(完整word版)高层建筑及复杂和超高层建筑的基础设计

高层建筑及复杂和超高层建筑的基础设计

摘要：为保证高层建筑使用过程的安全性，延长使用寿命，提出加强高层建筑基础设计的建议。本文首先浅谈高层建筑基础设计的特征，其次探讨了嵌岩桩、平板式筏形、桩筏等基础形式的特征及施工工艺等，最后分析了建筑基础设计的相关注意事项。希望与同行共同分享施工经验，共同优化高层建筑基础设计效果，推动建筑行业健稳、持久发展进程。在当代生活中，高层建筑与超高层建筑逐渐兴起，与传统建筑不同的是，高层建筑与超高层建筑在结构设计上均有着不同程度的复杂性。人们的居住需求和审美需求，同时对复杂高层和超高层建筑提出了相当高的要求。本文主要针对复杂高层和超高层建筑的结构设计进行分析。

关键词：高层建筑；基础设计；基础形式；施工工艺；复杂高层；超高层建筑；结构设计

1高层建筑基础设计特征

在对任何建筑物基础设计之前，一定要获得足够的材料，这些材料包括两大部分，即地质资料、与上部结构相关的资料。高层建筑通常需要更详细的资料，在分析地质材料过程中，应对地基类型作出科学判断并考虑其可能出现的问题，重点研究土层的分布规律，探查地下、地面水的活动情况；在分析上部结构过程中应重视建筑物体型的复杂性、结构类型及其传力体系。所有的成功的基础工程均应符合如下各项稳定性及变形要求[1]：（1）深埋足以防止基础底部物质朝向侧面挤出，这对优化单独基础及筏形基础施工质量均有很大现实意义。（2）埋深应在冻融以及植物生长诱发的季节性体积改变区段以下。（3）基础结构在抗倾覆、转动、滑动或防止土破坏等方面必需是安全的。（4）基础结构有较大能力去应对后续在场地或施工规格尺寸方面作出的改变，并且在出现重大改变时便于调整。（5）从基础设计采用的方法进行分析，其应具有经济性。

2高层建筑基础设计时的常用形式

2.1嵌岩桩基础

又被叫做嵌岩墩，桩体下段带有浇筑在岩体内的钻孔灌注桩，且其长度适宜。桩端嵌入岩体内的桩被叫做嵌岩桩。在对高层建筑基础设计过程中，已知上部结构传导到基础地面的载荷处于较高水平，故而通常会把结构相对稳定的微风化岩层或一定厚度的中风化岩层设为持力层，上部结构荷载传导至岩层过程中嵌岩桩发挥媒介作用。采用嵌岩桩基础设计高层建筑基础结构，桩尖承载能力较大，且桩侧与土两者之间还会形成一定摩擦力，促进持力层变形量趋于零，很容易符合上部结构荷载对基础承载能力提出的要求，且设计期间计算流程相对简易，但施工周期相对较长，桩身施工结束后一定要等到混凝土强度达到设计要求强度时，方可检测桩身质量，这会进一步延长工期，增加造价成本[2]。

2.2平板式筏形基础

平板式筏形是以天然地面为基础发展起来的一种基础形式，其施工期间对施工场地进行平整处理，使用压路机碾压地表土碾压，确保其密实度符合设计要求，在较密实的持力层，对钢筋混凝土平板进行浇筑施工，该平板是建筑物的基础。筏形基础是现阶段高层建筑中常用的基础形式，其具有刚度大、结构完整性优良等特征，可以实现对上部结构荷载的有效分散，进而降低基底压力，实现对不匀称沉降的有效调整，还能够跨越地基土局部软弱区或溶洞，其在抗渗透性方面体现出很大优越性。在现实施工实践中，筏形基础常用的形式主要有平板、梁板两类。梁板式筏形内的基础梁既能正放还能反放，正梁筏具有板面平整度高、利于排水、便于使用等优点，但其施工流程较繁杂；反梁筏板尽管施工流程较简单，但在排水与使用时需安设架空地坪[3]。整体分析，平板式筏形基础施工便捷、模板样式简单、卷材防水施工较简单，故而在高层建筑基础设计施工中有较宽广的应用前景。

2.3桩筏基础

基岩层所处地层相对较深是国内沿海城市的岩土地层结构主要特点，因为嵌岩桩基础基本上不能实现，故而只能选用桩基础，但由于摩擦桩的承载能力偏低，部分情况下难以迎合高层建筑上部结构荷载对基础承载能力提出的要求，因此该区段高层建筑基础设计可选择桩筏基础形式。桩筏基础为桩基与筏板基础的

