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Keywords: basic design; Structure optimization; Structure calculation; Select material; standard

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

一、引言

地基基礎是建筑結構主要的組成部分，關系的到整個建筑結構安全性與經濟性。安全性和經濟性歷來建筑工程中不可或缺的兩個方面，為了安全性而不考慮經濟性或者為了經濟性而不顧及安全性都是不可取的。通過優化設計在建筑基礎設計的安全性和經濟性之間尋求一個合理的平衡點是結構基礎設計的最終目的。

二、建筑基礎設計優化

結構基礎設計的優化首先從基礎選型和布置開始，通過結構計算來驗證基礎方案的準確性和可行性，再根據規范和實際工程經驗對建筑材料的選用進行合理的分析，使其得到充分的利用。

(一) 建筑基礎方案選擇

建筑基礎的合理選型與布置是整個結構設計中的一個極其關鍵的部分。有時對于同一種場地地基有多種基礎形式可供選用，而各種基礎形式的工程造價和施工難度是不同的；即使是同一種基礎形式，基礎布置的不同也可能對工程造價產生巨大影響。所以在基礎選型時，應充分考慮更方面的因素，權衡利弊，合理選擇，優化決策。

1) 建筑基礎方案的優選，首先要以準確的巖土工程勘察資料為依據。如場地工程地質條件、巖土物理力學性質、地基承載力、地下水位、場地土動力學參數等，這是基礎方案安全合理的基礎要素。通過對巖土工程勘察資料的分析，再綜合上部結構的結構形式，能夠確定合理的建筑基礎的形式和布置。

2) 建筑基礎的形式和布置確定后，應考慮基礎與上部結構的相互作用。建筑結構設計常規的方法是將上部結構和基礎二者作為彼此獨立，離散的結構單元進行力學分析。實踐表明，這種常規法計算得到的基底應力和基礎沉降量往往與實測值差別很大。因此，基礎問題的解決不宜單純著眼于基礎。另一方面，上部結構設計過程中，也應該注意由于地基沉降變形差異而引起的上部結構次應力，開裂等不良現象。故而，更應該把基礎與上部結構視為一個統一的整體，從二者相互作用的概念出發來考慮基礎方案。當然，基礎與上部結構的相互作用分析相當復雜，合理的方法應該從二者之間滿足靜力平衡和變形協調兩個條件出發進行分析，了解基礎剛度變化對上部結構內力的影響，上部結構對基礎變形的約束作用，以及采用不同地基計算模型可能在基礎和上部結構中產生的差異。

(二) 基礎結構計算

隨著計算機技術在結構基礎設計中的應用，基礎設計得到了不斷完善和發展，特別是在設計的精確性和可靠性方面顯示出了獨有的優勢。但也應該看到，計算機結構設計程序是被動的計算過程，主要程序由計算機完成，計算中不免出現誤差，故在結構計算中需注意：

1) 提高自主性而避免盲目依賴性。有時設計錯誤發生的原因是工程師過于依賴計算程序而導致。在依靠計算機計算過程中，工程師或設計員需提高計算的自主性，在設計中要對設計數據和計算結果進行反復的核對和審查，避免因計算機計算而導致的錯誤在實施中發生。特別是對基礎幾何尺寸、荷載數據的核對定要做到分毫不差。同時，在輸入計算過程中，需要對數據的真實性進行分析后采用，切不可盲目。

2) 合理選用計算結果。在計算過程中，計算參數的不同選擇會導致不同的計算結果，這些計算結果是否在結構基礎設計中和實際情況相符合，這就需設計師結合實際施工而進行分析。

3) 注意實際結構和計算模型差異。計算程序通常是以各種假定和理想狀態為前提的，而實際的結構承受力不可能達到理想狀態，所做的假設在實際中也因外在因素的不斷變化而發生變化，這就需要在結構基礎設計從實際和結果對比中找到契合點，如果結果和實際不符，則需要進行重新計算。

(三) 提高材料的利用率

在整個結構基礎中，要想讓造價得到降低，在安全的基礎上高效，還需要從用材的選擇上進行分析，做到物盡其用，合理而充分。

在施工中，構件的不同受力點、工作環境和材料的力學特點不同將決定著材料的利用率。如在鋼筋混凝土結構中，當柱子以受壓為主時，就需根據材料的抗壓性來進行選擇，以高標號混凝土為主，減小構件截面，增加使用空間；因梁板受彎為主，在選材中則選用高強度鋼筋，從而減少鋼筋用量。此外還需注意鋼筋混凝土結構中鋼筋與混凝土強度的匹配度，以達到最大限度地發揮出材料性能的作用。

在實際的結構基礎設計中因材料的選擇利用不當而造成的浪費現象十分普遍，如在基礎底板中因混凝土標號過高而造成混凝土不能發揮其應有作用，甚至為抵抗高強度的混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求，導致配筋量增加，造價提高等。

(四) 設計中對《規范》的正確理解和應用

《規范》是設計中的基礎，是必須遵守的標準。在結構基礎設計中，要達到安全而高效，就需要對《規范》進行研究學習并正確應用。一方面，要深度理解《規范》中的相關條文，以《規范》的要求為基本設計準則，根據具體設計對象、環境和構件的特點，參照工程安全性和經濟性要求，進行設計。另一方面，對《規范》中的構造措施要給予足夠的重視。因設計中很多工程師都過多注重計算機的計算結果而忽視了實際設計環境的分析，從而導致安全性和經濟性受影響。以抗震性為例，因抗震計算只是一種近似方法，設計需建立在震害和總結基礎上進行，故而對《規范》中的抗震設計原則和計算方法的遵循必須的，同時還要考慮抗震構造措施。

三、結語

基礎工程的造價在整個建筑工程造價中所占的比例較高，尤其在地質條件比較復雜的情況下更是如此。因此在建筑基礎設計過程中遵循合理選型、計算準確、材盡其用、符合規范的原則，對建筑基礎設計進行合理、細致的優化，能夠起到降低工程造價的作用。

參考文獻：

[1]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S]

[2] JGJ3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S]

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中圖分類號：TU2 文獻標識碼： A 文章編號：

引言

隨著國民經濟的不斷發展，建筑業作為我國的支柱產業亦得到了快速發展，并取得了巨大的成就及輝煌的成績。新時代下，配合可持續發展的主題，住宅建筑強調構筑物與人文、環境及科技的和諧統一；必須由傳統高效消耗型發展模式轉向高效生態型發展模式。住宅的生態性，即是以綠色為基礎，涵蓋生態、環保等可持續發展原則的新理念。近年來，因住宅建筑基礎設計不當，而導致墻體開裂、房屋傾斜甚至倒塌的事故時有發生，大家越來越關注住宅建筑美觀的同時，也更加關心住宅建筑的結構設計及基礎設計。

一．住宅建筑結構設計

住宅建筑結構設計是住宅建筑發揮使用功能的基礎，需遵守住宅建筑的功能、美觀、經濟和環保四項基本要求。具體設計階段包括四個部分：方案設計、結構分析、構件設計、繪施工圖，基礎設計在這四個階段均需參與。一個滿足安全、適用、經濟、便于施工等原則的基礎設計方案，是結構設計人員努力追求的目標。

二．住宅建筑的基礎設計

1、基礎設計的要求及類型選擇

1.1 基礎設計的要求

住宅建筑由于層數多，上部結構荷載很大，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，住宅建筑基礎設計時應滿足以下幾個方面的要求：

（1）基礎的總沉降量和差異沉降量應滿足規范規定的允許值；

（2）滿足天然地基或復合地基承載力及樁基承載力的要求；

（3）地下結構滿足建筑防水的要求；

（4）應綜合考慮經濟效益，不僅考慮基礎本身的用料和造價，還應考慮土方、降水、施工條件和工期等因素。

1.2 基礎類型的選擇

住宅建筑基礎的選型應根據上部結構、工程質地、抗震設防要求、施工條件、周圍建筑物和環境條件等因素綜合考慮確定，應選用整體性好、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。

天然地基上的筏形基礎比較經濟，宜優先采用，必要時也可以采用箱型基礎；當地質條件好、荷載較小且能滿足地基承載力和變形的要求時，也可以采用交叉梁基礎或其他基礎形式；當地基承載力和變形不能滿足設計要求上時，可采用樁基或其它合適的基礎形式。

基礎是否發生傾斜是住宅建筑是否安全的關鍵因素。住宅建筑由于質心高、荷載重，對基礎底面一般難免有偏心，故在沉降過程中，建筑物總重量對基礎底面形心將產生新的傾覆力矩增量，而此傾覆力矩增量又產生新的傾斜增量，傾斜可能隨之增長，直至地基變形穩定為止。因此，為減少基礎產生傾斜，應盡量使結構豎向荷載重心與基礎底面形心相重合。在新《高層規程》規定中，刪去了02規程中偏心距計算公式及其要求，并不是放松要求，而是因為實際工程平面形狀復雜時，偏心距及其限值難以準確計算。

2、基礎埋置深度的確定

住宅建筑必須有足夠的埋置深度，這主要是因為一方面足夠的埋置深度可以保證高層建筑在水平荷載（風荷載和地震力）作用下的地基穩定性，減少建筑物的整體傾斜；另一方面可以使地基的附加壓力減小，提高地基的承載力，減少基礎的沉降量，另外還有助于限制基礎在水平荷載作用下的擺動，使基礎的底面上反力分布趨于平衡。基礎的埋置深度對房屋造價、施工技術措施、工期以及保障房屋正常使用等都有很大的影響，因此，基礎設計時應根據實際情況選擇一個合適的埋置深度。

基礎的埋置深度指有效埋深，一般指自室外地面算起，天然地基算至基礎底面的下皮標高，樁基礎算至承臺的下皮標高；當室外地面不等高時，應按照較低的一側算起；當地下室周圍無可靠側限時，應從具有側限的地面算起。《高層規程》規定，高層建筑基礎的埋置深度，對天然地基或復合地基可取房屋高度的1/15；對樁基礎，可取房屋高度的1/18（樁長不計算在內）。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、穩定性要求及有可靠依據時，基礎的埋置深度可適當減少。

3、主要的基礎設計方法

住宅建筑常用的基礎形式有筏形基礎、樁形基礎、箱型基礎和交叉梁基礎，本文由于篇幅有限，僅就其中應用十分廣泛的筏形基礎和樁形基礎的設計方法簡單介紹。

3.1筏形基礎設計

3.1.1 筏形基礎及其設計方法

筏形基礎也稱為片筏基礎或筏式基礎，是住宅建筑中常用的一種形式，它適用于住宅建筑地下部分用作商場、停車場、機房等大空間房屋的情況。筏形基礎整體剛度大，能有效調節基底不均勻沉降，并有較好的防滲性能。

筏形基礎可分為平板式和梁板式。平板式是一塊厚度相等的鋼筋混凝土平板，其厚度通常為1-2.5m，故混凝土用量大，但施工方便，建造速度快。梁板式的底板厚度較小，在兩個方向上沿柱列布置有肋梁，以加強底板剛度，改善底板受力。

