高层建筑基础设计的优化研究

高层建筑基础设计的优化研究

摘要：目前，随着我国高层建筑的不断增多，使得其结构设计上的变化也越来

越多，人们开始广泛关注高层建筑的结构设计问题。在高层建筑结构设计中，基

础设计是十分重要的组成部分，加强对该部分的研究具有一定的现实意义。本文

将根据高层建筑的相关定义，深入分析高层建筑基础设计的策略，旨在提高我国

高层建筑结构的设计水平。

关键词：高层建筑；基础设计；优化

一、基本定义

高层建筑指的是超过一定层数或高度的建筑。而对于高层建筑的起始高度或

层数，各国的规定有所差别，并没有统一的绝对严格的标准。根据我国的《高层

建筑混凝土结构技术规程》中的有关定义：高层建筑结构指的是层数在10层或

10层以上的又或者是楼层高度超过28 米的钢筋混凝土结构。高层建筑的历史可

以追溯到几千年前，近现代以来，当世界范围内的各个城市的经济发展到一定的

水平之后，都专注于提高建筑的高度和层数。这是因为高层建筑的出现使用能够

给社会带来丰富的经济效益：首先，推动城市化进程，人口大规模集中化，高层

内部的横向和纵向的空间延展性便利了大规模的沟通，起到提高效率的作用；其次，以纵向发展代替横向发展，大面积建筑的用地因此而大幅度缩小，极大地节

约了有限的土地资源；此外还可以使得政府的建设投资大大减少，提高施工效率。而随之出现的就是高层建筑在设计上出现的诸多新的问题，只有解决了这些问题，高层建筑才能更好地为人类社会服务，发挥其应用的作用。

二、高层建筑地基基础设计的主要依据和基本要求

1.主要依据

对于高层建筑来说，其地基基础设计受许多种因素的影响，地面上的土质结

构以及地面下的岩土成分等都是外部的基本条件；而建筑本身的层高、地下室的

层数以及建筑的内部结构对地基的压迫程度也是建筑本身对地基基础的限制条件；除此之外，与之相关的抗震要求等对基础设计也提出了更高的要求，根据这几种

因素，再与工程设计的造价总体规划结合在一起，对地基基础做出整体而全面的

科学评估，就能够得出地基设计的基本数据。

2.基本要求

和一些普通的多层建筑设计进行比较，因影响高层建筑地基基础因素有很多，所以在设计期间要考虑的设计要求也变得愈加复杂。地基的牢固性、建筑结构的

稳定性与抗震性、地基竖向的承载力与横向的抗滑移、地基的沉降指数、地基土

层的抗压能力和地基压力变形范围等等，这些都是地基基础设计的基本要求。所以，在对地基基础进行设计时，不但要考虑到建筑外观设计上的要求，还需要考

虑到地面条件和建筑本身结构对高层建筑所提出的具体客观要求。目前，随着我

国模拟技术和勘测技术的越来越完善，给高层建筑设计提供了许多便利条件和可

靠数据，从而在一定程度上满足高层建筑最基本的安全性要求。

三、高层建筑结构基础设计的优化策略

为了优化建筑结构基础设计，满足安全性、经济性、功能性、环保性的要求，结合基础设计的实际情况，可采取如下策略。

1.建筑基础方案选择

建筑基础合理布置及选型一直是整个建筑结构的关键。即使是同一种场地地基，在基础形式上可供选择的余地很大。一般而言，建筑工程造价与施工难度直

接与其所选基础形式有关。因此，对于基础形式的选择，应以多层次、全方位、

综合性考量为基础，对最佳目标予以科学选择。第一，将现有岩土工程勘查资料

作为分析依据，在对建筑基础形式及布局进行研究中，要对场地工程地质情况、

场地动力学参数、地基承载力、岩石物理学性质及地下水位等因素进行综合考量，对现有资料进行科学分析，再结合上部结构形式，以编制最佳设计方案。第二，

在对基础布局及形式予以选择时，还需要结合其与上部结构间相互作用情况予以

考量。一般而言，在进行建筑结构设计时，通常会将二者分离开来分别考虑及进

行动力分析。但由于此种方案在现实执行中存在诸多缺陷，通过计算获得的基础

沉降量及基底应力与实际测量值之间差异很大。因此，在对基础布局及形式予以

选择时，不能将基础问题与上部结构分离开来进行，还需要对二者间相互作用因

素考虑进去。以二者间相互关系入手，在进行结构设计时，应对其次应力、开裂

等情况予以考量，避免此种情况的发生，以保证方案的切实可行。

2.基础结构的计算

第三次科技革命以后，计算机深入到了社会的各个领域，在基础结构计算方面，计算机也发挥了不小的作用，设计人员利用计算机软件进行设计和数据的计

算等工作往往能达到省时省力的效果，而随着计算机技术的发展，计算的精准度

也大大提高。但是需要注意的是，计算机技术在带来这些便捷的同时，在计算时

也产生了一些问题。在使用计算机程序时必须要考虑到以下因素：首先，由于计

算机计算的便捷，许多工作人员对计算机产生了极强的依赖性。有时候计算上的

错误正是由于电子计算的失误产生的，而工作人员又没有对其进行必要的校对，

导致对设计产生很不利的影响。因此，工作人员必须提供计算的自主性，加强自

身的计算能力，对计算机产生的结果进行分析和核对，保证结果的准确性，为设

计的顺利进行保驾护航。其次，对于已经产生的计算结果，在选用时要做好把关，科学选择。我们知道，目前市面上的有关结构设计的计算机软件纷繁复杂，而不

同的软件对于某一种结构计算的结果经常存在差异。再加上对于设计而言，往往

只有一部分的计算结果是适用的，因而在选用结果时，工作人员必须进行全面系

统性的分析，选择真正合理的适用的结果。除此之外，还要考虑到计算模型与实

际情况的差异。由于计算机在计算时默认的是理想状态，所以自然与实际结果有

一定的差异，实际结果一般会随着实际情况不断变化。因此工作人员要将实际结

果与计算得出结果进行比对，如果二者不同，要重新设定计算模型进行计算。

3.提高材料的利用率

要想优化建筑结构的基础设计，必须在保证安全和经济的前提下，提高建筑

材料的利用率。例如，在钢筋混凝土结构中，当柱子以受压为主时，就需要根据

材料的抗压性进行选择，要高标号混凝土为主，减小构件的截面，增加使用空间。由于梁板是以受弯为主，要选用高强度的钢筋，以减少钢筋的用量。此外，钢筋

和混凝土的强度还要相匹配，这样能够最大限度地发挥材料的性能。总之，要重

视材料的恰当选择，提高材料的利用率，降低造价，收到最好的效益。

4.正确理解和应用《规范》

《规范》作为优化设计的基础和指南，在实际工作中必须严格执行其相关的

规定。一方面，要深入学习《规范》中的相关条文，深刻领会其中的内涵，并将

此作为设计准则，根据具体的设计对象、设计环境、构件特点等，进行科学合理

的设计。另一方面，要高度重视《规范》中的构造措施。在实践中，一些工程师

过分强调计算结果，却忽视设计环境，从而导致结构设计的安全性和经济性受到

损害。比如，抗震计算只是一种近似方法，具体的设计还需要考虑震害和总结构