体局部变形较大，个别观测点水平位移75mm，最大沉降位移90mm。基坑东、北两侧场地条件较好，全部进行了硬化处理。从观测数据分析，开挖到设计深度，基坑坡顶水平位移在雨季中变形稳定。

6.2危机处理

对于坑壁局部渗水，在基槽四壁增加泄水孔，孔深0.6m，高度距槽底0.8m，间距2m。在护壁中插入周边带孔眼的包网塑料排水管，把局部渗水通过暗埋在土钉坡面内的塑料排水管引入基坑周边排水沟及集水坑中，利用水泵及时抽排，加快边坡粉土层排水固结。

基坑西侧1～A轴到1～E轴采取分级支护，首先把高2.5m，宽4.0m的土卸除，在－7.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆，长度16m。

基坑南侧观测点变形最大的位置之间近100m范围内边坡角堆土卸荷（堆土3.0m高，3.0m宽，在基坑南侧－3.0m位置增加一排7-Φ5预应力锚杆，长度16m。

按上述措施进行施工和危机加固处理后，对整个基坑及邻近建筑物的位移进行了跟踪监测，各观测点均处于稳定状态。论文参考网。同时对基坑开挖后，地面裂缝的开展情况进行了跟踪监测，各观测点的裂缝均处于稳定状态。

6.3原因分析

6.3.1经过现场复查，基坑西侧柳园路离基坑水平距离6.5m，埋深2.5m，分布一条污水管道，从南往北走向，将土体在垂直方向切成两段。论文参考网。路内雨水排入污水管道，污水管道不畅通，雨水渗入土体，致使西侧部分基坑失稳，土体下滑。对本工程基坑周围地下管线埋设情况掌握不准确，场外来水影响了基坑的稳定。

6.3.2基坑南侧东昌路绿化带，坡顶距现状围墙2.0m。实测场地高差：场内比场外低0.5m。雨水渗入土体，基坑深度范围内的粉土地层，加上中间粘土隔水层，影响半径小和渗透系数小，降水难度大，影响了基坑的稳定。

7.结论

7.1实践证明[2]：土钉墙支护结构对水的作用特别敏感。土的含水量的增加不但增大土的自重，更为主要的是会降低土的抗剪强度和土钉与土体之间的界面粘结强度。后者是土钉能够起到加固和锚固作用的基础。

7.2基坑施工监测和动态设计对土钉墙支护结构非常重要。本工程西侧基坑水平位移在雨季发生较大变化后，根据实际情况及时对设计作出必要的修改，取得了很好的效果，避免了倒塌事故。

参考文献：

[1] 建筑基坑支护技术规程.JGJ120-99.

[2] 建筑地基基础设计规范.GBJ50007-2002.

[3] 建筑桩基技术规范.JGJ94-94.

[4] 土层锚杆设计规范.CECS22：90.

[5] 建筑边坡工程技术规范.GB50330-2002.

桩筏基础论文范文第4篇

【关键词】：高层建筑；结构选型；重要性；

中图分类号： TU97 文献标识码：A 文章编号：

【 Abstract 】:The structure of the high-rise building system is high-rise structure whether reasonable, key economic, along with the development of building height and function need constantly develops and changes. The thesis summed up the various kinds of high building structure system, especially in recent years, the complex, novel appeared of structural system of the mechanical characteristics and structure design of high-rise building points are discussed

【 key words 】: High-rise buildings; The structural type; Importance;

引言

对于高层建筑的结构设计, 首先摆在结构工程师面前的是结构选型的问题。高层建筑结构的选型通常要遵循一定的原则, 它不仅考虑到建筑物的适用性、经济性、抗震性能,而且要考虑施工安装的影响。正确处理高层建筑结构体系的选型问题,对于高层建筑结构设计而言, 具有至关重要的意义。

1.一、 高层建筑结构选型的重要性

1.1（一）高层建筑结构复的杂性。随着现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大。也就要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为:

(1)1.需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布的多样化、个性化与复杂化。为增大建筑净空高度,很多高层建筑中存在的新问题与矛盾开始显现，对结构系统形式的要求提高。