筏形基礎的設計方法根據采用的假定條件不同可分為剛性板方法和彈性板方法兩大類。當地基土比較均勻、上部結構剛度較好、平板式筏形基礎的厚跨比或梁板式筏形基礎的肋梁高跨比不小于1/6、柱間距及柱荷載的變化不超過20%時，高層住宅建筑的筏形基礎可僅考慮局部彎曲作用，按倒樓蓋法（即剛性板方法）進行計算。

3.1.2 筏形基礎的配筋計算及構造

筏形基礎的底板一般僅進行正截面承載力計算，肋梁應進行正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力計算。對平板式筏基，按柱上板帶的正彎矩配置板內底部鋼筋，按跨中板帶的負彎矩配置板內上部鋼筋。鋼筋間距不應小于150mm，宜為200-300mm，受力鋼筋直徑不宜小于12mm。采用雙向鋼筋網片配置在板的頂面和底面。筏形基礎的配筋除滿足計算要求外，平板式筏形基礎的底板和梁板式筏形基礎的肋梁，其縱橫方向的底部鋼筋尚應有1/2―1/3貫通全跨，且其配筋率不應小于0.15%，頂部鋼筋按計算配筋全部貫通。

筏形基礎的混凝土強度等級不宜低于C30，墊層厚度通常取100mm。當有防水要求時，混凝土的抗滲等級按規范要求確定。當采用剛性防水方案時，同一建筑的基礎應避免設置變形縫，可沿基礎長度每隔30-40m留一道貫通頂板、底板及墻板的施工后澆帶。

3.2 樁基礎設計

3.2.1 樁基礎及其類型

樁基礎是住宅建筑中廣泛采用的基礎形式，適用于建筑上部結構荷載較大、地基在較深范圍內為軟弱土且采用人工地基不具備條件或不經濟的情況。樁基礎由承臺和樁身兩部分組成（如圖3.1所示），承臺承受上部結構傳來的荷載，并把它分布到各根樁上。因此，在承受豎向荷載時，樁基礎的作用是將上部結構的荷載通過樁尖傳遞到深層教堅硬的地基中，或通過樁身傳遞給樁身周圍的地基中；對于水平荷載，主要是依靠承臺側面以及樁上段周圍土體的擠壓力來抵抗。

樁基礎的分類方法比較多，按照樁的傳力方式可分為摩擦型樁和端承型樁，按樁身材料的不同可分為混凝土樁、鋼樁和組合材料樁。樁的類型選擇應該根據上部結構、施工條件和經驗、制樁材料供應條件等綜合考慮，做到技術先進、經濟合理，確保工程質量。

圖3.1 樁基礎示意圖

3.2.2 樁的布置和承臺構造

樁的布置至少應符合以下四個條件：

（1）等直徑樁的中心距不應小于3倍樁橫截面的邊長或直徑；擴底樁中心距不應小于擴底直徑的1.5倍，且兩個擴大頭間的凈距不宜小于1m。

（2）布樁時宜使各樁承臺承載力合力點與相應豎向永久荷載合力作用點重合，并使樁基在水平力產生的力矩較大方向有較大的抵抗矩。

（3）平板式樁筏基礎的樁宜布置在柱下或墻下，必要時可滿堂布置，核心筒下可適當加密布樁；梁板式樁筏基礎的樁宜布置在基礎梁下或柱下。

（4）柱頂嵌入承臺的長度，對大直徑樁不宜小于100mm，對中小直徑的樁不宜小于50mm，混凝土樁的樁頂縱筋應伸入承臺內，其錨固長度應符合現行國家標準。

樁基承臺是上部結構與樁之間相聯系的結構部分，其平面形狀有三角形、矩形、多邊形和圓形等。樁基承臺的構造，除要滿足抗沖切、抗剪切、抗彎承載力和上部結構的要求外，承臺的寬度不應小于500mm。邊樁中心至承臺邊緣的距離不宜小于樁的直徑或邊長，且樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不小于150mm；對于條形承臺梁，樁的外邊緣至承臺梁邊緣的距離不小于75mm。承臺的最小厚度不應小于300mm。

承臺的配筋：對于矩形承臺，其鋼筋應按雙向均勻通長布置，鋼筋之間不宜小于10mm，間距不宜大于200mm；對于三樁承臺，鋼筋應按三向板帶均勻布置，且最里面的三根鋼筋圍成的三角形應在柱截面范圍內；承臺梁的主筋除滿足計算要求外，還應符合混凝土結構設計規范關于最小配筋率的規定，縱筋直徑不宜小于12mm，架立筋不宜小于10mm，箍筋直徑不宜小于6mm。承臺混凝土強度等級不應低于C20，縱向鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于70mm，當有混凝土墊層時不應小于40mm。

三、結束語

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，對住宅建筑結構設計也提出了更高的要求，對基礎的設計也更加注重。總之，結構設計是個系統、全面的工作，需要扎實的理論知識，靈活的創新思維和嚴肅的工作態度，設計人員必須認真對待每一個基本構件的計算，做到知其所以然，不斷學習先進的計算理論，加快高強、輕質、環保等新型建材的研究與應用，使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟。

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一、前言

隨著經濟的發展和土地的減少，高層建筑也越來越普遍，越來越高。建筑師對外形的需求，出現了大量體型相對較復雜的建筑，寫字樓、商場、酒店、住宅等一體綜合建筑，由于使用功能的要求,同時需要大量的停車位,為解決足夠的汽車停放位置，就必須設置地下停車庫。也就形成了主、裙樓一體或主、裙樓很近的建筑。本文結合實際設計工程，就阿克蘇地區某綜合商業高層建筑基礎設計為例，簡要談談高層建筑基礎的設計。

二、工程簡介

2.1工程概況

本工程處于高烈度地區，抗震設防烈度8度，地震加速度0.20g，場地類別三類。地下室兩層，地上24層，地上高度94米，五層以上立面收進，五層以上平面不規則。結構選型采用框架剪力墻結構。

2.2工程地質情況

根據巖土工程勘察報告，場地土層分布自上而下分別為：①雜填土層，厚度1.4m~2.1m；②粉土層，厚度17.1m~19.7m，地基承載力特征值為160KPa；③圓礫層，厚度未揭穿，地基承載力特征值為300KPa。

三、基礎結構方案選擇

本工程塔樓基礎占地面積1576m2，塔樓總荷載重量為617792kN，即要求地基平均承載力為392kPa。基底標高-11.0m，基礎持力層的地基承載力特征值僅僅為160KPa，顯然天然地基不能滿足實際需要的地基承載力的需求。地質勘察單位的地勘報告結合當地施工經驗給出的方案是地基處理。本工程主樓層數較多，基底壓力大，地基沉降量也大，裙房和地下車庫層數較少，基底壓力也相對較小，地基沉降量較小，主、裙樓的差異沉降也較大。對于高層建筑，變形往往起著決定性的控制作用。本工程基礎設計中解決差異沉降是關鍵問題。

為避免沉降差造成房屋開裂甚至破壞，早期做法通常是在主、裙樓之間設置沉降縫來解決兩者間的沉降差，并采用雙柱或雙墻等措施是結構完全斷開，讓沉降兩側結構自由沉降。主樓的沉降較大，為避免裙樓基礎受到影響，采取如裙房不設地下室或減少裙房地下室層數以及增加主樓地下室的層數，是主樓基礎仍有一定的埋置深度及側向約束；考慮裙房基礎避讓，裙房基礎遠離主樓基礎等，主樓和裙樓間沉降縫的設置給建筑布局也帶來很大局限，雙柱、雙墻及裙樓懸挑也極不經濟。尤其在高烈度地震地區，由于碰撞產生的震害往往比一些地下整體地上分縫的建筑震害大。在本工程中設置沉降縫是實際情況不允許的，只能不設沉降縫，從布置和技術措施上減少沉降差。

主要通過減小主樓沉降的同時加大裙樓沉降的技術措施，以達到減小差異沉降的目的。可選用的技術措施有：1）減小主樓沉降：采用壓縮模量較高的中密以上砂類土或砂卵石作為基礎持力層，其厚度一般不小于4m，并均勻且無軟弱下臥層；主樓采用整體式基礎，擴大基礎底面面積，減小基底總壓力，從而減小基底附加壓力；主樓采用加固方法，適當提高地基承載力和減小沉降差；主樓可采用樁基礎或復合地基。2）加大裙樓沉降：裙樓基礎應盡可能控制底面積不致過大，采用整體性差，沉降量大的獨立基礎或條形基礎；地下水位較高時，可采用獨立基礎加防水板或條形基礎加防水板，防水板下應設置一定厚度的易壓縮材料，使之避免因獨立柱基或條形基礎沉降時與防水板成為滿堂底板；裙樓基礎埋置深度小于主樓，使裙樓基礎持力層土的壓縮性高于主樓基礎持力層的壓縮性；裙樓與主樓采用不同的基礎形式，主樓采用樁基礎或復合地基，裙樓采用天然地基。

結合實際情況本工程最后確定方案為地基采用CFG復合地基，主樓提高地基承載力特征值至400KPa，裙樓及地下車庫提高地基承載力特征值至250KPa。由于主樓層數較多，基底反力大，地基沉降量也大，決定主樓采用混凝土用量少，結構剛度大的梁板式筏形基礎，裙樓層數較少，基底壓力也相對較小，地基沉降量較小，并且其中的一個框架柱離主樓較近，裙樓采用條形基礎，其余主、裙樓外擴地下室采用獨立基礎。

四、梁板式筏基的結構設計

4.1 筏板基礎的平面布置

盡量使建筑物重心與筏基平面的形心重合。筏基邊緣宜外挑，挑出寬度應由地基條件、建筑物場地條件、柱距及柱荷載大小、使地基反力與建筑物重心重合或盡量減少偏心等因素綜合確定，一般情況下，挑出寬度為邊跨柱距的1/4～1/3。

4.2梁板式筏基截面的確定

筏板基礎的厚度由抗沖切和抗剪強度確定，同時要滿足抗滲要求，局部柱距及柱荷載較大時，可在柱下板底加墩或設置暗梁且配置抗沖切箍筋，來增加板的局部抗剪切能力，避免因少數柱而將整個筏板加厚。除強度驗算控制外，還要求筏板基礎有較強的整體剛度。一般經驗是筏板的厚度按地面上樓層數估算，每層約需板厚50mm~80mm。本工程主樓地上24層，估算梁板式筏基梁截面900×2000，筏板厚度為900mm；由于板跨較大，在板跨中加設次梁。

4.3基礎的內力分析

筏板基礎的內力分析常用簡化計算方法，其最基本的特點是將由上部結構、基礎和地基3部分構成的一個完整的靜力平衡體系，分割成3個部分，獨立求解。倒樓蓋法是應用得最廣泛的一種簡化計算方法。倒樓蓋法適用于地基比較均勻、筏板基礎和上部結構剛度相對較大、柱軸力及柱距相差不大；其缺點是完全不能考慮基礎的整體作用，也無法計算撓曲變形，夸大上部結構剛度的影響。

上部結構、基礎和地基三者的關系是相互影響、相互制約的關系。把上部結構、基礎和地基三者作為一個共同工作的整體的計算方法，其最基本的假定是上部結構與基礎、基礎與地基連接界面處變形協調，整個體系符合靜力平衡。對于基礎，由于考慮了上部結構剛度的貢獻，使其整體彎曲變形和內力減小，而取得較為經濟的效果；對于上部結構，由于考慮了因基礎變形引起的變形，這種變形將使上部結構產生次應力，考慮了這種次應力，結構將更安全。

本工程由于處理后的復合地基的地基承載力特征值的不同，基礎形式的差別，在實際設計中對梁板式筏基、條形基礎和獨立基礎分別分兩次進行計算基礎面積和配筋。

4.4后澆帶設置

由于本工程結構長度超出規范要求，為減少混凝土強度產生過程中的收縮應力和消除在施工中產生的不均勻沉降，在主樓內部和裙房一側設置用于控制收縮和沉降差的后澆帶，因為收縮后澆帶和沉降后澆帶的封帶時間不同，要根據實際工程的現場沉降實測值和計算的后期沉降差滿足設計要求后，方可進行后澆帶混凝土澆筑。

五、結語

高層建筑基礎設計是整個結構設計的重要一環，其設計合理與否，關系到建筑物的安全和使用及施工工期和投資額度。本文通過工程實例，對高層建筑基礎設計進行探討，重點介紹了解決主、裙樓差異沉降的問題和根據場地條件來確定基礎選型。

參考文獻：

[1] JGJ 3-2010高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.

