關于高層建筑基礎設計的研究與探討

郭彬彬 劉凱 蔣炳禮

摘 要：隨著科技水平的提升和城市化進程的演進，城市建筑越來越趨于多樣性和高層化，高層建筑在我國的工程建設中越來越普遍。高層建筑基礎，承擔著將高層建筑上部結構的荷載傳遞給地基的重要作用，作為高層建筑結構體系的一個重要組成部分，日益被業內人士所重視。將高層建筑上部結構、基礎與地基協同考慮，選擇合理的基礎形式，是高層建筑基礎設計的把握要點。

關鍵詞：高層建筑；基礎設計；分析方法

1 關于高層建筑基礎設計選型的重要性研究

一是影響安全性。高層基礎如果設計方法不對或者選型不當，將嚴重影響建筑物的安全性。不恰當的基礎設計，可能因承載力不足引起建筑物的不均勻沉降，導致建筑物開裂或傾斜，引起難以修復的工程質量問題。

二是影響工程造價。基礎工程在建筑工程造價中占有很大的比重，通常情況下可以達到25%左右，在結構復雜或者地質情況復雜時，所占比重還會有所增加。選擇合理的基礎形式是降低工程造價的一個有效措施。

三是影響施工工期。合理選擇基礎形式對縮短施工工期具有重要意義。據統計，基礎工程的施工工期可以占到土建工程工期的 30%左右，因此正確選擇合理的基礎形式對節省施工工期有很大的意義。

2 高層建筑基礎設計的分析方法

目前，最理想的分析方法是上部結構與地基、基礎共同作用的分析方法。經過工程技術人員多年的實踐與研究，高層建筑地基、基礎共同作用的事實已被人們所認同。在這種方法中，地基、基礎、上部結構之間，同時滿足接觸點的靜力平衡和接觸點的變形協調兩個條件，即將上部結構、基礎和地基三者看成是一個彼此協調的整體進行分析。

3 高層建筑基礎的選型研究

3.1 基礎選型的依據

高層建筑基礎設計選型時應考慮以下幾個方面因素的影響。

（1）地質條件。地質條件是影響高層基礎選型的一個非常重要因素，雖然建設場地的地質條件在多數情況下是隱蔽的、復雜的和可變的，但目前的工程勘察和技術手段，一般能做到相對的準確。作為設計人員，對提供的地質資料要能夠進行準確分析和正確判斷，進而能夠合理地進行基礎設計，并在施工過程中根據具體的地質條件變化修改設計。

（2）上部建筑結構形式。不同的上部結構，對地基不均勻沉降的敏感程度也不相同，對地基不均勻沉降越敏感的上部結構，則應選擇剛度較大的基礎形式。因此要根據上部結構的不同結構形式（框架、框架剪力墻、剪力墻結構等）選配合理的基礎型式。要根據建筑結構的特點，荷載大小，建筑物層數，高度、跨度大小等因素來選擇最佳的基礎形式。

（3）高層建筑基礎設計應滿足建筑物使用上的具體要求。例如要滿足人防、地下車庫、地下商場等各種建筑類型的具體要求。

（4）高層建筑基礎設計還要滿足構造的要求。例如箱型基礎，要滿足埋深、高度，基底平面形心與結構豎向靜荷載重心相重合，偏心距、沉降控制等要求。

（5）抗震性能對基礎選型的影響。高層建筑對地震作用更加敏感，在地震作用下，基礎可能出現過大變形、不均勻沉降和傾覆，所以在基礎選型時，一定要充分考慮到地震作用的影響。

（6）周圍已有建筑物對基礎選型的影響。周圍已有建筑物對基礎選型影響也很大，如與已建建筑物間距過小時，若采用筏型或箱型基礎，在深基坑開挖時，是否會對已有建筑物的基礎或主體造成局部下沉、開裂等；如基礎采用預制樁，打樁時的震動能否造成已有建筑物開裂或女兒墻、雨篷等構件的傾覆、倒塌、墜落等。

（7）施工條件對基礎選型的影響。施工隊伍素質能否保證施工質量；材料、設備、機具等能否就近購買或租賃；施工期間的氣候條件等都是影響基礎選型的因素。

（8）工程造價對基礎選型的影響。應在滿足功能的前提下，選用造價最經濟的基礎設計方案。

3.2 幾種常見基礎類型的適用條件分析

（1）筏型基礎。是高層建筑常用的基礎形式之一。它的適用條件為：①對于軟土地基，當使用條形基礎不能滿足上部結構的容許變形和地基容許承載力時；②當高層建筑的柱距較小，而柱子的荷載較大，必須將基礎連成一整體，才能滿足地基容許承載力時；③風荷載或地震荷載起主要作用的高層建筑，欲使基礎有足夠的剛度和穩定性時。

（2）箱形基礎。箱形基礎是高層建筑中廣泛使用的一種基礎，具有很大的剛度和整體性。對地基的不均勻沉降起到調節或減小的作用。因此適用于上部荷載大而地基土又比較軟弱的情況。

（3）樁基礎。樁基礎也是高層建筑中常用的一種基礎形式。它的適用條件為：①淺表土層軟弱，在較深處有能承受較大荷載土層作為樁基礎的持力層時；②在較大深度范圍內，土層均較軟弱，且承載力較低時；③高層建筑結構傳遞給基礎的垂直和水平荷載很大時；④高層建筑對于不均勻沉降非常敏感和控制嚴格時；⑤地震區采用樁基礎可提高建筑物的抗震能力時。

（4）柱下獨立基礎。它的適用條件為：當上部結構為框架結構、無地下室、地基土質較好、荷載較小、柱網分布較均勻時，可采用柱下獨立基礎。在抗震設防區，其縱橫方向應設連系梁，連系梁可按柱垂直荷載的 10%引起的拉力和壓力分別驗算。

（5）十字交叉鋼筋混凝土條形基礎。它的適用條件為：①當上部結構為框架剪力墻結構、無地下室、地基條件較好時；②當上部結構為框架剪力墻結構、有地下室、無特殊防水要求、柱網、荷載及開間分布比較均勻、地基較好時；③當上部結構為框架或剪力墻結構、無地下室、地基較差、荷載較大時，為了增加基礎的整體性和減少不均勻沉降。

（6）其它基礎形式，如板式、樁箱基礎、樁筏基礎等，可根據各種影響因素的具體情況，合理地進行比選，由設計者自行選擇。

4 結論

設計人員在進行高層建筑基礎選型設計時，一定要綜合考慮各方面因素的影響，針對具體情況選擇合理的基礎形式，采用正確的設計方法，這樣才能保證結構的安全與穩定，也會給建筑工程的質量、造價和工期帶來效益。

參考文獻：

[1] 蔣璐.關于高層建筑基礎設計的幾點思考[J].低溫建筑技術，2009（10）.

[2] 趙建寧.高層建筑基礎設計的幾點體會[J].甘肅科技，2009（11）.