总称，桩基绝非是基础结构，其属于人工地基，筏板为组成基础的重要结构之一，部分有地下室的建筑经常使用筏板基础，在荷载相对较大、地基土承载能力无法符合上部结构荷载或沉降要求时，建议选用桩筏基础，桩土的协同合作是该种基础形式的运行机制。在地基土沉降、收缩、固结等物化过程中和桩体形成良好的协调关系，进而构件稳定的平衡状态，此时筏板底土层和摩擦桩同时承担了上部结构传递荷载。对筏板基础进行整体分析，发现其四周应力水平处于最大层面上，所以在设计基础时应确保筏板四周桩均匀布置，加密桩体的间距，筏板内部最好使用梅花形布置[4]。分析到摩擦桩的特点，应加强桩身内径的适宜性，结合冲切、抗弯、抗剪要求等规划筏板厚度。

2.4沉管灌注桩

沉管灌注桩是建筑基础中一种多种桩基础。该基础形式使用振动沉桩或锤击打桩设备，把附有钢筋混凝土的桩尖、带有活瓣式桩靴的钢管送入土内，形成桩孔，钢筋笼置入其中并对混凝土进行浇筑，继而将套管拔出，借用拔管过程中产生的振动作用振捣混凝土，最后形成符合设计要求的灌注桩。和常规钻孔灌注桩相比较，沉管灌注桩规避了由桩尖浮土引起的持力不足、桩身沉降等问题，并较明显的改善桩体表层浮浆现象，使用该种基础形式有益于减少材料的耗用量。但施工质量控制难度较大，如果拔管过快可能会诱发桩身缩颈现象。因为采用的挤土桩，那么很可能在挤土效应的作用下导致预先浇注的桩身出现倾斜、断裂甚至错位等不良情况。该种工艺在土质较复杂、疏松的地区中体现出较好适用性，但若土层内存有体积较大的孤石，则就会造成该工艺难以运行，此时需要调整其他工艺穿过孤石。

3高层建筑基础设计的注意事项

（1）重视地基基础等级的设计。有关规范中，结合地基复杂程度、建筑物规模及功能特征等条件，把地基基础的设计分为三个等级，并明确地基基础设计时应满足如下要求：①全部建筑物的地基承载力设计一定要符合要求；②针对属于甲、乙等级的建筑，应对其地基变形量进行验算。（2）抗浮设计时要区分现实情况进行抗浮验算：验算建筑物抗浮能力应符合：建筑物永久荷载/水浮力≥1.0，其中，永久荷载取标准值。若高层建筑主体基础、裙房地下结构空间两者合二为一时，均应用桩基，可利用抗拔桩去应对抗浮问题[5]。（3）设置地下时，对基础设计与整体结构形成的影响有全面了解。比如，挖掘地下室的深基坑，其会对天然地基或复合地基的基础能发挥很大的卸载、补偿作用，进而降低地基的附加压力，增加了地基承载力的计算值。

1复杂高层与超高层建筑特点

复杂高层是指建筑物带有转换层、加强层、错层、连体结构和多塔楼结构等，属于比较复杂的建筑高层。具有超高的容纳量，形状独特，是现代生活的产物，可以满足当代现代人的审美观，在主流审美中备受欢迎。而超高层建筑，一般是指200m以上的建筑物，一般用于办公等。为了缓解土地矛盾，时代下的产物。不同于普通的建筑工程，复杂高层和超高层的建筑设计都要更加复杂一些，考虑的因素也要更多一些，这也就导致了复杂高层和超高层建筑在施工上的困难。若想在复杂高层和超高层建筑安全的基础上，满足居民的舒适体验和审美体验，必须要对复杂高层和超高层建筑的影响因素、设计重点进行深入分析，才能保证建筑物能够满足人们的各项需求，受到人们青睐。

2影响复杂高层和超高层结构设计的因素

2.1地基因素

地基因素是建筑物建设的基础。虽然我国土地资源辽阔，但具体情况具体分析，不同地区之间的地质差异还是相当明显的。不同的地质条件，施工条件不同，设计方案也不同。在进行复杂高层和超高层建筑设计时，必须首先考虑地基因素，对地基的复杂程度进行模拟，然后将可能受影响的因素在模拟的建筑物上表现出来，以此来推断建设条件。另外，要严格审查地质勘查报告，分析地质各种数据，比如地基的稳定性、承载力、变形程度等方面，都要有一个明确的认知和数据，以此为依托，为建筑物设计提供数据支持。根据《建筑地基基础设计规范》当中所规定的抗力限制以及作用效应，进行合理的建筑工程基础选型，保障建筑工程的安全性。地基与建筑物的使用质量存在直接关系，无论是开展什么建筑，地基都是首先要考虑的因素之一。

2.2施工技术与建筑材料因素