[2]GB50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2011.

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建筑基礎在建筑工程占有極其重要的地位，其設計質量的優劣對建筑工程的穩定性有巨大影響。隨著經濟的發展和人們物質生活水平的不斷提高，建筑施工技術和建筑材料的不斷更新和進步，人們對建筑物的功能要求也越來越高了，不僅要滿足基本的使用功能，同時還要滿足抗震等一些特殊的要求，這也就提高了人們對建筑物基礎設計的要求。

1 建筑的基礎設計需考慮的因素

高層建筑的基礎設計對保證建筑物的正常使用和安全至關重要,是高層建筑結構設計的重要內容。高層建筑結構的基礎應綜合考慮地基土質情況、上部結構形式、有無抗震設防要求、場地環境和施工技術等因素。基礎設計應根據建筑上部的結構類型、規模、荷載、整體剛度、對不均勻沉降的敏感性以及建筑下部工程地質條件、地層結構、各土層的物理力學性質、地基承載力、地下水位埋深與水質、當地凍深等因素因地制宜進行。當然，施工技術和施工材料等其他因素，也是全面考慮基礎形式選擇的條件。

2 地基基礎方案的類型

基礎是建筑物和地基之間的連接構件。這是建筑物以及構筑物的主要承重部分，所以基礎的設計和選擇是非常重要的。當建筑場地土質均勻、堅實、性質良好、地基承載力也適宜時，對于一般建筑，可將基礎直接座在淺層天然土層上，稱為天然地基上淺基礎。以下有幾種常用基礎形式及適用情況。砌體結構通常采用的是剛性條形基礎。有灰土條形基礎、毛石混凝土條形基礎以及四合土條形基礎等。如果基礎的寬度超過2.5m 時，也可采用柔性基礎即鋼筋混凝土擴展基礎。框架結構、無地下室、地基土剛性比較強、上部荷載作用也比較小時，適宜選用單獨的柱基，并且要設置一些柱基間拉梁來承擔一層墻體，或者是采用鋼筋混凝土條形基礎來增強地基的穩定性。但在地基剛性比較弱、荷載的作用力也比較大時，為了有效的增強建筑的整體性，避免地基的不均勻沉降，則應該選擇十字交叉梁條形基礎。如果上述的基礎強度仍不能滿足建筑設計的要求，也可以選用梁筏基礎。

框架結構、有地下室、上部結構對基礎的不均勻沉降的要求比較嚴格而且對于基礎的防水功能要求也比較高時，可選用梁筏基礎。它對上部建筑物荷載大、地基軟弱、地下防滲要求高的建筑具有明顯的優勢。高層建筑荷載大、高度大，按照地基穩定性的要求，基礎埋置深度大，常采用箱形基礎，這種基礎由現澆的鋼筋混凝土底板、頂板、縱橫外墻與內隔墻組成箱形整體。它剛度大、整體性好，可利用箱形空間作為停車場、商場活動廳、儲藏室、設備層等。

當建筑地基土層軟弱，壓縮性高，強度低，無法承受上部荷載時，需經過人工加固處理后作為地基，稱為人工地基。一般采用的加固處理地基的方法，有機械壓實法、強夯法、換土法、預壓固結法、擠壓法、振沖法、化學加固法等。當建筑地基上部土層軟弱，設計天然地基淺基礎不滿足地基強度或變形要求，或是采用人工加固處理地基不經濟或時間不允許時，可采用樁基礎或深基礎。當處于地震區高層建筑埋置深度不小于建筑物高度的1 /15，采用淺基礎不能滿足要求，也就只能用樁基礎和深基礎。

常用的深基礎類型包括: 樁基礎、大直徑樁墩基礎、沉井基礎、地下連續墻、樁箱基礎等等。此處將應用廣泛的樁基礎著重介紹。在建筑基礎設計中，樁型的選擇必須結合建筑物的實際使用要求、工程地質狀況、上部結構類型、施工條件、荷載大小與分布情況、周圍環境等因素，合理選擇最為合適的樁型，從而保證設計方案更具可行性。

預制樁，其中包括: 預應力混凝土管樁、混凝土方形樁等，主要適宜持力層上覆蓋為松軟土層，沒有堅硬的夾層，對密實的中間夾層或碎石土難以穿越，且不能穿越凍脹性質明顯土層；持力層頂面的土質變化不大，樁長易于控制，減少截樁或多次接樁；水下樁基工程；工期比較緊的工程，因已在工廠預制，可縮短工期。常用的施工方法有: 錘擊法、靜壓法等，在國內的建筑基礎設計中得到了廣泛的應用。

灌注樁系指在工程現場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。對于淤泥、粘土、砂層、巖石等各種土層都適用，且能在水位以下施工，施工工藝也比較成熟，承載力大。對于多層、小高層等建筑，可以考慮用小直徑的摩擦樁或摩擦端承樁，利用上部土層的樁側及樁端阻力，單樁豎向承載力可達100t～300t左右。對于高層、超高層等建筑，可以考慮采用大直徑的端承樁，穿過軟弱土層并錨入基巖，以巖層作為持力層，單樁豎向承載力可達300t～1 000t左右甚至更高鋼樁，其中主要包括: H型鋼樁、鋼管樁等，但是由于整體工程費用較為昂貴，一般工程中不宜采用。在建筑基礎設計中，如果場地的硬持力層相對較深，如果采用超長摩擦樁、混凝土預制樁、灌注樁存在工藝或技術方面的難題，可考慮在設計方案中采用鋼樁，其可以穿過較硬的土層、風化巖層。

3 建筑基礎設計的注意事項

在建筑基礎設計中，結合筆者的經驗，總結了以下注意事項:

1) 基礎設計中必須考慮建筑上部結構的荷載，以及基礎與地基之間的共同作用，并采取有效的強化措施，以加強上部結構的實際剛度與強度；

2) 對于已經選定的建筑基礎設計方案，應按照建筑物的基礎設計等級，選擇最具代表性的場地進行現場試驗與測試，以檢驗各種設計參數與加固措施的實際效果，避免在施工中遇到各類問題；

3) 在建筑基礎設計過程中，必須按照基礎的承載力確定其面積及樁基埋深等，對于基礎的承載力特征值等進行必要的修正；

4) 在符合規定的受力范圍內，如果存在軟弱下臥層的問題，必須經過認真的計算與試驗，進行軟弱下臥層承載力的驗算，從而得出正確的設計方案；

5) 根據建筑物各部分結構荷載的差異，以及建筑物之間的施工順序與聯系方法等，在基礎設計中應按照相關規范與地區經驗，對于基礎變形允許值及相關參數提出相應的設計要求；

6) 復合建筑基礎設計中，應滿足建筑物承載力與變形的基本要求，特別是在膨脹土、欠固結土、可液化土、濕陷性黃土等特殊地質條件下進行基礎設計時，必須綜合考慮土體的實際性質，選用適當的施工與強化工藝。

篇5

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422(2007)01．0085-02

收稿日期：2006-09-26

作者簡介：晏文鋒(1967－)，男(漢族)，湖南新化人，高級工程師。

1　前言

隨著我國經濟的高速發展，高層建筑在我國的工程建設中也越來越普遍，而高層建筑基礎作為高層建筑結構體系的一個重要組成部分，也日益被業內人士所重視。這是因為高層建筑基礎承擔著將高層建筑上部結構的荷載傳遞給地基的重要作用，在設計時，應將高層建筑上部結構、基礎與地基協同考慮。在地震區，凡是地基基礎好的，建筑結構所受到的破壞就輕，危害就小，否則就破壞嚴重。在工程質量事故中，如果基礎工程出現質量問題，補救起來相當困難，還會給工程造價和工期帶來較大的影響。所以，在進行地基基礎設計時，除了保證基礎本身應具有足夠的強度和剛度外，還應考慮地基的強度、穩定性及變形的要求，為使基礎設計更合理，應綜合考慮上部結構、基礎和地基的共同作用。

高層建筑基礎工程的重要性，還表現在基礎工程在高層建筑的工程造價中占有較大的比重。基礎工程所耗費的鋼材、水泥用量多，施工難度大，一般情況下基礎工程造價占土建工程總造價的20％左右，工期占土建工程的20-30％，當地質條件復雜時，其造價和工期所占的比重還會增加。因此，選擇合理的基礎形式與計算方法，是保證建筑結構安全，降低工程造價的一個有效措施。

高層建筑基礎的重要性，還表現在基礎形式的多樣性和影響因素的復雜性。在一些地質條件差的地區，基礎的設計與施工涉及面廣，它不僅與上部結構和基礎本身有關，還與地基土的性質、水文條件、周圍環境等因素相關。基礎工程在雨季施工時，也會給施工增加很多困難，還會造成一些局部的返工，土建工程拖延工期往往就和基礎工程進度有關。因此，選擇合理的基礎形式對縮短施工工期也是具有重要意義的。

2　高層建筑基礎選型的主要依據

在基礎工程設計中，根據各地區不同的地質條件，選擇合理的基礎型式，是個關鍵問題。一般情況下應考慮以下條件：

2．1高層建筑基礎首先應滿足基礎本身的強度要求，上部荷載分布應盡量均勻；

2．2基礎應支承在較堅固或較均勻的地基上，應考慮持力層及其下臥層的整體穩定，同一棟建筑不宜采用多種不同類型的基礎型式；

2．3高層建筑基礎設計，應滿足建筑物使用上的要求，例如人防要求、設置地下車庫、地下酒吧、地下商場、地下餐廳等要求。

2．4高層建筑基礎設計，應滿足構造的要求，如高層建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心與結構豎向靜荷載重心相重合，對偏心距的要求、沉降控制等；

2．5根據上部結構的不同結構形式(框架、框剪及剪力墻結構)選配合理的基礎型式；

2．6高層建筑基礎．一般埋置較深，因此，應考慮深基坑開挖及地下水抽排對周圍建筑物的影響，以及地下水造成施工難度的增加和對工程質量的影響。

3　高層建筑基礎選型時應考慮的因素

高層建筑基礎設計比一般建筑基礎要更復雜，總的來說，它具有荷載大、埋置深及要求嚴的特點，在選擇基礎型式時與建筑物的使用性質、上部結構類型、地質情況、抗震性能、對周圍建筑物的影響及施工條件等有密切的關系。在一般情況下，在基礎選型與設計時應考慮以下因素：

