淺談小高層建筑基礎設計

摘要：本文建筑設計論文在介紹小高層建筑常用基礎類型及設計計算方法的基礎上，結合具體的工程實例，詳細的闡述了小高層建筑設計的內容和方法。

關鍵詞：小高層建筑 樁筏基礎 基礎設計

基礎是房屋結構的重要組成部分，房屋所受的各種荷載都要經(jīng)過基礎傳至地基。由于小高層建筑層數(shù)多、上部結構荷載較大，導致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，小高層建筑基礎設計時應滿足以下幾方面的要求：(1)基礎的總沉降量和差異沉降量滿足規(guī)范規(guī)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）預先估計在基礎施工過程中對毗鄰房屋或市政設施的影響，并盡可能避免或減輕這種影響和干擾。

1、基礎的選型

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(jié)不均勻沉降的基礎形式。天然地基上的筏形基礎比較經(jīng)濟，宜優(yōu)先采用；必要時也可采用箱形基礎；當?shù)刭|條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形的要求時，也可采用交叉梁基礎或其它基礎形式；當?shù)鼗休d力和變形不能滿足設計要求時，可采用樁基或復合地基。

基礎是否發(fā)生傾斜是小高層建筑是否安全的關鍵因素。小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(wěn)定為止。

2、基礎的埋置深度

小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（風和地震作用）作用下的地基穩(wěn)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，保證小高層建筑的穩(wěn)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，地震反應減小得越多。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）％。

基礎的埋置深度對房屋造價、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，還會增加房屋的造價；而埋置太淺，通常又不能保證房屋的穩(wěn)定性。因此，基礎設計時應根據(jù)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，可以不考慮埋深的要求，但一定要做好地錨，保證基礎不發(fā)生滑移。

3、小高層建筑常用基礎形式

（1）筏形基礎設計

筏形基礎也稱為片筏基礎或筏式基礎，是小高層建筑中常用的一種基礎形式，它適用于小高層建筑地下部分用做商場、停車場、機房等大空間房屋。筏形基礎具有整體剛度大，能有效地調整基底壓力和不均勻沉降，并有較好的防滲性能力。

（2）箱形基礎設計

箱形基礎是由鋼筋混凝土頂板、底板、外墻和內墻組成的空間整體結構，是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式。它具有很大的剛度和整體性，能有效地調節(jié)基礎的不均勻沉降，常用于上部結構荷載大，地基軟弱且分布不均勻的情況；由于箱形基礎的埋置深度較大，周圍土體對其具有嵌固作用，因而可以增加建筑物的整體穩(wěn)定性，并對結構抗震有較好的效果；同時，因挖除了相當厚度的土層，減少了基礎底板的附加壓力，使高層建筑可以建造在比較軟弱的天然地基上，形成所謂補償性基礎，從而取得較好的經(jīng)濟效果。

1）箱形基礎的一般規(guī)定

箱形基礎的高度應滿足結構的承載力和剛度要求，并根據(jù)建筑使用要求確定。為了使箱形基礎具有一定的剛度，能適應地基的不均勻沉降，滿足使用功能上的要求，減少不均勻沉降引起的上部結構附加應力，一般不宜小于箱基長度（不計墻外懸挑板部分）的1/20，且不宜小于3m。當建筑物有多層地下室時，可以僅將最下面一層或兩層地下室設計為箱形基礎，也可將全部多層地下室設計成箱形基礎。

2）箱形基礎基底反力計算

確定基底反力是箱形基礎設計的關鍵問題，由于影響基底反力的因素較多，如土質、上部結構的剛度、荷載分布和大小、基礎埋深、尺寸和形狀等，精確地確定箱形基礎基底反力是一非常復雜和困難的問題，可以按照彈性地基上的梁板理論計算，不僅工作量大，且計算結果與實測值比較差別較大，因此，至今尚沒有一種可靠而實用的計算方法。

3）箱形基礎內力分析

箱形基礎頂板和底板在地基反力和水壓力及上部結構傳下來的荷載作用下，上部結構剛度對基礎內力有較大影響，由于上部結構參與共同作用，分擔了整個體系的整體彎曲應力，基礎內力將隨上部結構剛度的增加而減小，但這種考慮共同作用的分析方法計算上比較復雜，距實際應用還有一定的距離。目前在實際工程中是根據(jù)具體的上部結構體系分別采用兩種計算方法進行校驗。

（3）樁基礎設計

樁基礎是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式，適用于上部結構荷載較大，地基在較深范圍內為軟弱土且采用人工地基無條件或不經(jīng)濟的情況下。樁基礎由承臺和樁身兩部分組成，承臺承受上部結構傳來的荷載，并把它分布到各根樁，在通過樁傳到深層土上；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到深層較堅硬的地基中，或通過樁身傳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。

樁基承臺是上部結構與樁之間相聯(lián)系的結構部分，可選用柱下單獨承臺、雙向交叉梁、筏形承臺、箱形承臺。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。

4、論文結論

小高層建筑由于既能適應現(xiàn)代居住生活要求，又可以在一定的程度上提高土地利用率、節(jié)約土地資源，得到人們的青睞。建筑基礎作為上部結構和地基之間的紐帶，其質量優(yōu)劣直接關系到上部結構的安全與否。設計人員在進行小高層基礎設計時應當根據(jù)建筑物所處的地區(qū)、業(yè)主的要求以及地質條件，在滿足國家規(guī)范及強制性條文的要求下，進行恰當?shù)倪x型，科學的計算和驗證分析進行基礎的設計。隨著人們對地基基礎研究的不斷深入，小高層建筑基礎設計也會取得新的發(fā)展。