(2)2.随着高度与规模的增大,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性以及可优化的空间与效益将更明显。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。

3)3.高层建筑需考虑的影响因素日益复杂，系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大。

1.2（二）高层建筑与城市社会发展的关系密切。我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升,城市居住、生产、生活用地日趋紧张。为节约及充分利用城市土地资源,减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费,提高城市社会吸纳能力及其综合效益,缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾,改善城市环境与调节心理等城市社会性问题,高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长,且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。

2.二、 高层建筑结构选型的若干思考

选型工作具有很强的综合性，包含大量确定与不确定的因素,受诸多条件和因素影响。高层结构是否合理、经济的是关键，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。除了要考虑工程造价和投资能力,还要考虑所选结构型式对建筑功能的适应性、施工条件、技术能力、施工工期、建筑材料和能源供应。建筑美学要求包括建筑群及其环境的配合，建设场地的地形地貌自然灾害等等。

2.1（一）从结构体系角度分析

高层建筑的结构体系主要有框架结构、异型柱框架结构、框架一剪力墙结构,现分别加以分析。

2.1．1.异型柱框架结构

这种结构体系是框架结构的一个派生结构形式,它除了具有框架结构的特点外, 与墙同宽的异型柱很好地解决了建筑平面使用问题。 但因异型柱相对于框架柱来说,刚度和承载能力相差了许多且规范对其的要求也比框架结构高，故多用于多层建筑(如别墅)。高层建筑中仅用于8层的小高层，适用高度范围一般为24m以下(6度设防)

2.1.2 .框架结构

由框架梁、柱、楼板等主要构件组成其特点是柱网布置灵活, 便于获得较大的使用空间。延性较好, 填充墙可采用轻质隔墙减轻结构自重。造价低框架应当纵横双向布置,形成双向抗侧力体系，但内凸的框架柱会影响使用功能, 且横向侧移刚度较小,抗震性能较差。地震中填充墙损坏严重,修复费用很高。适用高度范围一般为60m以下(6度设防)

2.1.3.框架一剪力墙结构

这种结构体系的特点是利用电梯间做钢筋硅核心筒抵抗大部分水平荷载,。框架柱主要承受竖向荷载，既具有框架结构布置灵活的特点, 满足大空间的房屋的要求, 又具有较大的刚度和较强的抗震能力。框架一剪力墙结构的主要缺点,：由于功能要求剪力墙布置位置往往受到限制,。往往不可避免地造成刚心、质心不重合, 产生偏心扭矩, 且内凸的框架柱仍会影响使用功能"。适用高度范围一般为130m以下(6度设防)

2.1.4.剪力墙结构

剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好、侧向刚度大、水平力作用下侧移小,便于房间内部布置。可通过在适当部位开结构洞,形成若干短肢剪力墙来调整整体刚度,。并可采用轻质填充墙减轻结构自重及工程造价。缺点是不能提供大空间房屋结构,延性较差,造价高。适用高度范围一般为140m以下(6度设防)。

2.1.5.筒体结构

框架-核心筒结构由实体的核心筒和外框架构成。一般将电梯间及一些服务用房集中在核心筒内;其他需较大空间的办公用房、商业用房等布置在外框架部分。由于核心筒实际上是两个方向的剪力墙构成封闭的空间结构, 相对于框架一剪力墙结构具有更好的整体性与抗侧刚度。且刚心、质心偏差很小，适用高度范围一般为150mm以下(6度设防)。

2.2（二）从结构部位分析

2.2.1.竖向承重结构的选型

在对竖向承重结构进行选型时,首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的,因而它们适应的高度也不同。一般说来,框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况;框架―剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求;层数很多或设防烈度较高时,可用筒体结构。当建筑物的高度超出表中数值时,要进行专门的研究,采取有效的措施。选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类:住宅、旅馆及公共性建筑(办公、商业、科研、教学、医院等)。住宅建筑一般采用剪力墙结构。