3．1當上部結構為框架結構、無地下室、地基較好、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，減少不均勻沉降，可選用十字交又鋼筋砼條形基礎或樁基，如仍不能滿足要求，又不采用樁基或其他人工地基時，可以選用筏基；

3．3當上部結構為框架或剪力墻結構、有地下室、上部結構對不均勻沉降限制較嚴、防水要求較高時，可選用箱基；

3．4當上部結構為框一剪結構、無地下室、地基條件較好時，可采用十字交叉鋼筋砼條形基礎或筏基；

3．5當上部結構為框一剪結構、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，可選用十字交叉剛性墻基礎；

3．6筏基上柱荷載較小或中等、柱距較小且等距的情況下宜采用無梁筏板基礎，當柱荷載相差大且柱距又較大時，宜采用梁板式筏基；

3．7當地基較差或很差時，采取上述各類型基礎仍不能滿足設計時，可選用樁基或其他有效的人工地基；

3．8高層建筑如遇下列情況，與深基礎或其它人工地基相比較經濟，且施工條件又可能時，可采用樁基；

3．8．1地基軟弱，作為天然地基，其承載力或沉降量不能滿足現行規范要求時；

3．8．2相鄰建筑物之間相互影響，地基將形成過大的不均勻沉降時；

3．8．3對沉降有特殊要求時；

3．8．4限于現場既有建筑不允許開挖，又無其他施工手段時；

3．8．5土層變化較大、厚度不均勻或下臥基巖面起伏相差較大而將引起過大的不均勻沉降時；

3．8．6采用深埋天然地基，在經濟上、施工條件上進行比較又不經濟時。

4　巖土工程勘察在高層建筑基礎選型與設計中的作用與要求

巖土工程地質條件是隱蔽、復雜和可變的，這種可變性既來自天然條件變化的影響、也來自人類活動的影響。可變的巖土特性和復雜的工程建設相互作用，可能引起各種后果。而設計與施工單位主要著眼于基礎和上部結構的設計與施工，勘察單位則著重于了解和反映巖體和土體現有的特性，這就是多年來地基處理和基礎工程浪費大而有時還難免出事故的根本原因。所以，每一項巖土工程任務，均帶有相當程度的研究性質，搞得好可以給設計提供可靠依據、確保工程質量、縮短工期、節約建設資金，搞不好也可能浪費大量資金，甚至還可能導致工程事故，造成生命財產嚴重損失和生態環境的破壞。

雖然建設場地的地質條件在多數情況下是隱蔽的，但目前的工程勘察和技術手段，一般還只能做到相對的準確。例如，規范規定勘察鉆孔的最小間距，地質剖面圖上兩鉆孔之間的地層實際上是靠推斷勾繪的，埋藏在土層以下的石灰巖層面起伏變化是無法繪出其真實情況的；巖石風化帶的厚度也很難確定；卯礫石層密實程度和所含的砂與粘性土也是變化很大的。象將這樣相對準確的地質資料提供給設計人員，設計人員也只能作出相對準確的地基處理與基礎設計，在施工過程中不可避免的要根據地質條件的變化而修改設計。

如何使工程勘察更加準確地反映建設場地的工程地質條件，使勘察成果能給基礎設計提供更可靠的計算參數和設計依據，那么在工程地質勘察時，應結合當地工程實踐經驗和建筑擬采用的基礎型式，有針對性地提供相關資料。

4．1當考慮采用天然地基時應查明建筑物荷載影響范圍內地基土的物理力學性質、土層分布、深度、厚度及均勻性，以及有無不良工程地質現象，如古河道、古池塘、坑道、土洞等，對地基的穩定性及承載力、變形指標等作出評價。對巖石殘積土地區，還應劃分出殘積土中由巖脈分化成的相對軟弱層。

4．2當考慮采用沉管灌注樁及預制樁時，應查明在樁基影響范圍內各土層巖性、分布、深度、厚度，應提供標準貫入試驗擊數值，對花崗巖和下古生界的混合巖分布區，尚應著重查明殘積土中的未風化球體及巖脈的存在，并提供各土層的承載力及樁周摩擦力。

4．3當考慮采用沖、鉆、挖孔樁時，應查明建筑物范圍內第四系地層與基巖的分布、埋深、厚度，并提供各土層的承載力及樁周摩擦力，應劃分土層與巖層及各種風化帶分界線，及巖層中有無斷層構造帶，并查明其產狀及寬度、厚度。

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1 基礎設計要點

任何建筑物基礎設計前必須掌握足夠的資料，這些資料包括兩大部分: 一部分是地質資料，另一部分是有關上部結構資料。對這些資料的要求可根據需要而有所區別。對于高層建筑一般要求更詳細的資料，在分析地質資料時應注意對地基類型進行判別并考慮可能發生的問題，要研究土層的分布，查明地下水及地面水的活動規律，調查擬建建筑物周圍及地下的情況，在分析上部結構時應特別注意建筑物的重要性、建筑物體型的復雜程度和結構類型及其傳力體系。任何一個成功的基礎工程都必須能滿足以下各項穩定性及變形要求:

1) 埋深應足以防止基礎底面下的物質向側面擠出，對單獨基礎及筏形基礎尤為重要。

2) 埋深應在凍融及植物生長引起的季節性體積變化區以下。

3) 體系在抗傾覆、轉動、滑動或防止土破壞( 抗剪強度破壞) 方面必須是安全的。

4) 體系對土中的有害物質所引起的銹蝕或腐蝕方面必須是安全的，在利用垃圾堆筑地時，這點尤為重要。

5) 體系應足以對付以后在場地或施工幾何尺寸方面出現的某些變化，并在萬一出現重大變化時能便于變更。

6) 從設置方法的角度看，基礎應是經濟的。

7) 地基總沉降量及沉降差應為基礎構件和上部結構構件所容許。

8) 基礎及其施工應符合環境保護標準的要求。

2 基礎的選型

基礎結構的形式很多。設計時應選擇能適應上部結構使用、滿足地基基礎設計兩項基本要求以及技術上合理的基礎結構方案。作為整體結構之一的基礎，其不可替代的功能決定了基礎設計除需滿足強度和上部結構的其他要求之外，還應滿足上部結構對基礎結構的強度、剛度和耐久性要求。合理選擇基礎形式是結構設計很重要的階段，天然地基上的筏形基礎比較經濟，宜優先采用，另外依據地質勘察情況還可采用箱基、樁基或采取復合地基形式。基礎是否發生傾斜是高層建筑是否安全的關鍵因素。高層建筑由于質心高、荷載大，對基礎底面一般難免有偏心，故在沉降過程中，建筑物總重量對基礎底面形心將產生新的傾覆力矩增量，而此傾覆力矩增量又產生新的傾斜增量，傾斜可能隨之增長，直至地基變形穩定為止。因此，為減少基礎產生傾斜，應盡量使結構豎向荷載重心與基礎平面形心相重合，當偏心難以避免時，應對其偏心距加以限制。《高層建筑混凝土結構技術規程》中規定，在地基土比較均勻的條件下，箱形基礎、筏形基礎的基礎平面形心宜與上部結構豎向永久荷載重心重合。當不能重合時，偏心距 e 宜符合式( 1) 要求:e ≤ 0. 1W / A ( 1)式中 W―――與偏心距方向一致的基礎底面邊緣抵抗距，m3;A―――基礎底面積，m2。

3 基礎的埋深

高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度，這主要是考慮了以下幾方面的因素:

1) 增大基礎埋深可保證高層建筑在水平荷載( 風和地震荷載) 作用下的地基穩定性，減少建筑的整體傾斜，防止傾覆和滑移，利用土的側限形成嵌固條件，保證高層建筑的穩定。

2) 由于基礎增大埋深，可使地基的附加壓力減小，且地基承載力的深度修正也加大，則可以提高地基的設計承載力，減少基礎的沉降量。

3) 增大基礎埋深，可使地下室外墻與土體之間的摩擦力和被動土壓力增大，從而限制了基礎在水平荷載作用下的擺動，使基礎底面上反力分布趨于平緩。

4) 地震作用下結構的動力效應與基礎埋置深度關系較大，增大埋深，可使阻尼增大，結構的地震反應減小，而且土質越軟，埋置深度越大，地震反應減小的越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。實測表明，有地下室的建筑地震反應可降低 20% ～30%。在確定基礎埋深時，應結合建筑物的高度、體型并綜合考慮地質條件及使用功能等條件的影響。基礎埋深需滿足如下規定:

1) 天然及復合地基，宜取1H/15( H 為房屋總高度) 。

2) 樁基礎不計樁長，宜取1H/18。

3) 基礎的埋深對房屋造價、施工技術措施、工期以及保證房屋正常使用等都有很大的影響。基礎埋置太深，會增加房屋的造價; 而埋置太淺，通常又不能保證房屋的穩定性。因此，基礎設計時應根據相關規范及實際情況選擇一個合理的埋置深度。當基礎直接擱置在基巖上時，在滿足地基承載力、穩定性要求及其他要求的前提下，基礎埋深可適當放松。當地基可能產生滑移時，應采取有效的抗滑移措施。

4) 箱型基礎的埋深還應考慮抗浮設計水位的影響。

4 高層建筑基礎常用類型的選取及比較

1) 筏型基礎。筏基是目前高層建筑中常見的一種基礎形式。其選取條件如下: ①當基礎持力層無法滿足上部結構的容許變形及地基容許承載力要求時，采用筏基可以增大其基底面積從而提高基礎承載力、減小基底變形; ②高層建筑在水平荷載( 如: 風荷載、地震荷載等) 的作用下，采取筏基可以提高整體結構的剛度和穩定。

2) 樁基礎。樁基礎是目前高層建筑中另一種常見的基礎形式。其選取條件如下: ①當淺表土層地基承載力無法滿足上部結構承載力要求，而符合承載力要求的持力層土層在較深處時，宜采用樁基; ②天然地基承載力和變形不能滿足要求的高重建筑物，或者天然地基承載力基本滿足要求、但沉降量過大，需利用樁基礎減少其沉降的影響，或在使用上、生產上對沉降量要求比較嚴格的高層建筑物。

3) 柱下獨基。獨立基礎主要適用于小高層框架結構，當地基承載力較大，地基土性質分布均勻，柱間傾斜變形較小時采用。同時為增強整體結構及基礎的剛度和穩定性，在縱橫方向設置連系梁，連系梁按偏拉、壓構件進行計算。

其他基礎形式如箱形基礎、十字交叉鋼筋混凝土條形基礎、樁筏基礎等，可根據各種影響因素的具體情況，合理地進行選擇。

5 基礎設計的注意事項

隨著經濟的發展高層建筑的數量及其形式的多樣化、復雜化也隨之增長，這勢必給高層建筑基礎設計帶來若干問題和困難，以下為基礎設計中常見的幾個問題。

1) 不重視地基基礎的設計等級。 《地基規范》3. 0. 1條規定，根據地基復雜程度、建筑物規模和功能特征等條件，將地基基礎的設計統一分為三個等級。而在 3. 0. 2 條規定，根據高層建筑地基基礎的設計等級同時考慮地基變形( 在長期荷載作用下) 對上部結構的影響，地基基礎設計

