對高層住宅建筑基礎結構設計的探討

劉督政 陳亞敏

中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南 鄭州 450000

1、前言

建筑業的繁榮發展對我國經濟的穩定增長具有十分重要的意義，使得人們對建筑物的類型和功能也提出了更加高的要求。在城市化的進程里，高層住宅對提高城市建設用地效率、緩解人口問題起到了一個重要作用和有效作用。科學技術在不斷的發展，高層住宅的建設會更加的可靠。嚴格控制基礎結構的設計是可以防止基礎和上部結構沉降有效的一個手段，也是整個建設項目里重要的一個組成部分。設計地基結構的時候，一定要綜合的考慮周圍環境，計算地基的承載力是否滿足設計的要求，防止因工期延誤而造成的不合理的設計計算。

2、基礎結構的設計理論

在高層的住宅里，地基土層、地基結構以及上部結構之間有著共同的一個作用。上部結構的剛性相對比較大，它會對基礎結構和基礎土層施加力。因為計算方法和設計技術的局限性，上述三種的計算存在一定的缺陷，同時還切斷了上層建筑與基礎結構的連接，使反作用力和荷載的計算分開。基礎結構降低了設計方案的合理性和可行性，并且上部結構中沉降不均勻。引起二次應力，這會導致計算的結果出現較大的一個偏差。

3、結構設計的影響因素

3.1、上部結構剛度的影響

如果上部結構是絕對柔性的，則不會限制基礎的變形，并且基礎梁的局部彎曲也會承受較大的整體彎曲。如果上部結構是絕對剛性的，則豎向構件會在基礎變形后均勻沉降，而忽略豎向構件的抗旋轉能量，然后把豎向構件用作基礎梁的固定鉸鏈支撐，而不會導致整體彎曲，但會導致局部的彎曲。在絕對撓度和剛度的條件下，基礎梁的內力大小和分布是不同的。

3.2、地基條件的影響

在高層住宅基礎結構的實際設計中，通常不會發生上述兩個的極端情況，而只出現在絕對剛度和絕對柔韌性之間。此時，有必要綜合考慮整體的一個剛度，這樣才可以滿足基礎結構的設計要求。基礎條件會影響基礎結構的應力，包括基礎土的可壓縮性和局部均勻性。如果基礎施工區域是不可壓縮的，則基礎不會整體彎曲，也不會因沉降不均勻而產生二次應力。一般來講，施工區基礎土的可壓縮性會導致基礎結構彎矩分布的差異，界面條件受土的蠕變，土體的相對柔性等諸多因素的影響。

3.3、共同作用的分析

在分析地基結構的應力的時候，應該要綜合的考慮地基土、基礎結構和上部結構之間的相互作用。整個系統的變形和內力計算應該要以接觸點和連接點滿足的變形協調條件為一個基礎。有限差分法、有限元法和有限條法是幾種常用的相互作用分析方法，它們可以實現剛度矩陣的建立和實現形式協調條件與剛度矩陣的耦合。

4、結構設計的控制要點

4.1、減少不均勻沉降

為可以減少建筑物的整體撓度，一定要合理的控制好結構的剛度和平面分布，并且一定要減少可能會發生不均勻沉降的可能性。在高層住宅基礎結構的設計里，許多的條形基礎沒辦法滿足基礎的承載力和上部結構。變形的時候，此時可以采用筏式基礎設計的方法，可以增加基礎結構的剛度，這樣才可以防止基礎不均勻沉降的發生。在筏式基礎的設計里，一定要確保上部結構的垂直永久重心與基礎表面的質心重合。為可以適當地控制偏心率，可以適當地調節基礎的面積以確保筏形基礎的穩定性。垂直和水平載荷都施加到基礎的頂面。為可以確保到它可以轉移到基礎土層，需要適當的增加基礎結構的強度和剛度。

4.2、考量結構整體作用

在基礎結構的設計里，不僅要考慮到基礎與基礎之間的相互作用，還要考慮到上部的結構對基礎的一個影響。特別是在基礎模型的構建里，為可以確定到最佳的設計方案，一定要對參數設置進行一個綜合的分析和計算。此外，還應該要綜合的考慮基礎的土壤，基礎結構和上層建筑里的鋼筋和結構，以改善方案。如果在同一整體筏板基礎上同時修建低層建筑物和高層建筑，則筏板厚度和地基下鋼筋的計算應該要以地基土共同作用引起的地基響應和地基變形為基礎。基礎結構和上部結構也應該要能夠確保到信息數據的準確性和完整性。在裙房高層住宅筏板基礎的設計里，需要有效控制筏板基礎下的筏板厚度和配筋，主樓下的整體撓度可以防止主樓與相鄰裙樓之間的過度差異和沉降，從而降低結構的二次應力。

4.3、對于建筑物結構基礎設計的相關建議

針對設計人員而言，設計人員在進行建筑物的基礎設計時，必須以建筑物的建筑高度為出發點，提前對于施工現場進行勘察，了解土壤情況，在進行具體設計時充分考慮地基和上部結構兩者的關系，對于一些不確定因素需要提前考慮可能出現的幾類情況，并以此為依據進行科學的設計。通常情況下，首先要進行基礎上部結構設計，然后再進行具體的基礎設計，這就要求必須采取一系列的有效措施，來降低少由于上部結構滯后而產生的誤差，從根本上保障建筑物基礎結構的設計水平。

5、結束語

總之，結構設計沒有絕對最佳的標準模式， 只有通過不斷地探索、比較，去尋求相對的最優。因此我們每一個結構工程師應不斷地追求盡善盡美的設計思想， 不只盲目照搬規范和依賴計算機程序作設計， 用自己的結構設計概念、經驗、判斷力和創造力為業主和社會設計出更好的建筑。。