高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的要點探究

文/馬軍 大連新大地建筑設(shè)計研究有限公司 遼寧大連 116000

建筑物的地基基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是建筑工程最先思考、設(shè)計和施工的部位，建筑工程的根本立足點就在于地基基礎(chǔ)的合理設(shè)計。地基基礎(chǔ)之所以如此重要，原因在于地質(zhì)情況非常復(fù)雜，地基基礎(chǔ)在土中受力形式多樣，外界不確定影響因素較多。在建筑工程中，地基基礎(chǔ)通常占整個土木建筑造價的5%左右；當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況較為復(fù)雜特殊，基礎(chǔ)埋置比較深的時候，占土建造價可能會增加到10%以上。因此，綜合以上情況，在地基基礎(chǔ)的設(shè)計過程中，可以考慮幾種不同的方案，進(jìn)行可行性分析、對比、論證等，選擇出最優(yōu)的方案。

1、高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的原則與要求

在建筑工程上，基礎(chǔ)就是建筑物與土壤直接接觸的部分，把直接支撐建筑物重量的土層稱為地基。影響高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的原因有很多，包括外部的基本條件和建筑物本身對地基基礎(chǔ)的條件要求。外部的基本條件有：地面的土質(zhì)結(jié)構(gòu)以及底下的巖土成分等。建筑物本身對地基基礎(chǔ)的條件要求有：建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)對地基和基礎(chǔ)的荷載，建筑物的層高，地下室的層數(shù)等。除此之外，在設(shè)計基礎(chǔ)和地基的時候，還應(yīng)該考慮到抗震的功能，設(shè)計應(yīng)該符合國家頒布的抗震標(biāo)準(zhǔn)。

高層建筑地基基礎(chǔ)的設(shè)計是非常復(fù)雜的，要綜合考慮各方面的影響因素，相對于普通多層建筑，影響的條件更多，這又進(jìn)一步加大了設(shè)計的難度。高層建筑不僅層數(shù)相對較多，地下室層數(shù)也不同，結(jié)構(gòu)自重也因為荷載的增大而不同，土層的深度以及土質(zhì)的松軟程度也會對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生影響。

由于高層建筑本身的特殊性，高層建筑要滿足人們更多的使用條件，所以在設(shè)計過程中要比普通多層建筑更復(fù)雜，受影響的因素也相對更多。高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本要求是要滿足地基土層的抗壓能力，滿足地基的牢固性，確保地基豎向承載力和橫向抗滑移能力，注意地基的沉降量，考慮抗浮水位的影響等。一方面，要考慮地基在建筑外觀設(shè)計概念上的要求，另一方面，要考慮高層建筑對地面條件和建筑結(jié)構(gòu)的要求。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程技術(shù)也越來越成熟，模擬技術(shù)與勘測技術(shù)應(yīng)用廣泛，使用這些專業(yè)技術(shù)可以得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，可以更方便的反復(fù)模擬或修改建筑的設(shè)計方案，使高層建筑最基本的安全性得到滿足。

2、高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的要點分析

2.1 沉降縫的設(shè)計要點

沉降縫是指，為防止建筑物各連接的部分由于地基不均勻沉降引起房屋破壞，在施工時留設(shè)的垂直縫。當(dāng)建筑物的高度、荷載和結(jié)構(gòu)形式差別很大，而且地基的土質(zhì)又不相同時，建筑物可能會發(fā)生不均勻沉降，然后導(dǎo)致不穩(wěn)固的部位產(chǎn)生裂縫甚至開裂。為了避免或者減輕這種現(xiàn)象，在施工過程中應(yīng)該在適當(dāng)位置（如復(fù)雜的平面、高度變化處等）設(shè)置垂直縫隙，使建筑物分離。然而，通過實踐證明，沉降縫不應(yīng)出現(xiàn)在高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，由于高層建筑對地基基礎(chǔ)和地下室的壓力，在基礎(chǔ)中設(shè)置沉降縫，會使高層建筑的穩(wěn)定性受到威脅，還會影響地下室在土層中的嵌固。所以，高層建筑基礎(chǔ)中盡量不要設(shè)置沉降縫。

