论高层建筑结构中基础设计

论高层建筑结构中的基础设计
摘要：高层建筑结构设计中，基础设计方面尤其重要。

所谓“地基不牢地动山摇”，基础如果不打好，那么建筑物就会出现严重问题！轻则建筑出现裂缝，严重可导致整个高层建筑倾塌。

本文依据已有的工程实践，进行了初浅的介绍，以供设计人员参考。

关键词：高层建筑；结构设计；基础；问题
中图分类号： tu318 文献标识码： a 文章编号：
在经济迅速发展的今天,高层建筑成为城市空间利用的重要角色，同时，迅速发展的高层建筑也给设计师提出了诸多新的挑战。

高层建筑的基础作为高层建筑结构体系的一个非常重要的部分至关重要。

高层建筑基础选型基础工程设计中的关键问题是如何根据各个地区地质条件的差异,来选择安全经济的基础形式。

一般情况下，高层建筑应需考虑以下几种条件:①高层建筑基础应支承在坚固或均匀的地基上,应充分考虑到持力层以及下卧层的稳定性,不宜在同一栋建筑采用多种类型的基础形式；②高层建筑基础应保证基础本身的强度要求,同时，基础上部传递的荷载分布应达到最大的均匀；③高层建筑基础应满足上部结构的正常使用要求;④高层建筑基础应满足相关构造要求,如高层建筑箱基的埋置深度和高度,基底平面形中心应与结构竖向静荷载重心重合,对偏心距的要求、沉降控制等;⑤高层建筑基础一般埋置较深,在施工过程中,为了保证施工过程中的安全和质量，高层建筑的基础应充分考虑到深基坑开
挖和地下水抽排对周围建筑物的影响。

高层建筑在设计基础时一般采用筏板基础、桩筏基础、箱形基础等，具体选择哪种基础形式是基础设计考虑的首要问题，设计工作的过程可以遵循以下几步进行。

首先，充分掌握施工场地的岩土勘报告，根据场地的地层分布及各层地基承载力特征值确定明确的持力层；其次根据持力层的位置及建筑专业确定的上部结构类型、层数、地下室层高初步选定基础形式，并核查是否满足该种基础形式的基本要求；最后根据上部结构的荷载及地基承载力特征值进行基础估算，同时要考虑持力层下是否有软弱下卧层、基础施工的工艺方法、邻近建筑物基础的影响等。

下表为笔者了解的一些高层建筑的基础形式列表。

其中，凯地怡苑2号楼，原建筑方案地下1层，地下室层高为4.2米，地上11层，房屋高度32.45米，框架剪力墙结构。

根据该场地的岩土工程勘察报告，卵石层埋深8.5米，地下水位埋深8.1米，基础设计时若选择桩基础则桩长与桩径比不满足规范的要求，且受地下水的影响卵石层下继续下挖特别容易塌挖方，若选择筏板基础则地下层高过高，经多方面经济比较并与建设单位沟通后将地下室层数改为2层设置，基础采用筏板基础。

由此可见，基础形式的选择需考虑、综合各方面的因素。

二、在进行基础设计时，应注意如下问题：
1.目前国内高层建筑基础设计大多直接采用电算程序计算出的各种荷载效应的标准组合和同一地基或桩基承载力特征来设计，风
荷载和地震作用主要引起高层建筑边角竖向结构较大轴力，将此短期作用与永久作用同等对待，加强了边角竖向结构的基础，相应重力荷载长期作用下中部竖向结构基础并未得到增强，从而导致一些高层建筑出现地下室底部横向墙体八字裂缝，这是典型盆式差异沉降现象。

建议重力荷载与风荷载组合时，承载力特征值可适当提高1.1倍—1.2倍，重力荷载与地震作用组合时，承载力特征值可按现行《建筑抗震设计规范》予以提高。

因此，高层建筑基础设计应以减小长期中立荷载作用下地基变形、差异变形为主，计算地基变形时，传至基础地面的荷载效应采用正常使用的极限状态下荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。