須滿足如下要求: ①所有建筑物的地基承載力設計須滿足要求; ②屬于甲、乙級設計等級的建筑，應進行地基變形驗算; ③屬于丙級的建筑有 《地基規范》規定的 5 種情況

之一時，應作變形驗算。

2) 抗浮設計時不區分實際情況即進行抗浮驗算: ①抗浮驗算時上部結構永久荷載須乘以分項系數，分項系數可根據 《荷載規范》或當地地區標準取值，驗算建筑物抗浮能力應滿足:建筑物永久荷載水浮力≥1. 0，其中，永久荷載取標準值，永久荷載與水浮力的分項系數按 《荷載規范》或參照 《北京細則》取值。②當結構基礎設計需要采取抗浮措施時，應按工程具體情況區別對待。當高層建筑主體基礎與裙房地下結構空間連成整體，均采用樁基，可采取抗拔樁來解決抗浮問題; 當主體與裙房地下結構空間未連成整體，采用天然地基會產生沉降差，則抗浮常采取配重( 配重材料通常采用素混凝土，重度大于等于 30kN/m3鋼渣混凝土或砂石料) 的方法。

3) 設置地下室對基礎設計與整體結構的影響不了解。①高層建筑設置地下室除了能增加建筑物的使用空間功能( 如作停車庫、設備機房等) 外，還會對地基基礎和地面以上的整體結構的受力性能有很大的貢獻。地下室深基坑的開挖，對天然地基或復合地基的基礎能起到很大的卸載和補償作用，從而減少了地基的附加壓力，增強了地基承載力的計算值。②地下室周邊后期夯實的回填土對埋深較大的地下室外圈混凝土墻施加了被動土壓力的同時，還對外圈擋土墻產生摩阻力，使基礎的穩定性得以增強。同時使基礎板底反力平緩分布。根據結構設計經驗，通常將地下室埋置深度不小于高層建筑總高度的 1/11~1/9時，可不考慮由于偏壓引起的整體傾覆問題。所以，對于高層建筑的基礎設計，必須加強對地下室周邊回填土的質量要求和控制，土回填越密實，抗剪強度越高，提供的被動土壓力也就越大，對基礎的穩定越有保證。

結語:

隨著高層建筑在我國的日益普遍，高層建筑基礎作為高層建筑結構體系中的重要組成部分必然受到設計人員的重視。論文就高層建筑基礎設計的重要性和基礎設計前的準備內容、基礎選型、基礎埋深及常見基礎類型的適用條件進行簡單的分析介紹，并對基礎設計過程中容易誤解和忽視的內容進行介紹、總結，避免設計人員在基礎設計過程中出現類似問題。

參考文獻:

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Key words: high-rise building;foundation design;optimization

中圖分類號:TU72 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)24-0086-01

1高層建筑地基基礎設計的主要依據和基本要求

1.1 主要依據高層建筑的地基基礎設計受很多因素的影響,地面土質結構和地下的巖土成分等是外部的基本條件;建筑本身的層高、地下室層數和建筑的內部結構對地基的壓迫程度是建筑自身對地基基礎的限制條件;此外,相關的抗震要求等對基礎設計提出了更高的要求。依據以上的各種因素,再結合工程設計的造價總體規劃,對地基基礎進行全面的科學評估,從而得出地基設計的基本數據。

1.2 基本要求與普通的多層建筑設計相比,由于影響高層建筑地基基礎因素較多,所以設計過程中需要考慮的設計要求也相對復雜。地基的牢固性、建筑結構的穩定性與抗震性、地基豎向的承載力與橫向的抗滑移、地基的沉降指數、地基土層的抗壓能力和地基壓力變形范圍等,都是對地基基礎設計的基本要求。因此,在地基基礎設計過程中,不僅要考慮建筑外觀設計概念上的要求,更重要的是地面條件和建筑本身結構對高層建筑提出的具體客觀要求。隨著現代模擬技術與勘測技術的不斷成熟,為高層建筑設計提供了設計方案反復模擬、修改的便利條件和可靠的數據,以滿足高層建筑最基本的安全性要求。

2高層建筑地基基礎計算的模型

根據我國城市地質的分布情況,很多軟土、濕陷性黃土和液化土很多都穿插在城市建設帶上,從而在客觀條件上對高層建筑的基礎設計提出了更高的要求和難題。尤其在高層建筑設計規范還沒有形成統一的情況下,加上結構工程師水平的差異與計算模型的多樣化,很難憑借個人的經驗和能力做出地質參數的精確計算,使得地基基礎的計算質量受到較大的影響。

就目前高層建筑地基基礎計算的模型工具來看,文克爾模型與彈性半無限體模型是最常用的兩種計算模型。前者針對基底反力與變形的線性關系,進行系數計算,工程師接受度較高。后者將地基視為彈性連續介質,考慮到圖的擴散能力,但由于計算相對復雜,在實際應用上受到了一定的限制。但需要提出的是在通常情況下,盡管地基受到重力荷載的影響仍可以被視作彈性勻質體,但對于特殊的軟土質結構,在建筑上部的荷載壓力下,地基會產生一定的變形,不適合再按照靜態來分析受力狀況。上述的兩種計算模型顯然都具有不足之處,不能夠承擔科學合理的計算要求,為此,新計算模型的研究和開發是解決現階段地基基礎計算偏差的主要手段,經過大量的實踐與反復論證,弦線模量法更適合地基變形與黃土的濕陷計算,是目前設計師普遍認可的特殊土質上的高層建筑地基基礎計算模型。

3高層建筑地基基礎方案的優選

3.1 沉降縫的設置沉降縫是為防止建筑物各部分由于地基不均勻沉降引起房屋破壞所設置的垂直縫稱為沉降縫。當建筑物建造在不同土質的地基上,或建筑物相鄰部分的高度、荷載和結構形式差別較大時,為了防止建筑物出現不均勻沉降引起錯動或開裂,通常在差異處設施垂直縫隙,將建筑物分割成若干個獨立單元。但高層建筑的工程實踐效果表明,高層建筑基礎卻不適合設置沉降縫。沉降縫的設置將對地下室在土層中的嵌固作用產生一定的影響,再加上高層建筑本身對地下室的結構壓力,會使建筑的地基基礎設計更加復雜,并造成額外的壓力負擔,不利于高層建筑的穩定性。

3.2 高層建筑地下空間的利用高層建筑一般需要相應的地下深埋基礎,經過精確的地質勘測和基礎設計計算后,才能確定地下深埋的程度。對地下空間的利用,可以提高基礎工程的利用率和提高建筑整體的收益效果和使用功能。城市的現代化加速了私家車的購買力增長,地面空間已經越不能夠解決車輛的停放需求,地下停車場的開發和使用,不但解決了城市建設問題也提高了高層建筑地下空間的利用率。此外根據地下土質結構的特點,還可以將地下空間用來安置人防設施和建筑內部的機房等。對地下空間的合理利用是高層建筑價值增值的有效手段之一。

3.3 高層建筑基礎方案的優化選擇考慮到城市所在地區的地質狀況的不同,各城市高層建筑的地基承載力也存在著差異,因此基礎設計的方案也不盡相同。基礎設計方式如何選擇,就需要根據實地的需要來決定,例如上海、天津等地質條件較差的地區高層建筑多采用造價高昂的樁筏,而北京、廣州等地質條件稍好的地區高層建筑多選用相對經濟些的筏基。當然,在地基條件較好的山區如重慶,甚至高層建筑可以采用很經濟的獨立基礎。可見,地質條件很大程度上決定了建筑基礎的方案。現代的計算機模擬技術可以提供高層建筑多個設計方案的模擬結果,從而使設計師可以從中選擇最優方案。

基礎方案的優選,無論是經濟效益還是社會效益都是相當顯著的。

4結語

高層建筑地基基礎方案的優化,首先要以精確的地質勘查數據為基礎,地質狀況是決定高層建筑地基的主要因素,其次,要考慮建筑結構本身的承載力要求,建筑的豎向壓力對地基產生的影響等。對同一建筑來講,不同的地基選擇代表著不同的工程造價標準,要在滿足高層建筑安全性和穩定性的條件下,甄選適合造價預算的最優地基基礎設計,從而獲得較高的經濟效益。因此,一個優化的地基基礎設計方案,要具有高度的可靠性和科學性,從技術的支持到材料的使用的考慮都要面面俱到。在吸取其他高層建筑成功設計的基礎上,也要總結經驗和教訓,不斷完善現有的地基基礎設計方法,滿足不算增長的高層建筑復雜的地基設計需求。

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我國西南部地區，如云貴川渝等地，為多山地帶，較多建筑選址在山坡或是山頂。由于其地形、地貌、工程地質條件的復雜性，以及周邊園林、景觀等相關專業的要求，給山地建筑的基礎設計帶來了不同程度的困難，本文依據工程實例介紹山地建筑基礎設計中的一些經驗。

2.工程概況

古滇王宮項目位于云南省昆明市晉寧縣，基地位于紅山山頂。項目整體占地面積約為6萬平方米，總建筑面積則約為2.05萬平方米，屬仿古建筑，南北方向長度約為300m，東西跨度為200m。按建筑布置為中央大殿，四周圍環繞廂房、角樓及回廊，東南西北四個方向各設置一個山門，并沿整個建筑的外輪廓線設置仿古城墻。其中除大殿為2層的高層建筑外，其余均為1～2層的多層建筑。

3.地質條件

3.1 現場地形

擬建場地處于紅山山頂，屬于低中山剝蝕地貌單元，山體整體呈渾圓狀，中間高、四周低，地形起伏較大，最低點高程為1909.00m，最高點高程為1963.37m（場地紅山山頂），最大高差為54.37m。建筑±0.000相當于絕對標高1959.050m，建造時將該標高以上山體削平以獲得施工平臺，如圖3.1所示。四周山體整體坡度在20度～25度之間，局部坡腳地段因人工取土開挖，形成高約5～12m的陡坎，現狀穩定。建筑主體部分（大殿、角樓、山門及廂房地段）局部位于山坡上，現狀高程為1941.05～1964.53m，其中以西南廂房南端的高程最低，為1941.05m，距離建筑要求的室外地坪標高的最大高差約18m。

圖3.1 建筑平面布置

3.2 土層分布

4.基礎設計

4.1 基礎選型

一般的山地建筑常見的基礎形式多為天然基礎或人工挖孔樁基礎[1]。本項目上部結構以多層為主，自重較輕；山體為風化巖石，坡度較緩（約1：2.5），本著依山就勢、因地制宜的設計原則，初選時按天然基礎設計，局部落腳在坡地上的基礎，落差每增加5m設置一層框架梁，在建筑的一層樓板以下，形成分層退臺的形式，最深處設置三層框架梁，四周城墻按維護墻設計，不必設置擋土墻。如此，可以避免大規模的填方量以及回填土邊界線位置的超高擋土墻建造，相對于增加的2～3層梁架來說，回填土+擋土墻的方案成本要增加很多。后期景觀專業介入后，對城墻根部的標高統一為1951.0m。這樣使得西南區廂房處于填方區，局部填方厚度最大可達12m，造成天然基礎埋深過深，地基承載力不能滿足要求。考慮到山坡場地傾斜，不具備大型機械操作平臺，故選用填方區采用人工挖孔樁基礎，樁基承載力計算時考慮回填土的負摩阻力影響[2]。綜上，最終確定為天然基礎+人工挖孔樁的混合基礎形式。在持力層選擇問題上，為了保證相鄰基礎沉降差滿足規范要求，天然基礎持力層和樁端持力層選為同一層，即3-1層全風化玄武巖。