2.2 基礎(chǔ)埋深的設(shè)計要點

高層建筑的上部結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量很大，會產(chǎn)生很大的荷載，基礎(chǔ)底面也會有很大的壓力，加之高層建筑本身也需要一定的埋置深度，所以高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計受到上述因素的影響，形成一定的埋置深度，以滿足高層建筑的承載力和嵌固。深基礎(chǔ)一般是指，基礎(chǔ)埋深大于基礎(chǔ)寬度或高度超過 5 米的基礎(chǔ)。地基基礎(chǔ)埋深指的就是，從室外設(shè)計地平標(biāo)高算起，至基礎(chǔ)墊層底面的垂直距離。

高層建筑的基礎(chǔ)埋深與基礎(chǔ)形式和抗震設(shè)防烈度有關(guān)系。在確定基礎(chǔ)深埋之前，要首先考慮到的建筑物的結(jié)構(gòu)、功能、用途等方面的設(shè)計。比如，必須設(shè)置基礎(chǔ)深埋的地下室、地下車庫、帶有地下設(shè)施屬于半埋式結(jié)構(gòu)物等。基礎(chǔ)埋深的大小會影響到地基的可靠性，造價的高低以及施工的難度。對于高層建筑，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)該依據(jù)建筑物的高度而按要求設(shè)定，這樣做是為了滿足建筑物的穩(wěn)定性。

2.3 地下室的設(shè)計要點

地下室的存在對于高層建筑和多層建筑物來說，應(yīng)該是非常普遍的了。不管是住宅建筑還是商業(yè)建筑一般都會設(shè)置地下室、地下停車場等。在帶地下室的高層建筑中，當(dāng)?shù)叵率业母叨葷M足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的要求時，地下室的頂板可以作為地上結(jié)構(gòu)的嵌固端。當(dāng)?shù)卣饋砼R時，受到地震影響的只是地面上的建筑，也會對地下造成破壞，只是越到下面的層數(shù)，受破壞越小。但是地下結(jié)構(gòu)的抗震要求也不能忽略，要根據(jù)具體情況來決定抗震等級，這樣有利于提高整棟高層建筑的抗震能力。

2.4 地基處理的設(shè)計要點

地基處理的質(zhì)量優(yōu)劣會直接影響到基礎(chǔ)的選型和造價。利用軟弱土層作為持力層時，可按下列規(guī)定執(zhí)行：對于淤泥和淤泥質(zhì)土的處理，持力層應(yīng)該放置在上面覆蓋相對較好的土層，如果上面覆蓋的土層相對較薄，盡量不要擾動淤泥；持力層的選擇并不是唯一的，還可選用密實度比較好、性能比較穩(wěn)定土層作為地基基礎(chǔ)的持力層；雖然持力層的選擇有很多，但是盡量避免選用那些對于基礎(chǔ)土壤有侵蝕性的物質(zhì)，或者有機(jī)物含量多的土質(zhì)。局部軟弱土層以及暗塘、暗溝等，可采用基礎(chǔ)梁、換土、樁基或其他方法處理。由于影響地基的因素有很多，在選擇地基處理的方法時，應(yīng)該將各項因素考慮全面。比如綜合考慮場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、建筑物對地基要求、建筑結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)形式、周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況、施工條件等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較分析后擇優(yōu)采用。

綜上所述，在高層建筑工程設(shè)計過程中，地基和基礎(chǔ)部分是最重要的一個環(huán)節(jié)。從高層建筑的功能角度和結(jié)構(gòu)要求出發(fā)，大部分高層建筑要設(shè)置地下室。利用土體的側(cè)壓力來防止水平荷載作用下結(jié)構(gòu)的傾覆。高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，想要達(dá)到足夠的安全性和穩(wěn)定性，關(guān)鍵是要做好地基基礎(chǔ)設(shè)計。

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