高层建筑基础设计方案研究

[摘要]：经济的发展见证了高层建筑在中国的萌芽、发展、壮大阶段。随着全球气候变化和地震、海啸、滑坡泥石流等自然灾害对于人类生存发展的威胁的加剧，人们越来越关注建筑物本身对于这些自然灾害的抵御作用。高层建筑的质量保证的关键是基础的设计，本文主要探讨高层建筑基础设计的主要考虑因素和应采用的相对合理的基础类型以供高层建筑基础结构设计人员参考。

[关键字] 高层建筑；基础设计；研究

中图分类号：TU2文献标识码： A 文章编号：

一、建筑基础

所谓建筑基础是指位于建筑物的最下部深埋于自然地坪以下的承受建筑物上部所传来的各种荷载的建筑体，它是房屋的主要受力构件，因此要求其构造稳定、坚固、耐久、能经受冰冻、地下水及化学物质的侵蚀，保证足够的使用期限。[1]

二、建筑基础的分类

1.建筑物的基础可以分为独立基础、条形基础、筏板基础、箱型基础和桩基础。

2.独立基础是指呈独立的块状、形成有台阶形、锥形、杯形的基础。

3.条形基础是指呈连续的带形基础，它包括柱下条形基础和墙下条形基础。

4.筏板基础是一块支撑着许多柱子或墙的钢筋混凝土板，土板直接作用于地基上，一块整板把所有的单独基础连在一起，不仅使地基上的单位受压面积减少而且使整个地基的承载力增大。

5.箱型基础是指由底板、顶板、侧板和一定数量的内隔墙构成的整体而言刚度较好的钢筋混凝土箱形结构，此种结构对于抗地震荷载极为有用。[2]

基础的重要性是由其在建筑工程总造价中所占的比重这一重要参量所决定的。基础工程所消耗的水泥、钢筋之多、施工难度之大都是决定造价的主要因素。

三、高层建筑基础设计选型的重要作用

1.高层建筑基础选型不当或设计方案不合理将产生严重后果，它将严重影响建筑物的使用安全性，不合理的设计可能引起建筑物基础承载力不足而导致建筑物不均匀开裂、倾斜或沉降，给工程造成难以修复的质量问题。

2.选择合理的高层建筑基础设计可以相对的缩短工期。据调查研究发现基础工程的施工工期占到整个工期的30℅，而由于地质条件、周围环境等因素的介入，这种比例将会上扬。因此合理的建筑基础设计对节省工时具有重要意义。

3.选择合理的高层建筑基础设计可以大大降低工程成本。有资料显示，基础工程在整个建筑工程的施工成本中占据重要比重，一般情况下可以高达20℅～30℅，在地质结构复杂或建筑工程施工结构复杂时所占比例会相应增长。因此，选择合理的建筑基础设计能够有效的降低建筑工程造价。

四、高层建筑基础选型的依据

1.地质条件的影响。影响高层建筑选型的非常重要的因素就是地质条件因素。地质条件中持力层因素和穿越土层因素是两个重要参考变量，持力层的承载力和压缩模量决定了所选择的类型，比如当持力层距离地面较浅（不大于2m）、持力层压缩模量较大时就应选取柱下独基型的高层建筑基础选型。

2.上部建筑结构形式的影响。上部结构形式不同对于地基的不均匀沉降敏感度也不尽相同，框架、剪力墙等因素决定了上部结构的形式相异。

3.桩的尺寸因素

桩长和桩截面积的选择收到各种因素的制约，处于安全方面的考虑，人工挖孔桩不得大于30m，而

沉管灌注桩钢管长度的不超过24m。预应力管桩和预制方桩由厂家设定，一般为10～15米。工程中往往采用接桩的方法使桩的长度达到持力层约定的最低标准，而其接头数量一般为2～３次，不超过４次。至于桩径，转孔桩、锤击预制桩由于机器工具的限定桩径往往小于800mm，而人工挖孔桩由于人身体的工作空间的需要必须大于800mm。