4.2 基礎設計

山地建筑的因其基底標高不同的天然條件，大致有吊層、吊腳、錯層、錯臺幾種形式。本建筑平面尺度較大（處于山坡區域的長度約有100m），故選擇分層退臺的方式來處理基礎落差。按照基底山體坡度，共分成三階臺地，基底分別是-2.0m、-5.0m、-9.0m。其中第三階臺地標高為-9.0m，接近景觀專業要求的回填后的地坪標高，持力層位于該標高以下的基礎，采用樁基，樁頂標高-9.1m。天然基礎與樁基礎之間設置拉結系梁，共同抵抗水平作用-風荷載和地震。

4.3 沉降差

同一棟建筑采取天然和人工兩種基礎形式，其沉降差異應滿足規范對地基變形允許值的相關規定。本文按分層總和法分別估算各柱基的沉降值。經過計算，天然獨立基礎的計算沉降值在85～105mm之間波動，樁基的沉降計算值在90～96mm之間波動，滿足規范對絕對沉降量200mm限值的要求；相鄰基礎之間的沉降差值約為5～10mm，滿足規范對相鄰柱基沉降差不大于柱距2‰的限值的要求。

圖4.1基礎平面布置（局部）

5.結語

（1）山地建筑因其選址的特殊性，地質條件相對復雜，持力層埋藏深淺不一，前期地勘工作需盡量詳實，對地形復雜的局部區域應加密孔點，以達到對工程地質情況全面、充分的揭示。

（2）一般的山地建筑將和周邊道路、景觀設計相互聯系，基礎選型和持力層選擇時可能會受到上述專業的影響。因此在基礎方案設計時應同相關專業對接，做好協調工作。

（3）建筑平面尺度較大時，如山地坡度較為平緩，可依山就勢首選分層退臺的方案進行基礎布置，以避免較大的填方量及相應的擋墻建造，獲得較好的經濟性。

（4）填方地區可采用人工挖孔樁基礎，并同天然基礎部分設置沉降縫[3]；如受建筑影響不能分縫，應盡量使樁端和天然基礎基底處于相同的持力層，并設置沉降后澆帶，以減小沉降差異。

【參考文獻】

篇9

引言：基礎是整個建筑工程的重要部分，其重要性在結構、占比、造價、工時上有著全面的體現，是建筑設計、建設和施工單位高度重視的關鍵部位和環節。超高層建筑基礎設計工作中只有通過全面了解情況、優化基礎選型、全面科學計算等工作才能夠確保超高層建筑基礎的安全性和功能，同時確保超高層建筑基礎工程造價的可控和降低。在超高層建筑基礎實際的設計工作中要對基礎選型影響因素進行控制，堅持基礎選型的原則，通過對超高層建筑框架結構、箱(筏)和樁箱(筏)種類基礎的有效設計和全面控制，實現超高層建筑基礎設計的目標，促進超高層建筑基礎功能的完善，真正完成超高層建筑基礎設計的系統性、全面性的目標。

一、超高層建筑結構設計原則

（1）選擇適合的基礎方案

應該根據工程的上部載荷分布和結構類型，地質條件，施工條件以及相鄰的建筑物影響等各種因素進行綜合性分析，選擇既合理又經濟的方案，必要時要進行地基變形演算，在進行設計時要最大限度地發揮地基的潛力。在進行基礎設計時，應該參考臨近建筑資料和進行現場查看，要有詳細的地質勘查報告，一般情況下，在一個結構單元內部適合用兩種不同的類型。

（2）對計算結構進行正確分析

高層建筑結構設計普遍運用計算機技術，但是，往往不同的軟件會得出不同的計算結果。所以，對于程序的適用條件、范圍等設計師應該進行全面的了解。因為軟件本身有缺陷、人工輸入有誤或者程序與結構的實際情況不相符合，在計算機輔助設計時，都會造成錯誤的計算結果，所以，在拿到電算結構時要求結構工程師要慎重校對，認真進行分析，做出合理的判斷。

（3）選用適當的計算簡圖

.為了保證結構的安全，在選擇計算簡圖時要選擇適當的計算簡圖。如果計算簡圖選用不當，則會造成結構安全隱患，要有相應的構造措施來保證計算簡圖。為了減少計算簡圖的誤差，實際結構的節點應該保證在設計所允許的范圍之內，因為其不能是純粹的剛結點。

（4）采取相應的構造措施

強剪弱彎、強柱弱梁、強壓若拉、. 強節點弱構件、.注意構件的延性性能原則是在結構設計中要始終牢記的。要注意鋼筋的錨固長度，特別是鋼筋執行段錨固的長度。要加強薄弱部位，考慮溫度應力的影響。

（5）合理選擇結構方案

要選擇一個切實可行的結構體系與結構形式，一個經濟合理的結構方案是一個合理設計的保證。結構體系應該傳力簡捷，受力明確。地震區應力求平面和豎向規則，同一結構單元不宜混用不同結構體系。總之，必須綜合分析工程的材料、施工條件、設計要求、地理環境等，并且要與水、電、建筑等專業進行充分的協商，以此為基礎確定結構方案，為結構選型，最好進行多方案比較后選用較為優秀的.

二、超高層建筑基礎選型工作的要點

2.1超高層建筑基礎選型的影響因素

2.1.1超高層建筑上部結構對基礎選型的影響

上部結構對超高層建筑基礎類型、深度、浮力等參數存在著直接的影響，由于上部結構種類的不同，會引起超高層建筑基礎荷載大小和分布的不同，要在設計超高層建筑基礎予以注意。同時，不同類型的超高層建筑上部結構會因自身的類型不同而產生不同的沉降幅度和變形幅度，因此，帶來超高層建筑基礎形式上的不同。地下室的種類和形狀也會對基礎選型有一定影響，要在設計超高層建筑基礎時做以重點考量。

2.1.2地質條件對超高層建筑基礎選型的影響

地質條件中兩項情況對超高層建筑基礎選型影響最為顯著，一是，地基持力層情況，持力層是承受超高層建筑基礎負荷的土層，要根據持力層承載能力大小和壓縮模量變化幅度選擇超高層建筑基礎類型；二是，穿越土層基本狀況，應該根據土層中地下水影響和樁基穿越能力的大小選擇超高層建筑基礎的類型。

2.1.3周圍環境因素對超高層建筑基礎選型的影響

一是，超高層建筑施工的振動和噪聲要對基礎帶來各種影響，因此需要對此加以控制和預防，以便超高層建筑基礎能夠持久、穩定和安全。二是，超高層建筑施工中的空間因素也會給基礎類型帶來一定的影響，要選擇既利于施工有利于穩定的超高層建筑基礎類型。三是，超高層建筑施工中擠土效應，超高層建筑基礎樁基的入土和擠土會產生擠土效益，這會對周邊建筑和地下管網造成影響，應該從最小影響原則出發，優先選擇擠土效應最小的樁基方式進行超高層建筑基礎施工。

2.1.4超高層建筑基礎樁種類的影響

不同種類的基礎樁有著不同的尺寸，應該從持力層性質、安全性要求、超高層建筑負荷等主要方面確定基礎樁的類型和規格，使其滿足超高層建筑總體施工建設的需要。

2.1.5超高層建筑基礎施工的工期

工期是設計超高層建筑基礎類型的重要參考參數，要在確保超高層建筑基礎施工速度、施工質量和施工效益的基礎上形成最為科學的施工

工期，實現超高層建筑總體價值的全面兼顧。

2.2超高層建筑基礎選型的基本原則

超高層建筑基礎選型應該堅持的原則有：一是，多樣式原則，超高層建筑基礎設計單位應該全面掌握各種超高層建筑基礎類型，并有針對性地選擇社會和綜合價值較高的超高層建筑基礎類型。二是，經濟性原則，超高層建筑基礎設計要追求最佳的經濟效益，因此，設計超高層建筑基礎時要考慮到成本控制、施工進度的重要因素，全面提高超高層建筑基礎設計和施工的經濟性。三是，總體優化原則，超高層建筑基礎設計單位要對各種設計綜合起來，將各種設計的優勢集中起來，形成優化的超高層建筑基礎設計，以實現超高層建筑建設的基本目標。

三、超高層建筑基礎設計的方法

當前超高層建筑基礎設計采用上部結構與地基、基礎共同作用的分析方法,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以及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。這種從整體上進行相互作用的分析方法難度較大,計算量龐大,對計算機的性能及存儲量要求較高,只在較復雜或大型基礎設計時,按目前可行的方法考慮地基-基礎-上部結構的相互作用。共同作用分析方法的進步之處僅在于它考慮了上部結構的剛度，這一優勢是傳統設計方式所不具備的。

四、做好超高層建筑基礎設計的要點

1框架結構基礎設計的要點

在超高層框架結構基礎設計時,基礎宜柔不宜剛;若地基土為高壓縮性,則基礎宜剛;當采用樁基時,可考慮采用變剛度布樁的方式(如改變基礎中部樁徑或樁長、加密中部布樁),以調整地基或樁基的豎向支承剛度,使差異沉降減到最小,從而減小基礎或承臺的內力。

2箱(筏)基礎設計的要點

對超高層建筑箱(筏)基礎設計時,考慮上部結構參與工作有利于降低箱基的整體彎曲應力。建議采用共同工作整體分析進行計算,這樣算得的整體彎曲箱基底板鋼筋應力才比較符合實際;另外,共同作用使得上部結構下面幾層邊柱(墻)出現較大內力,采用常規設計方法時應提高邊柱(邊墻)的內力。

3樁箱(筏)基礎設計的要點

超高層建筑樁箱(筏)基礎上部荷載滿布，可采用變剛度布樁的方式,調整樁基的豎向支承剛度,從而調整樁頂反力分布;若考慮利用樁間土分擔上部荷載,充分發揮箱(筏)底樁間土的承載力,可適當增加基礎中部樁的間距;另外,若上部結構為剪力墻,則樁宜沿剪力墻軸線布置,這樣與

滿堂布樁相比可以大大減小底板的厚度。

參考文獻

[1]姜海菊.江浙地區超高層建筑基礎的選型與優化設計――以某超高層住宅樓工程為例[J].建筑,2011(08)

[2]王榮彥,徐玲俊,張亞敏.鄭州東區超高層建筑基礎選型探討[J].巖土工程界,2005(12)