2.高层建筑结构基础嵌岩时，宜在基础周边及底面设置砂质或其他材质褥垫层，垫层厚度可取50mm—100mm，不宜采用肥槽填充混凝土做法。

筏板基础的平面尺寸应根据地基土的承载力、上部结构的布置及其荷载的分布等因素确定，可取消偏心距计算。

平板式筏基的板厚可根据受冲切承载力计算确定，尚应考虑不平衡弯矩作用在冲切面上的附加剪力，板厚不宜小于400m。

筏形基础应采用双向钢筋网片分别配置在板的顶面和底面，钢筋间距不宜小于150mm，也不宜大于300mm；受力钢筋直径不宜小于12mm。

梁板式筏基梁宽小于柱宽时，可将肋梁在柱边加腋，并满足构造要求。

墙柱的纵向钢筋贯通基础梁，并从梁上皮起满足锚固长度的要求。

梁板式筏基的梁高取值应包括底板厚度在内，梁截面应满足正截面受弯及斜截面受剪承载力，并应验算基础梁顶面柱下局部受压承载力。

梁高不
宜小于平均柱距的1/6。

3.桩基的设计应因地制宜，桩基选择和承台设计应根据上部结构类型、桩端持力层土类、荷载大小、地下水位、桩穿越的土层、施工条件和经验、制桩材料供应条件等因素综合考虑。

桩基的竖向承载力、水平承载力和抗拔承载力等确定，应以静载试桩结果为依据，有利于保证安全性和经济性。

试桩依桩长、岩土不同等取不利情况选择，按照勘探报告提供的桩基设计参数和桩基规范经验系数法得到的桩基承载力可作为设计参考。

甲级设计等级的桩基础、建筑体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙级设计等级的桩基础、对沉降有严格要求的建筑的桩基础以及采用摩擦型桩的桩基础，应进行沉降计算。

受较大永久水平作用或对水平变位要求严格的建筑桩基，应验算其水平变位。

箱形基础的平面尺寸应根据地基土层承载力和上部结构布置以
及荷载大小等因素确定。

外墙宜沿建筑物周边布置，内墙沿上部结构的柱网或剪力墙位置纵横均匀布置，墙体水平截面总面积不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10。

对基础平面长宽比大于4的箱形基础，其纵横水平截面面积不应小于箱基外墙外包尺寸水平投影面积的1/18。

箱形基础的高度应满足结构的承载力、刚度及建筑使用功能要求，一般不宜小于箱基长度的1/20，且不宜小于3m。

此处箱基长度不计墙外悬挑板部分。

箱形基础墙体的门洞宜设在柱间居中的部位，洞口上下过梁应进行承载力计算。

高层建筑基础设计案例分析某高层建筑位于繁华地段；地下2层，
地上26层，其中一、二层为商业用途，功能上要求大跨柱距，以上均为住宅；建筑高度为78.6m，总面积约48000m2；为a级高度钢筋混凝土高层建筑，抗震设防烈度为6度，抗震设防类别为丙类，场地土类别为ⅱ类，结构体系为部分框支剪力墙结构。

4.1地质分析根据岩土工程勘察报告，本工程场区地层结构逐层为：杂素填土、碎石层、粘土层、闪长岩残积土、全风化闪长岩、强风化闪长岩和中风化闪长岩。

场区内地下水属壤中潜水型，埋深3.40~3.80m。

4.2桩基方案优化本工程原设计采用桩径600mm的钻孔灌注桩，以中风化闪长岩为桩端持力层，桩长约18m，单桩承载力特征值为1800kn，桩总数为862颗，需要满堂布桩，因此采用桩筏基础，基础筏板厚1800mm，上、下皮各配置两排双向φ25@150受力钢筋网，板厚中部配置两排双向φ12@300构造钢筋网。

本工程优化设计将原桩长减少2m，桩径由600mm增大至700mm，其它条件不变，采用钻孔灌注桩后压浆技术后，单桩承载力特征值由优化前的1800kn增大到
3500kn，桩总数由优化前的862颗减少到388颗，将原设计的满堂桩筏基础方案修改为柱下独立承台或墙下条形承台＋构造防水底
板方案，承台厚度与筏板厚度相同，均为1800mm，但是只需在承台下皮单层配筋，防水底板厚度为600mm。

4.3经济优势经估算，本工程采用钻孔灌注桩后压浆技术后，单桩承载力增加94%；桩身混凝土用量节省约2100立方米，节省比例约47%；基础底板混凝土用量节省约3550立方米，节省比例约48%；合计节约工程造价约374万元。

同时由于缩短了施工工期，加快了
资金周转，取得了令业主满意的直接经济效益和综合社会效益。

总之，在高层建筑结构设计中，基础设计极其重要，扎实、适用的基础，是确保高层建筑质量的关键所在。

在进行高层建筑结构设计时，要结合当地情况，考虑好可能存在的一系列影响因素，把基础设计做好。

参考文献：
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