高层建筑基础设计与选型

文/马松 辽宁天实城乡建筑设计咨询有限公司 辽宁锦州 121000

高层建筑基础设计与选型

文/马松 辽宁天实城乡建筑设计咨询有限公司 辽宁锦州 121000

高层建筑基础设计直接关系到建筑物的安全和造价，是高层建筑设计的关键一步，如何在满足技术要求的条件下优化设计、合理选型，本文阐述了作者在实际工程中的一些思考方法供同行设计人员参考。

高层建筑基础;基础设计;优化设计

引言：

随着我国经济的高速发展，高层建筑在我国的工程建设中的比重越来越大了，而高层建筑的基础作为高层建筑结构体系的一个重要组成部分，也历来被工程设计人员所重视。在进行地基基础设计时，选择合理的基础形式、准确的计算直接关系到建筑物的安全和造价。基础工程的费用与建筑物总造价的比例可为百分之几到百分之几十之间，安全、合理优化的基础方案是至关重要的。

经过多年的设计实践，现将高层建筑基础设计过程中应注意的一些问题总结如下：

一、高层建筑基础选型应考虑的因素

（一）上部结构设计对基础设计的影响很大，应多角度综合考虑：

1、如建筑物体型是否规则，这决定基础应力是否均匀。

2、建筑上部结构形式不同、刚度不同，基础计算模型也不应相同[1 ]。

3、地下室层数、深度和抗浮水位标高对基础设计的影响。对基础设计来说，基础的沉降由地基有效压力的增加而产生的，如果地基有效压力不变，则基础不会沉降，如果开挖地下室移去土的重量与增加建筑物重量基本平衡，那么建筑物的沉降量就会很小，如果抗浮水位较高应进行整体抗浮验算，若浮力远远超出建筑物自重，设计时必须采取措施加大结构自重，必要时应采用永久性抗浮锚桩。这里一定要注意地下水位并不一定是抗浮水位，设计人员一定要明确相关概念，避免错误计算给工程造成安全隐患。［3］

（二）充分考虑建筑物所在地的地质条件、持力层情况

持力层的承载力和压缩模量是基础选型极其重要的因素。基础设计一定要从承载力计算和变形计算两方面考虑。

（三）建筑物基础的施工工艺要考虑对周边环境的影响如振动、噪声及施工空间是否可以正常开挖、自然放坡，如施工空间有限则应采取相应的支护措施等；桩基础还要考虑桩的尺寸限制，施工工艺对周边环境的影响以及施工周期等诸多因素。

（四）基础选型造价、周期的综合比对，应从工程整体的经济效益全面考虑论证。

二、高层建筑常用基础类型的适用条件

1、柱下独立基础

适用于上部结构为框架结构，地质条件较好，荷载较小的情况。

2、条形基础

适用于地质条件较好，荷载较小但独立基础连片无法分开设置的情况。

3、筏形基础

是高层建筑常用的基础形式之一。主要适用于上部结构荷载较大，条形基础仍不能满足容许变形和地基容许承载力的要求。

4、箱形基础

在高层建筑基础中应用广泛，适用于上部荷载大，地基土承载力不高的情况，其刚度很大，整体性好，可以调节减少地基的不均匀沉降。

5、桩基础

主要适用于上层土较软弱，无法满足承载力及沉降设计要求，下层有能承受较大荷载土层作为桩基础的持力层。

三、高层建筑基础优化设计的建议

1、上部结构与地基、基础共同作用分析方法

高层建筑结构随着层数的增加，整体自重也将大大增加，在竖向荷载作用下，基础实际沉降是碟形的，整体结构边跨沉降与中部沉降是不同的，由于上部结构刚度的影响及筏板刚度的协调使得基础内力重分布，及各层竖向结构承重构件尤其是底层竖向结构承重构件内力重分布引起上部结构和基础内力的变化，共同作用整体分析中才能反映出结构内力的真实情况。高层结构基础设计时，若地基土压缩性较高，则基础宜适当加大刚度。当采用桩基础时，可考虑根据上部结构刚度、荷载分布情况布桩的方式如可在刚度或荷载较大的部位加大桩径或桩长，也可加密布桩，调整桩基的竖向承载力或支撑刚度，这样可减小基础沉降差，也可减小基础的内力，降低基础含钢量。［1］

2、高层建筑箱（筏）基础设计的建议

对高层建筑箱（筏）基础在竖向荷载作用下产生的内力由上部结构和基础按刚度进行分配、共同分担。上部结构与基础刚度比对上部结构及基础内力产生较大影响。在同一地基条件的情况下，上部结构其刚度增大，其基础内力会减小，相对挠曲随之增大；反之，基础内力随其本身的刚度增大而增大，相对挠曲随之减小。高层建筑箱（筏）基础设计时，考虑上部结构参与工作，并调整上部结构和基础为合理的刚度，合适的刚度比，单纯的一味的加大或减小其中的任何一项刚度都是不可行的，这样才能有利于降低基础的整体弯曲应力，计算出的整体弯曲基础钢筋应力比较符合实际，避免浪费。

3、高层建筑桩箱（筏）基础设计的建议

桩基础主要承担上部结构的竖向荷载，这样可大大减小箱（筏）基础整体内力，而且底板的基底土反力明显减小，箱（筏）基础的沉降也大大减小，一般情况下，上部荷载作用下桩顶反力的分布是不均匀的边、角桩反力较大，内部桩较小。因此高层箱（筏）基础设计时可不必要均匀布桩，根据刚度、荷载分布情况，调整桩基的桩径及桩距，使得桩顶反力分布均匀，也可考虑群桩效应充分利用桩间土承担一部分竖向荷载，适当加大桩距；若上部结构为剪力墙或核心筒则可适当加密桩距或增加桩长，可将桩沿刚度较大的竖向构件轴线布置，这样与整个箱（筏）基础下均匀布桩相比可以大大减少桩数、并减小底板内力，节约工程造价。

4、高层建筑基础后浇带设计的建议

结构设计工程师必须要计算高层建筑高、低层之间的沉降差后，再考虑基础先、后期沉降的比例问题，并了解后浇带对沉降差的释放情况，还要通过对工程地质条件和当地的地方性规范进行相当的了解，最后结合施工期间现场差异沉降量观测值在规范容许范围内时才可以进行后浇带混凝土的浇注。［3］

结语：

总之，高层建筑的基础设计是一个复杂的过程，在当今高层建筑高速发展的时代，深入高层建筑基础的研究使基础设计更加合理是我们结构设计工程师不断加强对结构原理、规范细节学习、探索的目标。

［1］许培福.黄小坤[S]《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2010 J 186-2010)》北京，中国建筑工业出版社.2011

［2］钱力航.宫剑飞[S]《高层建筑筏形与箱型基础技术规范(JGJ 6 -2011)》北京，中国建筑工业出版社.2011

［3］黄熙龄.腾延京[S]《建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011)》北京，中国建筑工业出版社.2012