篇10

Key words: high-rise building; foundation design; problems; countermeasures

中圖分類號: TU972文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

隨著經濟的快速發展，全國大中型城市的高層建筑迅速增多，高層建筑基礎設計也越來越成為建筑工程師的重要工作內容。近年來，隨著許多新的設計規范、規程的相繼頒布，新舊規范、規程有許多內容不同，再加上工程設計中一些特殊的問題，難以應用規范進行處理，在高層建筑基礎設計過程中經常出現一些遺漏或錯誤。

1 高層建筑基礎設計存在的問題

1.1 基礎選型

基礎方案選擇時要使多個目標的要求都能較好的得到滿足,并能對性能目標進行優化,即在滿足經濟技術性能要求的基礎上,還要對施工性能及其與周邊環境、上部結構、地震性質與基坑支護等的適應性等方面的性能進行考慮,同時,,非線性的相互作用甚至矛盾性的特征存在于許多的性能目標之間,首先要考慮主要問題兼顧協調次要性能是選型優化應遵循的原則,如果過分強調主要問題而忽視次要性能,性能的優化也很難實現。

擴展了地基處理技術與工程基礎的內涵和外延后,地基處理方案的相互融合成為了一種趨勢,對深基礎的特點進行了吸收,拓寬與延伸了其適用范圍和處理深度,從而可能對各類地基進行處理。地基基礎的艱險程度隨著地基基礎技術的發展、地基處理方案和有關基礎形式的相互滲透越來越模糊化,實際工程中出現了一些包括復合樁筏(箱)基礎、復合樁基在內的性能優良的地基與基礎融合體。

1.2 主、裙樓基礎的處理

因建筑功能的要求層數較低的裙房會建在高層建筑主樓旁,在有的情況下沉降縫可以不予設置,比如通過計算確定差異沉降產生的基礎及上部結構的內力與配筋,還有就是二者基礎的沉降差在采取有效措施后控制在了允許范圍內。如果主、裙樓層數的差額大于10層,那么地基基礎設計的等級應為甲級,地基變形設計與變形驗算也要根據具體的規范要求來操作。如果沉降縫要設置,依據地基土質情況主樓與裙房的基礎埋深要有一般不低于2m的高差,鋼筋混凝土墻要設置在沉降縫兩側,拆模板、防水層操作會影響縫隙寬度,要進行考慮,為了使高層主樓地下室產生側向約束力,應用粗砂填實縫隙內室外地面以下的部分。

當筏板基礎應用于主樓,獨立基礎或樁基礎應用于裙樓基礎時,可以把相鄰處裙房的柱基置于筏板的上方,并要驗算筏板的抗沖切力。在一定程度上,基坑開挖會受到基礎埋深差異的影響,基礎施工應按照先主樓后裙樓的次序進行。擾動了裙樓下地基土,在設計時可把受到擾動的地基土清除掉,還要填至設計標高,填充料為C15素混凝土,這樣才可以開始裙房基礎的施工。一旦主、裙樓基礎施工完畢,就要及時采取回填措施,還要注意回填土的壓實情況,壓實系數要在0.94以上。

1.3 地基基礎的計算

地基基礎計算時需對巖土工程勘察報告中提供的天然地基承載力特征值進行修正,目前主裙樓一體的結構在建筑工程中大量存在,在修正其主體結構地基承載力時,應把基礎底面以上范圍內的荷載看作為基礎兩側的超載,當超載寬度是基礎寬度的兩倍以上時,可通過換算為土層厚度的方式把超載變為基礎埋深,基礎兩側超載不一定相同,如不等取小值。當連成一體筏形基礎的裙房分布在多高層主樓周圍時,可取裙房基礎底面以上所有豎向荷載(不計活載)標準值與土的重度之比作為基礎埋置深度。

2 使用JCCAD軟件進行高層建筑基礎設計

2.1 地質資料的輸入

建筑物周圍場地地基狀況的描述指的就是地質資料,其也可為基礎設計提供重要信息。若要進行沉降計算,在JCCAD中輸入地質資料是首先要做的,[結構物±0.000對應的地質次料標高]在地質資料輸入中是一個重要的參數,可這樣理解這個參數:可以按兩種方法輸入地質資料中的標高,與上部結構模型一致的坐標系或地質報告提供的絕對高程。若選擇前者,地質資料輸入中的所有標高都要按與上部結構模型一致的設計標高輸入即把地質報告中的絕對高程數值進行換算;若選擇后者,地質資料輸入中的所有標高都要按絕對高程輸入即把與上部結構模型一致的設計標高進行換算;無論選擇前者還是后者,上部結構模型中的標高與基礎交互輸入中所有的標高在系統中應該是相同的。

2.2 地基承載力校核

《地基規范》第5.2.1條指出:基礎底面的壓力,在軸心荷載作用的情況下,Pk≤fa(其中Pk為相應于荷載效應標準組合時,基礎底面處的平均壓力值,fa為修正后的地基承載力特證值);Pk=(Fk+Gk)/A(其中Fk為相應于角載效應標準組合時,上部結構傳至基礎頂面的豎向力值,Gk為基礎自重和基礎上的土重,A為基礎底面面積)。

應注意在做基礎設計時滿足規范上述規定是必要的。在不符合的情況下,可以采取提高地基承載力與增大基底面積兩種措施。同時對于《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3—2002第12.1.6條的規定也是要考慮的:如果高層建筑的高度與寬度的比值沒有超過4,基礎底面與地基之間可以出現零應力區,但其面積應控制在基礎底面面積15％以內;如果高層建筑的高度與寬度的比值大于4,就要避免基礎底面零應力區的出現。主樓與質量偏心較大的裙樓要分開計算。設計人員應以[重心校核]輸出的最大及最小基底反力為依據,把基礎平面的尺寸調整到合理的范圍內。

2.3 主體偏心距e的驗算

《地基規范》第8.4.2條指出:筏形基礎的平面尺寸,在地基比較均勻的條件下,基底平面形心要與結構豎向永久荷載重心重合。在不能重合的情況下,在荷載效應準永久組合下,偏心距e應不大于0.1W/A(其中W為偏心距方向一致的基礎底面邊緣抵抗矩,A為基礎底面積)。

質心高,荷載重是高層建筑樓身的特點,如筏形等整體式基礎不保持原來的狀態而產生傾斜,基礎底面形心將受到建筑物總重的作用而產生新的傾覆力矩增量,隨著時間的增加傾斜可能會增長,地基變形穩定后才會停止。為對基礎在永久荷載作用下的傾斜進行控制,對于單棟建筑的筏形等整體式基礎要求控制偏心距的要求在規范8.4節高層建筑筏形基礎中要詳細的表述,建議當高層建筑采用如樁承臺這樣的非整體式基礎時也要控制偏心距,基礎底板布置在比值e/(0.1w/A)小于1時就不用調整了,反之,基礎底板布置在比值e/(0.1W/A)大于1時必須調整。筏板基礎正下方所提供的總豎向荷載(含基礎自重)作用點坐標(X,Y)和筏板形心坐標(X,Y)是我們調整底板布置是的重要依據。在e/(0.1W/A)大于1時,兩者坐標的差異往往會比較大并且Y向坐標是問題的關鍵,這時需對筏板外挑尺寸進行修正,主要是通過“修改板邊”菜單來完成,從而大大縮小兩坐標的差異,最終使e/(0.1W/A)小于1。

3 結束語

在我國經濟快速發展的形勢下,我國的工程建設中的高層建筑變的越來越普遍,同時業內人士也對高層建筑基礎這一高層建筑結構體系的關鍵組成部分越來越重視。

參考文獻：

[1] 趙建寧.高層建筑基礎設計的幾點體會[J].甘肅科技,2009(11).

篇11

        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。

篇12

高層建筑由于具有層數多，高度大，重量大等特點，所以其豎向荷載大而集中，風荷載和地震荷載引起的傾覆力矩成倍增長，因此要求基礎和地基提供更高的豎直和水平承載力，同時使沉降和傾斜控制在允許的范圍內，并保證建筑物在風荷載與地震荷載下具有足夠的穩定性。這就對基礎的設計提出了更高、更嚴的要求。本文主要就高層建筑結構基礎設計要點進行論述。

一、高層建筑基礎設計影響要素分析

高層建筑的上部結構具有很大的剛度，它和基礎結構及地基三者實際上構成了一個共同作用的體系。長期以來，由于人們認識上的局限性以及計算手段的缺乏，在設計計算中往往人為地切割了各部分之間的聯系，而把上部結構和基礎結構作為兩個獨立的單元分別進行考慮，結果導致基礎彎矩和縱向彎曲過大，基礎設計偏于保守。

1.1 上部結構的剛度對基礎受力的影響

假設上部結構為絕對剛性，當地基變形時，各豎向構件只能均勻下沉；如忽略豎向構件端部的抗轉動能力，則豎向構件支座可視為基礎梁的不動鉸支座，亦即基礎梁猶如倒置的連續梁，不產生整體彎曲，卻以基底分布反力為外荷載，產生局部彎曲。反之，假設上部結構為絕對柔性，對基礎的變形毫無約束作用，于是基礎梁在產生局部彎曲的同時，還經受很大的整體彎曲。于是，兩種情況下基礎梁的內力分布形式與大小產生很大的差別。實際結構物常介于上述兩種情況，其整體剛度的考慮非常困難，只能依靠計算軟件分析。在地基、基礎和荷載條件不變的情況下，增加上部結構的剛度會減少基礎的相對撓曲和內力，但同時導致上部結構自身內力增加，即是說，上部結構對減少基礎內力的貢獻是以在自身中產生不容忽視的次應力為代價的。

1.2 地基條件對基礎受力的影響

基礎受力狀況取決于地基土的壓縮性及其分布的均勻性。當地基土不可壓縮時（例如基礎坐落在未風化的基巖上），基礎結構不僅不產生整體彎曲，局部彎曲亦很小；上部結構也不會因不均勻沉降產生次應力實踐中最常遇到的情況卻是地基土有一定的可壓縮性，且分布不均，這樣，基礎彎矩分布就截然不同。基礎與地基界面處往往顯示出摩擦特征。由于土的強度有限，形成的摩擦力也有限，不會超過土的抗剪強度。孔隙水壓力的變化，可能改變壓縮過程中摩擦力的大小與分布。

1.3 基礎剛度對基底反力分布的影響

絕對柔性基礎當上部結構剛度可以忽略時，對荷載傳遞無擴散作用，如同荷載直接作用在地基上，反力分布 p（x，y）則與荷載 q（x，y）大小相等、方向相反。當荷載均勻時，基礎呈盆形沉降；如欲使基礎沉降均勻，則需使荷載從中部向兩端逐漸增大，呈不均勻狀。理論分析與試驗研究表明，基底反力的分布除與基礎剛度密切相關外，還涉及到土的類別與變形特性、荷載大與分布、土的固結與蠕變特性，以及基礎的埋深和形狀等多種因素。基底反力分布大致分為三種類型：1）如果基底面積足夠大，有一定的埋深，荷載不大，地基尚處于線性變形階段，則基底反力圖多為馬鞍形；如圖（a）所示；當地基土比較堅硬時，反力最大值的位置更接近于邊緣。2）砂土地基上的小型基礎，埋深較淺或荷載較大，臨近基礎邊緣的塑性區逐漸擴大，這部分地基土所卸除的荷載必然轉移給基底中部的土體，導致中部基底反力增大，最后呈拋物線形，如圖（b）所示。3）當荷載非常大，以致地基接近整體破壞時，反力更加向中部集中而呈鐘形，如圖（c）所示；當兩端存在非常大的地面堆載或相鄰建筑的影響時，也可能出現鐘形的反力分布。