2.2.3.水平承重结构的选型

水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常有以下几种,平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系:平板体系采用单向板或双向板,常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整,可以不加吊顶,结构高度低,可以降低层高。但当跨度大时,采用平板较困难,一般非预应力平板不宜成过6m,预应力平板不宜超过9m,否则平板厚度过大,楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖:在层高受限制情况下,公用建筑常采用无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽,以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度是:普通钢筋混凝土楼面6m以内;预应力混凝土楼面可达9m。密肋楼盖:密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时,框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足:房屋高度超过50m时,框架―剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构;剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时,8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构;6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖;框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇楼盖,混凝土强度等级不宜低于C20,也不宜高于C40。

2.2．3下部结构的选型

高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏,不但关系到结构的安全,而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。高层建筑基础形式通常有以下几种:

(1)柱下独立基础:适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时,可采用地锚将基础锚固在岩石上,锚入长度≥40d。

(2)交叉梁基础:即双向为条形基础。适用:层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架－剪力墙结构。

(3)片筏基础:适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时采用。当基岩埋置深度很深,水下水位又很高,但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时,选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱,应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时,还要进行抗浮验算。

(4)复合基础:适用于层数较多或土质较弱时采用。可用于填土、饱和及非饱和粘性土。CFG桩复合地基是高粘结强度复合地基代表,目前它已大量应用于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。

3.结语

(l)高层建筑结构体系直接影响抗震性能,结构选型应满足以下要求:应具有必要的承载能力!刚度和变形能力;应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载! 风荷载和地震作用能力;应避免连续倒塌;结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布, 避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位;宜具有多道抗震防线。

(2)高层建筑结构选型应根据房屋高度。高宽比!抗震设防类别!抗震设防烈度。场地类别!结构材料!施工技术条件!工程造价等因素, 并应满足建筑使用功能的要求, 满足建筑造型艺术的要求,适应未来发展与灵活改造的需要, 在不违反规范的前提下, 选用适宜的结构体系。

参考文献

[1]沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]刘海卿,康珍珍,张丙军.高层建筑结构选型影响因素分析[J].科学技术与工程,2006(6).

桩筏基础论文范文第5篇

伴随着我国经济的快速发展，我国的城市化建设进程也在不断加快，高层建筑不断增加，由于高层建筑楼高层多，其结构稳定性非常重要。一个稳固的地基,对于保证高层建筑物的质量具有十分重要的作用。因此,深基坑支护技术以其自身具有的独特性、牢固地基以及较高的抵抗损害能力等优点,在建筑工程的施工中得到了较为广泛的应用。本文首先阐述我国深基坑支护工程的特点，分析了深基坑支护技术在我国建筑业应用的现状，对深基坑支护技术在建筑工程中的施工与应用进行了探讨，并对深基坑支护技术在未来的建筑行业的前景进行了展望。

【关键词】建筑工程、基坑支护、分析

中图分类号：TU198文献标识码： A

【前言】

随着经济建设的迅猛发展，我国各种建筑工程也日益增加,越来越多的为了节约空间、节省土地以及有效利用地下空间的深基坑工程也相继出现, 为确保建筑物的安全性和稳定性，要求建筑物的基础必须埋深地下和稳定，因此对深基坑工程的技术要求也越来越高。在比较大型的高层建筑施工过程中,深基坑支护技术作为其中最重要的环节,有利于保证建筑工程施工的顺利进行,确保施工的安全稳定。但是,通常情况下的深基坑支护技术又是属于临时构建的,支护结构的安全对于建筑工程的质量又有一定的影响。一旦发生深基坑坍塌事故，不仅会危及人身安全、造成严重的经济损失，还会造成强烈的社会负面影响。因此，基坑支护则是保证深基础顺利施工的关键。

1、基坑施工的技术特点

1.1、基坑的深度逐渐增加

城市的发展使得建筑物成本中地皮费用的比例增加，同时为了满足国家对于建筑物地下室及人防的要求，建筑投资者不得不向地下空间发展。

随着高层建筑越来越多,为了达到节约用地、遵循城市发展规划等目的,建筑逐渐呈现出朝地下发展的趋向。以往在大城市中的建筑中建造2层左右的地下室较为少见,而现在一些大城市以及沿海地区的城市地下室已经发展到3――6层，正因如此，深度由以往的15m左右变为现在的约20m左右，并且还有继续加深的趋势。