4.基础选型设计应根据建筑物用途上的具体要求，比如为了满足地下车库、地下商场等各种建筑类型的需求。

5.基础设计要满足构造的需要。比如箱型基础要满足高度、埋深、偏心距、沉降控制等要求。

6.周围建筑物对于基础选型的影响。周围建筑物对于基础选型的影响是很大的，比如在与已有建筑物间距过小时若采用筏型基础或箱型基础就有可能在深基坑开挖时对已有建筑物的主体或基础造成开裂、下沉等损坏；又如高层建筑基础采用预制桩的话，在打桩时的震动会对周围建筑造成开裂或者雨篷、女儿墙等结构的倒塌、倾覆、坠落等。

7.施工人员的配备。高素质的施工队是由一批掌握专门的施工技术、熟悉施工程序和有着理性思维的优秀人才组成的，他们可以在施工期间有效利用现有资源包括人力、物力、财力，以高效率的施工进度、低成本的施工理念来保障施工质量。

8.应该依据建筑结构的整体特点、建筑物层数、宽度、荷载量等综合因素考虑最佳的高层建筑基础类型。

9.工期和性价比的因素

任何一项建筑工程工期和性价比都是首要的考虑因素。建筑工程的基础选型也必须考虑工期和工程造价这两方面的因素，对设计方案进行全方位的经济技术论证，通过多个施工方案的对比选出最适合、造价最少和所取得的经济效益最高的选型方案。

五、常见高层建筑基础类型的分析

1.柱下独立基础

柱下独立基础的适用于无地下室、地基荷载较少、土层较好、柱网分布均匀、上部为框架结构的情况。

2.桩基础

桩基础是高层建筑基础常用的之一，它适用于高层建筑结构给基础施加很大的水平和垂直荷载；浅表土层土质松软承载力较低；对于不均匀沉降有很强的敏感性；处于地震频发区等诸种情况下。

3.箱型基础

这种基础也是高层建筑经常选用的类型之一，由于箱型基础具有很大的刚度和韧性，对于地基的不均匀沉降起到很好的调节和控制乃至减少作用，因此该种类型适用于地基土层松软和上部结构荷载又非常大的情况。

4.十字交叉钢筋混凝土条形基础

十字交叉钢筋混凝土条形基础主要适用于三种情况：第一，当高层建筑上部结构是剪力墙或者是框架结构无地下室、地基较差、荷载较大时为了减少不均匀沉降和增加基础的整体性而采取这种基础。第二、当高层建筑上部结构是剪力墙框架结构、地基条件较好、无地下室是采用此种结构。第三、当上部结构是剪力墙框架结构、无特殊防水要求、设有地下室、柱网、地基较稳定、荷载及开间分布比较均匀是采用这种基础设计。

5.筏型基础

简要来讲筏型基础适于三种情况。第一、由于高层建筑的柱距较小、柱子的荷载较大而必须将基础连成一个整体才能够满足地基容许承载力的情况下；第二、地基土层结构松软，使用条形基础并不能够满足地基容许的承载力和上部结构的容许变形度的情况下；第三、由于地震荷载和风荷载其主要作用，而又要求高层建筑的基础拥有足够的稳定性和刚度的情况下。

六、对于高层建筑基础设计的建议

目前的流行观点是高层建筑基础设计综合考虑上部结构、地基和基础的共同影响。然而任何一种观点在流行一段时间后会由于现实的论证而暴露出其不足之处，以上提及的综合考虑上部结构、地基和基础的 观点也不例外这是由于上部结构的刚度形成存在滞后性，由于上部结构在建造过程中是逐步实现的因此其刚度的形成也是分阶段的，而在考虑这一因素时就不得不联想到这一滞后过程能否被真实模拟以及其模拟程度的准确性对于评估分析结果的影响。所以，对于高层结构的基础设计要随着新的建构力学的发展和新的建材的使用而逐步完善。

参考文献

[1] 莫海鸿，杨小平．基础工程[M]．JE京：中国建筑工业出版社，2003．

[2] 陈晓平．基础工程设计与分析[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．

[3] 黄和平．共同作用条件下基础与上部结构的相互影响[J]．武汉工业大学学报，1999，(3)：53—55．

[4] 晏文峰．商层建筑基础选型与设汁[J]．中外建筑，2007，(1)：85—86．

[5] 陈仲颐，叶啪瞵．基础工程学[M]．北京：叶I国建筑工业出版社，1990.