圖a） 圖b） 圖c）

1.3 上部結構與基礎和地基共同作用的概念

上部結構與地基和基礎三者是彼此不可分離的整體，每一部分的工作性狀都是三者共同作用的結果。共同作用分析，就是把上部結構、基礎和地基看成是一個彼此協調工作的整體，在連接點和接觸點上滿足變形協調的條件下求解整個系統的變形與內力。在共同作用分析中，上部結構和基礎通常是由梁、板組成，因此可以采用有限單元法、有限條法、有限差分法或解析方法建立上部結構和基礎的剛度矩陣，并利用變形協調條件與地基的剛度矩陣耦合起來。在共同作用分析中，可以根據實測結果把基礎和上部結構的實際剛度進行共同作用分析，并考慮施工過程的影響，把結構荷載和剛度形成情況分別考慮來進行共同作用分析。

二、高層建筑基礎設計共同作用理念的應用

對上部結構、基礎與地基共同作用的理論進行高層建筑的基礎設計，能夠比較真實地反映其實際工作狀態，此外，還可以利用共同作用理論提高和改善高層建筑基礎設計的水平和質量，取得更大的經濟效果。具體來說，可從下面幾方面入手：

（1）有效地利用上部結構的剛度，使基礎的結構尺寸減小到最小程度。例如，把上部結構與基礎作為一個整體來考慮，箱形基礎高度可大為減小；當上部結構為剪力墻體系時，有可能將箱形改為筏基。應注意的是，上部結構的剛度是隨著施工的進程逐步形成的，因此在利用上部結構剛度改善基礎工作條件時，應模擬施工過程進行共同作用分析，以免造成基礎結構的損壞。

（2）對建筑層數懸殊、結構形式各異的主樓與群房，可分別采用不同形式的基礎，經慎重而仔細的共同作用分析比較，可使主、裙房的基礎與上部結構全都連接成整體，實現建筑功能上的要求。

（3）運用共同作用的理論合理地設計地基和基礎，達到減少基礎內力與沉降、降低基礎造價的目的。例如在一定的地質條件下，考慮樁間土的承載作用，得以加大樁徑、減少樁數，合理布樁、減少基礎內力，從而在整體上降低基礎工程的造價。

三、高層建筑基礎設計中應注意的問題

（1）保證荷載的可靠傳遞

基礎結構應具有必要的強度和剛度，以保證將高層建筑上部結構作用于基礎頂面的巨大豎向、水平向荷載與力矩，可靠地傳給地基土或樁頂。

（2）參與變形協調，減少不均勻沉降

基礎結構介于上部結構與地基土之間，其剛度大小及其在平面上的分布，對調整不均勻沉降、減少整體和局部撓曲至關重要。例如：多、高層建筑中，當采用條形基礎不能滿足上部結構對地基承載力和變形的要求，或當建筑物要求基礎具有足夠的剛度以調節不均勻沉降時，可采用筏型基礎 筏型基礎的平面尺寸，在地基土比較均勻的條件下，基底平面形心宜與上部結構豎向永久荷載的重心重合。當不重合時，在荷載效應準永久組合下，宜通過調整基底面積使偏心距 e 符合下式要求：

E≤0.1W/A

式中W――與偏心距方向一致的基礎底面邊緣的抵抗矩；

A――基礎底面積。

對低壓縮性地基或端承樁基的基礎，可適當放松上述偏心距的限制。按上式計算時，高層建筑的主樓和裙房可以分開考慮。

（3）內力分析中，應盡可能考慮基礎結構與上部結構和地基土的共同作用

基礎結構與上部結構和地基土三者之間的共同作用是客觀存在的。當然，在實際工程設計中往往不可能都做到，特別是地基模型及其參數的選取，對共同作用的結果影響甚大；但在構造和配筋上反映對共同作用結果的考慮，是完全可能和必要的。

例如：在同一大面積整體筏型基礎上建有多幢高層和低層建筑時，筒體下筏板厚度和配筋宜按上部結構、基礎與地基土的共同作用的基礎變形和基底反力計算確定。帶裙房的高層建筑下的大面積整體筏型基礎，其主樓下筏板的整體撓度值不應大于 0.5，主樓與相鄰的裙房柱的差異沉降不應大于1%，裙房柱間的差異沉降不應大于2%。

四、結語

總之，高層建筑的上部結構，基礎及地基組成了一個共同作用的體系，在高層建筑基礎設計中，要有效利用上部結構剛度，充分考慮地基條件對基礎受力的影響，合理選擇基礎形式，運用共同作用的理論設計地基和基礎，達到減少基礎內力與沉降、降低基礎造價的目的。

篇13

1.基礎選型的主要依據

在基礎工程設計中，根據各地區不同的地質條件，選擇合理的基礎形式，是個關鍵問題。一般情況下應考慮以下條件；高層建筑基礎首先應滿足基礎本身的強度要求，上部荷載分布應盡量均勻；基礎應支承在較堅固或較均勻的地基上，應考慮持力層及其下臥層的整體穩定性，同一棟建筑不宜采用多種不同類型的基礎形式；應滿足建筑物使用上的要求，例如人防要求、設置地下車庫、地下酒吧、地下商場、地下餐廳等要求；應滿足構造的要求，如高層建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心與結構豎向靜荷載重心相重合，對偏心距的要求、沉降控制等；根據上部結構的不同結構形式選配合理的基礎形式；高層建筑基礎，一般埋置較深，因此，應考慮深基坑開挖和地下水抽排對周圍建筑物的影響，以及地下水造成施工難度的增加和對工程質量的影響。

2.案例分析

2.1工程概況

某主樓建筑總高度為239m，地下3層，地上46層；裙房4層。主樓采用框架-核心筒結構體系，地下一層及二層結構梁板采用鋼筋混凝土結構，一層采用鋼骨混凝土梁及鋼筋混凝土樓板，主樓樁基采用樁端后注漿鉆孔灌注樁，樁基承臺采用厚板式承臺，主樓底板厚度為3.5m，裙房底板2.0m。基坑開挖深度：主樓17.35m，裙房15.85m。由于基地地處陸家嘴金融中心，周邊高層建筑、地下管線眾多，環境保護要求高。

本工程場地地勢較平坦，場地表層填土分布廣，厚度大。雜填土遍布，基坑東邊界地段和南邊界的雜填土和素填土，厚度達3.0m。本工程場地存在粘質粉土，土質不均，粉性砂性重，滲透性強。本場地埋深約37m下存在第7層為承壓含水層。

2.2支護結構設計總體方案

2.2.1方案選擇

本基坑支護設計方案階段進行多方案的技術經濟分析比較，主要有兩種：

1）采用設置臨時基坑支護結構的設計方案，順作法施工，采用鉆孔灌注樁結合外側SMW工法水泥土攪拌樁止水帷幕作為臨時圍護結構，坑內設置三道臨時鋼筋混凝土支撐，支撐采用對撐及角撐布置，并結合坑內地基加固的設計方案；2）采用超高層建筑地下主體結構與支護結構相結合的深基坑設計方案，逆作法施工，采用地下連續墻作為圍護結構，利用地下主體結構的梁板作為支護結構的水平支撐，利用結構柱和樁承受施工期間的豎向荷載，原則上采用一柱一樁鋼立柱型式，并結合坑內地基加固的設計方案。

2.2.2設計思路

經綜合研究分析，最后確定采用超高層建筑地下主體與支護結構相結合的深基坑設計方案，地下各層梁板結構采用由上而下的逆作法施工方式。施工階段為方便土方工程施工，加快施工速度，方便主體結構施工，保證主體結構的工程質量，核心筒體采用順作法施工方案，因而可以利用核心筒部位以及車道部位作為逆作法施工的出土口，便于土方工程施工，這種施工方法較為文明，節約材料，且基坑圍護結構變形較小且經濟效益十分顯著。地下連續墻厚度為1.0m，主樓和裙房區域地墻槽段有效長度分別為34.0m和30.35m。鑒于地質條件的特殊性，對地下連續墻兩側采用水泥土攪拌樁進行槽壁加固。

2.3支護結構設計具體方案

2.3.1水平支撐設計

利用地下主體結構的梁板作為基坑開挖階段的水平支撐，其支撐剛度大，對水平變形的控制極為有效，同時也避免了臨時支撐拆除過程中圍護墻的二次受力和二次變形對環境造成的進一步影響，最大的優勢在于避免了大量臨時支撐的設置和拆除，對于資源的節省和環境的保護意義重大。本工程利用地下主體結構共設置四道水平支撐，其中地下室頂板、地下一層梁板、地下二層梁板分別為第一、二、三道水平支撐，其中第四道支撐為設置在底板。在逆作法施工過程中，利用主體結構梁板作為開挖階段時的水平支撐必然承受較大的水平力，這種在水平力作用下梁板結構的受力分析在必須考慮梁板結構的相互作用，由于基坑四周與圍檁長度方向正交的水平荷載為不均勻分布，支承剛度在平面內分布也不均勻，為避免模型整體平移或者轉動，必須設置必要的邊界條件限制其平面內的。剛體運動。通常可采用三種計算邊界條件：1）在局部設置固定支座；2）法向彈簧支座邊界，法向彈簧邊界是一種工程經驗方法，也是空間桿系模型分析時經常采用的邊界條件；3）切向彈簧邊界，切向彈簧邊界的彈簧剛度系數按照地墻與土體之間的摩擦阻力的剛度確定，采用功能強大的有限元分析軟件ANSYS分析水平荷載較大的地下一層梁板不同的邊界條件下梁板結構的內力和變形特性。

由于本工程主樓和裙房底板厚度相差2m，如何利用底板厚度差異在地下室底板內部設置第四道鋼筋混凝土支撐，減小最后一道支撐與坑底的間距，對本工程安全和降低施工難度是非常重要的，本道支撐設置分析比較了三種不同方案，方案一是設置在主樓和裙房整個底板范圍內設置第四道混凝土支撐，支撐范圍大，給整個地下室底板鋼筋和混凝土施工帶來很大的施工難度；方案二是部分利用裙房區域的底板主要在主樓底板范圍內設置第四道混凝土支撐，該方案使得裙房底板與主樓底板必須分兩次澆筑，土方工程和鋼筋混凝土工程必須分次進行，土方開挖機械需要二次進場，施工工期較長，且主樓區域與裙房底板變板厚區域鋼筋施工難度較大，支撐范圍也較大；方案三是利用裙房區域的底板墊層與主樓底板范圍內臨時混凝土支撐相結合作為第四道混凝土支撐，充分發揮混凝土墊層的作用，且支撐范圍較小，并使得整個地下室底板土方施工、鋼筋施工和混凝土施工都可以連續施工，有利于施工合理安排，與方案二相比，本方案工期縮短約一個月，考慮地下室底板墊層與支撐協同作用的第四道混凝土支撐有限元內力和變形分析，第四道支撐斜撐軸力最大計算值約為6000kN，實測最大軸力為5493kN，二者接近。

2.3.2豎向支撐設計