1.2、工程地质条件差，基坑周围环境复杂

在我国经济发达的沿海地区，建筑工程的地质条件普遍较差。城市建筑选址的范围受到整个城市整体规划的制约，不可避免的会遇到地质条件差的情况，这在沿海地区显得更加突出。

现在城市越发展，房屋和建筑物的密度越来越大，高层建筑主要集中分布在人口密集、建筑物密集的区域,并和市政公路相邻。往往建筑物的基坑处于周围高大建筑物环抱或者紧临重要的市政设施，通常来说,这种环境下的建筑物结构比较陈旧、地上和地下的管道线路密集分布。因此，对于基坑的要求不仅保证自身的安全，更不能影响周围建构筑物的安全。所以,深基坑的开挖一方面要确保基坑自身的稳定性,另一方面还要确保周围的建筑物不受到破坏。要注意地质环境恶劣,土层软弱中进行基坑开挖工作会产生极大的位移和沉降,对于周围建筑物、市政设施以及地下管线会造成严重的安全威胁。

1.3、基坑工程事故多

深基坑支护技术比较复杂,如果基坑支护技术没有效果时,容易导致相邻的房屋、道路以及地下的管道线路出现开裂的现象,引起不必要的工程纠纷事件,严重者造成建筑物破坏、巨大的经济财产损失以及人员的伤亡

1.4、基坑支护型式多

深基坑支护技术出现多样化,目前其技术种类已经多达数十种。

其中，挡土结构有：排桩与地下连续墙等，支撑拉锚结构有：钢管支撑、混凝土支撑、型钢支撑、预应力锚杆、预应力锚索、喷锚网支护等，及以上各种支护形式的综合使用。

目前,较为常用的深基坑支护技术方法主要有混凝土灌注桩技术、预制桩技术、人工挖孔技术、深层搅拌桩技术以及各类的墙、桩、板与锚杆联合支护技术。

2、深基坑支护工程施工存在的问题

2.1、涂层开挖和边坡支护不配套

深基坑工程施工进场出现支护施工远远滞后于土方施工，这使得需要搭设架子或者二次回填来完成支护结构。由于土方开挖和支护施工的特点，一些深基坑工程都是由两个施工单位来完成这两个项目，这样无疑加大协调管理的难度，尤其在雨天或者地下水较多的情况，这种问题会无限放大，正阳不仅影响基坑支护施工进度，其支护质量也很难保证，有可能给建筑留下安全隐患。

2.2、边坡修理达不到工程设计要求

深基坑施工最初阶段通常使用机械开挖，然后进行人工修坡之后开始支护结构施工，但是实际施工中可能出现边坡的平整度和顺直度不合乎工程要求，而边坡修理也只能够对机挖表面进行修理，很容易出现基坑边坡不合乎工程设计要求，最终影响工程进度。

3、建筑工程深基坑支护的应用探讨

将建筑工程深基坑支护应用到城市立体发展，完善的建设中是进行深基坑支护技术研究的最终目的。下面笔者就要对建筑工程深基坑支护的应用进行探讨。

笔者就以例子的方式展开探讨：例如城市的中心地区的一幢大楼，楼的总面积为124000平方米，地下面积为30000平方米，其总高度为100米。其基础建设为钢筋混泥土梁板筏基，高层采用钢筋混泥土。

因此，进行建筑工程深基坑支护建设时，首先就需要对建筑工程的地质结构进行勘察，在进行地质勘察时，就需要明确建筑工程所处位置的地形。勘测不同的地质土层，对其岩土与土体进行研究，并确定其稳定性。另外，在进行施工建设前，还应该推断出建设工程地基的承载标准值，从而保证建筑工程施工的地质结构、地貌环境能够稳定。

其次，对其施工环境的水文条件进行勘察。该建筑物具有100米，因此，在进行地质地貌勘察的同时，不能够忽视其水文条件的检查。在进行水文条件勘察时，就需要据实报道建筑工程的地下水情况，从而对施工的深度与钢筋环进行定位，保证深基坑技术施工保护层的厚度。

