某高层建筑基础设计

摘要：结合实际工程浅谈高层建筑基础设计。

关键词： 沉降缝后浇带 差异沉降

中图分类号：TU2文献标识码： A

一、前言

随着经济的发展和土地的减少，高层建筑也越来越普遍，越来越高。建筑师对外形的需求，出现了大量体型相对较复杂的建筑，写字楼、商场、酒店、住宅等一体综合建筑，由于使用功能的要求,同时需要大量的停车位,为解决足够的汽车停放位置，就必须设置地下停车库。也就形成了主、裙楼一体或主、裙楼很近的建筑。本文结合实际设计工程，就阿克苏地区某综合商业高层建筑基础设计为例，简要谈谈高层建筑基础的设计。

二、工程简介

2.1工程概况

本工程处于高烈度地区，抗震设防烈度8度，地震加速度0.20g，场地类别三类。地下室两层，地上24层，地上高度94米，五层以上立面收进，五层以上平面不规则。结构选型采用框架剪力墙结构。

2.2工程地质情况

根据岩土工程勘察报告，场地土层分布自上而下分别为：①杂填土层，厚度1.4m~2.1m；②粉土层，厚度17.1m~19.7m，地基承载力特征值为160KPa；③圆砾层，厚度未揭穿，地基承载力特征值为300KPa。

三、基础结构方案选择

本工程塔楼基础占地面积1576m2，塔楼总荷载重量为617792kN，即要求地基平均承载力为392kPa。基底标高-11.0m，基础持力层的地基承载力特征值仅仅为160KPa，显然天然地基不能满足实际需要的地基承载力的需求。地质勘察单位的地勘报告结合当地施工经验给出的方案是地基处理。本工程主楼层数较多，基底压力大，地基沉降量也大，裙房和地下车库层数较少，基底压力也相对较小，地基沉降量较小，主、裙楼的差异沉降也较大。对于高层建筑，变形往往起着决定性的控制作用。本工程基础设计中解决差异沉降是关键问题。

为避免沉降差造成房屋开裂甚至破坏，早期做法通常是在主、裙楼之间设置沉降缝来解决两者间的沉降差，并采用双柱或双墙等措施是结构完全断开，让沉降两侧结构自由沉降。主楼的沉降较大，为避免裙楼基础受到影响，采取如裙房不设地下室或减少裙房地下室层数以及增加主楼地下室的层数，是主楼基础仍有一定的埋置深度及侧向约束；考虑裙房基础避让，裙房基础远离主楼基础等，主楼和裙楼间沉降缝的设置给建筑布局也带来很大局限，双柱、双墙及裙楼悬挑也极不经济。尤其在高烈度地震地区，由于碰撞产生的震害往往比一些地下整体地上分缝的建筑震害大。在本工程中设置沉降缝是实际情况不允许的，只能不设沉降缝，从布置和技术措施上减少沉降差。

主要通过减小主楼沉降的同时加大裙楼沉降的技术措施，以达到减小差异沉降的目的。可选用的技术措施有：1）减小主楼沉降：采用压缩模量较高的中密以上砂类土或砂卵石作为基础持力层，其厚度一般不小于4m，并均匀且无软弱下卧层；主楼采用整体式基础，扩大基础底面面积，减小基底总压力，从而减小基底附加压力；主楼采用加固方法，适当提高地基承载力和减小沉降差；主楼可采用桩基础或复合地基。2）加大裙楼沉降：裙楼基础应尽可能控制底面积不致过大，采用整体性差，沉降量大的独立基础或条形基础；地下水位较高时，可采用独立基础加防水板或条形基础加防水板，防水板下应设置一定厚度的易压缩材料，使之避免因独立柱基或条形基础沉降时与防水板成为满堂底板；裙楼基础埋置深度小于主楼，使裙楼基础持力层土的压缩性高于主楼基础持力层的压缩性；裙楼与主楼采用不同的基础形式，主楼采用桩基础或复合地基，裙楼采用天然地基。

结合实际情况本工程最后确定方案为地基采用CFG复合地基，主楼提高地基承载力特征值至400KPa，裙楼及地下车库提高地基承载力特征值至250KPa。由于主楼层数较多，基底反力大，地基沉降量也大，决定主楼采用混凝土用量少，结构刚度大的梁板式筏形基础，裙楼层数较少，基底压力也相对较小，地基沉降量较小，并且其中的一个框架柱离主楼较近，裙楼采用条形基础，其余主、裙楼外扩地下室采用独立基础。

四、梁板式筏基的结构设计

4.1 筏板基础的平面布置

尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。筏基边缘宜外挑，挑出宽度应由地基条件、建筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定，一般情况下，挑出宽度为边跨柱距的1/4～1/3。

4.2梁板式筏基截面的确定

筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度确定，同时要满足抗渗要求，局部柱距及柱荷载较大时，可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切箍筋，来增加板的局部抗剪切能力，避免因少数柱而将整个筏板加厚。除强度验算控制外，还要求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏板的厚度按地面上楼层数估算，每层约需板厚50mm~80mm。本工程主楼地上24层，估算梁板式筏基梁截面900×2000，筏板厚度为900mm；由于板跨较大，在板跨中加设次梁。

4.3基础的内力分析

筏板基础的内力分析常用简化计算方法，其最基本的特点是将由上部结构、基础和地基3部分构成的一个完整的静力平衡体系，分割成3个部分，独立求解。倒楼盖法是应用得最广泛的一种简化计算方法。倒楼盖法适用于地基比较均匀、筏板基础和上部结构刚度相对较大、柱轴力及柱距相差不大；其缺点是完全不能考虑基础的整体作用，也无法计算挠曲变形，夸大上部结构刚度的影响。

上部结构、基础和地基三者的关系是相互影响、相互制约的关系。把上部结构、基础和地基三者作为一个共同工作的整体的计算方法，其最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调，整个体系符合静力平衡。对于基础，由于考虑了上部结构刚度的贡献，使其整体弯曲变形和内力减小，而取得较为经济的效果；对于上部结构，由于考虑了因基础变形引起的变形，这种变形将使上部结构产生次应力，考虑了这种次应力，结构将更安全。

本工程由于处理后的复合地基的地基承载力特征值的不同，基础形式的差别，在实际设计中对梁板式筏基、条形基础和独立基础分别分两次进行计算基础面积和配筋。

4.4后浇带设置

由于本工程结构长度超出规范要求，为减少混凝土强度产生过程中的收缩应力和消除在施工中产生的不均匀沉降，在主楼内部和裙房一侧设置用于控制收缩和沉降差的后浇带，因为收缩后浇带和沉降后浇带的封带时间不同，要根据实际工程的现场沉降实测值和计算的后期沉降差满足设计要求后，方可进行后浇带混凝土浇筑。

五、结语

高层建筑基础设计是整个结构设计的重要一环，其设计合理与否，关系到建筑物的安全和使用及施工工期和投资额度。本文通过工程实例，对高层建筑基础设计进行探讨，重点介绍了解决主、裙楼差异沉降的问题和根据场地条件来确定基础选型。

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