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中国高层建筑的起源可以追溯到20世纪30年代的上海。最初的高层建筑大约有10层。当时,上海建了30-40栋这样的高层建筑。
自上世纪50年代以来,北京、广州等地的大型公共建筑中都建有高层建筑。20世纪70年代,全国各地相继兴建高层建筑,开始讨论高层建筑的基础方法和实际工程的现场试验,重点是解决箱形基础问题。上世纪80年代以来,随着改革开放的不断深入,各大城市和一些中等城市相继建成了高层建筑。
上世纪90年代,高层建筑的热潮真的兴起了,年轻的龚建飞也恰好赶上了那个时代,开始了他的建筑生活。
龚建飞,1970年2月出生,现任中国建筑科学院基础研究所副所长、基础工程有限公司副总经理
他说,20世纪80年代以前,高层建筑的基础形式主要是箱形基础,建筑形式简单,主楼和裙楼的整体结构少。对于带裙房的高层建筑,通过在高层和低层之间设置永久沉降缝来解决。随着经济的快速发展和大城市人口密度的增加,高层建筑地下空间的利用率大大提高。然而,传统的箱形基础不能满足停车场和地下商业设施对地下大空间的需要。筏板基础在发展地基承载力、调整地基不均匀沉降、抗震、地基基础经济性、周期性、地下空间开发利用等方面具有许多优点。大刚度箱型基础由大空间框架-筏板基础代替。
随着地下空间的利用,高层建筑基础的类型和功能发生了很大的变化,地下建筑面积大大超过了高层建筑的预计面积。许多建筑在由厚木筏组成的大面积地下建筑上建造了一个或多个塔楼和低层裙楼。此时,为了保证地下结构的完整性,每栋建筑之间没有沉降缝。因此,在设计中,提出了塔楼与裙房变形协调的可能性、多高层建筑之间的相互作用以及合理的间距。 首先,地基埋得很深。由于地下空间资源的充分利用,目前的建筑基础通常有3-5层地下室,因此建筑物的埋深通常为15~25m。其次,占地面积大。由于高层建筑与低层裙楼、地下车库的整体衔接,建筑占地面积通常达到数万平方米,单项工程面积达到数万平方米。
第三,荷载和刚度相差很大。由于在同一个大型底盘上建造了一个或多个不同楼层的塔和低矮的裙房,所以大型底盘上的荷载分布极其不均匀,结构刚度大不相同,基础偏心也会引起地基整体倾斜较小。
最后,将整个基础连接起来。由于使用功能和加强地下结构完整性的要求,在楼下高低层的连接处一外墙保温测试般不采用双壁、双柱和永久沉降缝,甚至在投资者要求时也不设置沉降后带,基础筏则是。整体相连。需要注意的是,筏板钢筋在后浇带处是连续的,主厂房在施工期间可以自由沉降。主体建筑结构施工完成后,可浇筑微膨胀混凝土,使主体建筑与其膨胀部分相结合。结构方面,裙房与主楼连接梁端部采用柔性连接。
针对上述工程建设要求提出的问题,中国建筑科学院基础研究所课题组在黄希玲院士的指导下,在复杂高层建筑中,对大型底盘整体基础设计技术进行了突破性的创新。通过多年的理论、实验研究和工程实践,确定了全厚筏板基础的板设计方法。该技术根据高层建筑埋深大的特点,可以在补偿土状态下控制高层建筑地下室的荷载或在非常小的状态下控制地下室的附加压力,充分利用回弹再压缩变形小的特点通过对裙房地基筏板高荷载的截面和有限扩散原理进行分区变厚度设计和变形控制设计,以解决大面积筏板沉降问题的沉降和差异,然后取消沉降缝或沉降后浇带,实现筏板的整体设计。 该技术的主要特点如下:第一,在大型地下框架厚筏结构中,在足够深的条件下,高层建筑下的筏板基础反应具有线性分布特征;筏板框架结构具有分散高层建筑荷载的作用,其影响范围有限。其次,揭示了大底盘厚筏基础在多塔下的变形特性和地基反力的分布规律:各塔在独立作用下产生的变形和反作用力分别沿径向向周边衰减和扩散。以每一塔下的一定范围为中心,在相同的影响范围内,沉降和地基反力可以相互叠加。第三,提出了将超高层部分的厚筏向外延伸一个跨度,然后逐渐改变板坯的厚度,从而减少了在高层部分下的地基附加应力,并提高了高层部分的稳定性。第四,在上部结构、筏板和基础共同作用下,筏板整体变形不规则、连续。在正常使用的极限状态下,其沉降量可根据弹性理论和叠加原理进行计算。第五,建立了考虑上部结构、基础和地基共同作用的大底盘厚筏基础简化计算模型。首先,节约材料。该技术采用天然地基,取消桩基础或地基处理,大大节约了钢材和混凝土。二是取消沉降后浇带,节省工期。第三,由于桩基或地基处理的取消,该技术可以减少泥浆排放和环境污染。四是与常规施工方法相比,应提前停止降水,节约水资源。第五,桩基和地基处理的取消,节约了地下30米深的地下空间资源,为城市深部地下空间的开发利用提供了较大的灵活性和技术保障。
据龚建飞介绍,该技术的应用解决了以下问题:首先,考虑上部结构刚度的影响,对多层高层建筑整体大面积基础的设计计算理论进行了探讨;高层楼板与底层楼板之间的基础;第三、大底盘高层建筑基础内力的计算精度;最后,对大型底盘高层建筑基础的抗浮设计。1,揭示了大底盘高层建筑的反力、基础应力场和地基变形特性的分布特征;其次,建立了考虑上部结构、地基和基础共同作用的简化整体分析模型;提出了考虑大面积有限扩散的高层建筑基础刚度的评估方法和基础筏板的设计方法;第四,提出了大底盘高层建筑的设计方法——基础变形控制指标及技术。提出了整体式筏板施工的施工措施;第五、提出了大底盘高层建筑基础的整体弯矩和局部弯矩控制设计指标和计算方法。
龚建飞自1995年初加入中国建筑科学研究院,并从黄希玲院士那里攻读博士学位以来,一直从事高层建筑基础研究20年。在此期间,他主持了数十项复杂项目的基础方案拟定和实施,如中石油大厦、首都机场T3航站楼、北京三里屯SoHo区、Shougang乾安2160mm热轧工程、沈阳新世界会展中心等。 长期从事复杂高层建筑基础理论、模型试验、现场试验和大跨度地下结构工程技术的研究与开发。他在整个大面积筏板基础的变形控制设计理论方面有了创新性的成果,并致力于推动成果的推广。他先后在北京、辽宁、河北等地30多个项目成功应用,经济效益和社会效益显著。龚建飞作为项目负责人或主要参与者,先后承担了国家科技支撑计划项目、科技部科研院所技术开发研究专项资金等十余项国家级和省级项目,获得省部级一等奖1项,二等奖2项,三等奖1项,省部级工程勘察设计二等奖2项,发明专利5项,实用新型专利2项,在国内外发表专题研究论文30余篇。
龚建飞也是《岩土工程学报》编辑委员会委员、中国建筑学会理事、中国建筑学会基础分会副会长、秘书长、中国土木工程学会岩土力学与岩土分会主任;中国城市轨道交通协会安全管理专业委员会委员、住房城乡发展部强制性规定协调委员会委员、城乡建设部基础标准化技术委员会委员、住房委员会委员;住房和城乡建设部防灾研究中心专家委员会副主任。