最后，保证施工支护的工作要点，锚杆是进行支护工作的重要工具。它就是在当地下室墙面深挖或基坑立壁土层掏空为开挖达到设计的深度后，或在进行扩大空的端部工作。在形成的孔内放入钢筋#钢管或钢丝束等抗拉材料，之后便注入化学浆液，从而形成抗拉力很强的锚杆。它能够有效的与土体结合在一起，使建筑结构稳定。这样不仅节约了劳动力，还加快了工程进度，提升了经济效益。

4、深基坑支护技术的展望

深基坑支护技术是建筑工程中重要的技术之一，与建筑业的发展息息相关，在整个建筑中发挥着重要的作用!随着我国城市化的进程加快，深基坑工程会越来越多，深基坑开挖与支护会越来越受到重视。

4.1、在布置桩以及地下连续墙体的承受力和变形的精确计算是比较困难的，也是最为复杂的一项工作，就拿计算的模型来说应该考虑到周围墙体相关的支撑体系和周围的土来进行综合的分析计算。目前在计算时常常简化为平面问题来进行分析，这种分析难以反映空间的整体效益和效果，今后需要从这三种因素来进行共同的分析计算。

4.2、在软土、淤泥等相关的地质条件中需要考虑变动的特点，因为在这种环境中会变形，相应的支撑会随着时间的延长而发生变形，在当前的技术条件下还不能精确地进行计算。

4.3、当前在深基坑支护中，当面临基坑平面面积较大时，采用较为复杂的支护时，尤其是用钢筋混凝土结构时，这种支护结构会随着气温的变化而收缩或者伸张，在计算这方面，目前只是做粗略计算，今后需要在这方面进行完善。

4.4、在深基坑排桩，地下连续体墙的结构中，由于受其内力的作用也容易发生变形，采用弹性支点法计算时，涉及地基土水平抗力系数m的取值；用竖向弹性地基梁方法计算时，被动区的弹性抗力与土的基床系数有关。由于土壤的结构类型比较多，各类的性质也不尽相同，在某些情况下，需要对被动区的土壤进行混凝土注浆加固，精确地确定m的取值显得至关重要。

【结束语】

总而言之，建筑工程的深基坑支护是一项较为复杂且系统的工作，由于深基坑质量的优劣直接影响整个建筑工程的质量，为此必须对其支护予以足够的重视。在实际工程中，应当充分结合具体情况优选支护技术措施，并确保施工质量和施工安全。这就要求施工人员应当了解并掌握深基坑支护技术的施工要点和质量控制措施，并在施工过程中严格按照规范要求进行施工。以此来确保深基坑支护的整体质量进而确保整个建筑工程的质量，这样不仅有利于提高施工企业的经济效益，而且还能进一步提高社会效益。

【参考文献】

[1]鲁海涛，《深基坑支护技术在甘肃省新闻出版中心工程中的应用》，《中国金属学会冶金建筑分会第四届青年学术年会论文集》，2011年01期

桩筏基础论文范文第6篇

关键词：圆筒形薄壳结构；脱硫塔；竖向应力；屈曲失稳；有限元软件 文献标识码：A

中图分类号：TQ053 文章编号：1009-2374（2015）05-0074-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0369

脱硫塔是烟气脱硫工艺的主体结构，为自立式大型薄壳结构。脱硫塔内部结构复杂，同时承受自重、液体压力、风荷载、地震荷载、操作压力等荷载作用，因此塔体的强度和稳定性计算十分复杂。考虑到薄壳结构容易发生屈曲失稳，脱硫塔的屈曲失稳控制标准也没有规范可以依据，有必要对脱硫塔的屈曲失稳原因及控制标准进行研究。本文以某钢厂拟新建的碳钢脱硫塔为研究对象，采用sap2000有限元软件对脱硫塔进行了数值模拟计算，分析了脱硫塔屈曲失稳的原因，总结了屈曲失稳控制的标准，为类似结构的屈曲失稳控制提供

参考。

1 分析模型

本工程为某钢厂烟气脱硫工程碳钢脱硫塔（图1），塔高42.340m，0.000～40.300m范围内为筒体，内径15.000m，40.300～42.340m范围内为穹顶。塔壁分别在高度12.750m及38.150m处有开口，12.750m处开口的投影尺寸为10.000m（宽）×4.500m（高），38.150m处开口的投影尺寸为12.000m（宽）×3.500m（高），两处开口四周设200×200×10箱型截面竖向加强构件及300×200×10箱型截面环梁，在脱硫塔内部的16.750m、20.250m、22.750m、25.200m、27.700m、29.900m、31.900m、33.900m设有工艺层，各层等效荷载依次为：2.547kN/m2、1.132kN/m2、1.132kN/m2、5.659kN/m2、1.132kN/m2、1.415kN/m2、1.415kN/m2、1.415kN/m2，塔下部0.000～9.000m范围内盛有重度为12.6kN/m3的溶液。

脱硫塔塔身各段长度及壁厚见表1，主要设计参数见表2。脱硫塔穹顶恒载按0.7kN/m2，活载按0.5kN/m2。

图1 脱硫塔立面图

表1 塔身各段长度及壁厚

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节

长度（m） 0.0～

3.0 3.0～

6.0 6.0～

10.5 10.5～

16.5 16.5～

31.0 31.0～

36.0 36.0～

40.3

壁厚（mm） 22 20 18 16 14 12 10

表2 主要设计参数

设计

压力 设计

温度 介质 基本

风压 地震

烈度 地震

分组 场地

类别

2.5kPa 50℃～

130℃ 含硫

烟气 0.35kN/m2 7度 第一组 Ⅱ

2 特征值屈曲分析

特征值屈曲分析的控制方程：

（1）

式中：

――弹性刚度矩阵

――荷载向量作用下的几何刚度矩阵

――特征值对角矩阵，即屈曲因子

――对应的特征向量矩阵，即屈曲模态

与式（1）对应的特征方程：

（2）

特征值屈曲分析按以下3种工况：1.0恒载+1.0活载+1.0静液压力（工况一）；1.0恒载+1.0活载+0.6风压+1.0静液压力（工况二）；1.0恒载+0.7活载+0.6风压+1.0动液压力+1.0地震荷载（工况三）。脱硫塔内压很小，强度和稳定性计算时可以忽略不计。

脱硫塔在上述荷载工况作用下，主要有两种屈曲失稳破坏方式：（1）塔壁开口处的屈曲失稳――主要是因为塔壁壳体开矩形口后，壳体强度和刚度受到很大削弱；塔壁开口上部存在荷重较大的工艺层。（2）塔壁底部的“象足”屈曲失稳――主要是由动液压力产生的环向应力和塔壁的轴向应力共同作用引起。

塔壁开口处的失稳，可以通过在开口的四周设竖向加强构件及环梁，在开口位置增加支撑立柱，来对塔壁开口进行补强，从而避免塔壁开口处的失稳破坏。因此，脱硫塔塔身的破坏形态主要表现为塔壁下部出现象足。塔壁轴向压应力主要由以下部分组成：塔壁自重产生的轴向压应力、塔顶恒、活荷载产生的轴向压应力、各工艺层荷重产生的轴向压应力以及地震弯矩引起的轴向压应力。因此，防止碳钢脱硫塔发生轴压失稳破坏的重点是控制塔壁下部的轴向压应力。

3 《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中对“象足”屈曲的控制以及中日美三国控制参数的对比

《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中地震等荷载作用下罐壁底部产生的最大轴向压应力应按下式

计算：

（3）

式中：

――罐壁底部的最大轴向压应力（MPa）

――竖向地震影响系数（7度及8度地震区

；9度地震区）

――罐壁底部垂直荷载（MN）

――罐壁横截面积（m2），

――翘离影响系数，

――底圈罐壁的断面系数（m3），

《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中罐壁许用临界应力计算公式：

（4）

式中：

――罐壁许用临界应力（MPa）

――设计温度下罐壁材料的弹性模量（MPa）

――底层罐壁有效厚度（m），即底层罐壁的名义厚度减去腐蚀裕量与钢板负公差之和

《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》中罐壁轴向应力校核应满足下式要求：

（5）

日本规范中罐壁许用临界应力折算计算公式：

（6）

美国规范中罐壁许用临界应力折算计算公式：

（7）

对比三国规范，我国的油罐设计规范对屈曲控制的安全裕度最高，美国的油罐设计规范对屈曲控制的安全裕度最小。虽然脱硫塔也属于薄壳类储罐结构，但是脱硫塔在内部结构上又不同于储油罐，而且受力较储油罐复杂，因此，对脱硫塔的屈曲失稳不能完全按照我国储油罐的设计规范来控制。

4 三种组合下脱硫塔的有限元屈曲计算分析

本模型采用通用结构分析与设计软件SAP2000建模计算。脱硫塔属薄壳碳钢结构，塔身设有环向加固肋，开口处还设有竖向加固肋。考虑到脱硫塔采用的是桩筏基础，塔底与基础采用的是螺栓连接，碳钢塔底采用壳单元模拟底面，同时，板底设置刚度为200000kN/m3的拉压弹簧来模拟塔底板与筏板的结合。

图2 有限元整体模型图

对于薄壳结构，局部风压的影响远大于整体风压的影响。模型利用SAP2000提供的API方法，参照《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）局部风压的计算方法对脱硫塔施加局部风压，施加风压后的受荷等值线图见图3。塔内溶液按节点样式的方法以活载的形式施加在塔壁上。由于塔内内压偏小，在塔壁的屈曲失稳计算中忽略了内压对塔壁屈曲失稳造成的影响。

图3 静水水压等值线图和局部风荷载等值线图

图4 工况1作用下塔壁失稳及失稳时塔壁竖向应力图

图5 工况2作用下塔壁失稳及失稳时塔壁竖向应力图

图6 工况3作用下塔壁失稳及失稳时塔壁竖向应力图

按照中国规范，根据式（4），直径15m、厚度18mm碳钢薄壳结构的屈曲临界稳定应力为37MPa；按照日本规范，根据式（6），直径15m、厚度18mm碳钢薄壳结构的屈曲临界稳定应力为81.6MPa；按照美国规范，根据式（6），直径15m，厚度18mm碳钢薄壳结构的屈曲临界稳定应力为102.1MPa。从软件计算结果看（图4～图6），工况1作用下塔壁屈曲失稳的竖向应力接近70MPa；工况2作用下塔壁屈曲失稳的竖向应力接近60MPa；工况3作用下塔壁屈曲失稳的竖向应力接近80MPa。对比三国规范的计算结果，塔的屈曲失稳的应力更接近日本规范的计算结果。

实际情况中，塔内上部存在填料层、喷淋层、除雾层等，且荷重较大，各层荷重及塔身自重是通过塔壁往下传递，因此会塔壁下部竖向应力较大；同时，塔身下部盛装有9m深的溶液，对塔壁下部形成较大环向应力，因此，失稳时的塔壁同时存在较大的环向应力和竖向压应力。特别是在风荷载、地震作用、动液压力等水平荷载作用下，塔壁下部会产生弯曲变形，进一步降低了塔体轴向的稳定性。

5 结语

（1）碳钢脱硫塔属于薄壳类结构，其受力比较复杂，在地震、风荷载、动液压力等水平荷载作用下，容易发生塔底的象足屈曲失稳；（2）《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》（GB 50341-2003）是针对储油罐的设计规范，碳钢脱硫塔和储油罐虽然都属于薄壳结构，但是碳钢脱硫塔在内部结构上又不同于储油罐，而且受力较储油罐复杂，个人觉得不能按照控制储油罐屈曲失稳的标准来控制碳钢脱硫塔的屈曲失稳；（3）对比中、日、美三国规范对控制储油罐屈曲失稳的计算取值，结合工程实例计算的脱硫塔屈曲失稳计算分析，在满足安全和经济性的前提下，控制碳钢脱硫塔的屈曲失稳的标准更适合参照日本规范对控制储油罐屈曲失稳的计算取值。

参考文献

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