高層建筑基礎結(jié)構(gòu)形式的設計

李 煒

（廣州市番禺城市建筑設計院有限公司，廣州 禺城 511400）

1 高層建筑基礎結(jié)構(gòu)的主要形式

高層建筑常用的基礎形式有獨立基礎（剛性基礎和柔性基礎）、樁基礎、樁箱基礎以及筏板基礎。樁基礎是我國高層建筑常用的基礎形式，樁基礎的主要特點是由于單樁豎向承載力大，能夠更好地發(fā)揮深部土層的承載能力。摩擦樁與端承樁在基礎施工中采用較為頻繁，端承樁的持力層為巖層，由于巖層的非圧縮性，樁沉降很小。摩擦樁的承擔豎向荷載的方式是借助樁側(cè)的摩擦阻力來進行，同時樁底土層承擔少量豎向荷載，由于樁底部土層可能由于可壓縮性而導致樁基可能有一定量的沉降量。

2 高層建筑基礎結(jié)構(gòu)形式的針對性設計要點

2.1 獨立基礎

獨立基礎包含兩種，分別是剛性基礎和柔性基礎，這兩種基礎主要應用到柱下基礎，如果柱距比較大，就需要使用獨立基礎，并且這種基礎設計的經(jīng)濟性更好。獨立基礎設計過程中，要依據(jù)地基土的特點進行，如地基壓實密度比較大、壓縮性強，就需要使用剛性基礎,其余情況可以使用柔性基礎，防止地基土壓縮致使地面出現(xiàn)不均勻的沉降。

2.2 樁基礎

樁基礎設計的荷載承重能力是比較強的，通常將其運用到地基土層中質(zhì)地比較硬的地方，這時高層住宅建筑工程的上部結(jié)構(gòu)就會發(fā)生承載力不足的情況，因此在基礎設計選型時，還需要對樁基礎設計進行科學的選擇。由于樁基礎設計的樁身是比較長的，能夠使全部建筑結(jié)構(gòu)上部荷載力轉(zhuǎn)移到土層深處，使地基結(jié)構(gòu)沉降的可能性降低，樁基礎設計中間位置做好加密布樁的工作，使中部樁的長度得以加長，并使樁基礎設計的承受能力得到調(diào)節(jié)。

2.3 樁箱基礎設計

樁箱基礎就是一種樁基礎與箱形基礎一起承載受力的基礎形式，其沉降量不大，有很強的抗彎剛度以及卸載能力，這種樁箱基礎一般被應用在地基較軟地區(qū)建設的高層建筑、重型建筑及對沉降要求高的高層住宅建筑中。樁箱基礎設計中，布樁方法的選擇是難度比較大的。由于不同位置地基土的性質(zhì)是不同的，因此在設計過程中需要選擇合適的布樁方法，從而使基礎底板的受力得到分載，保證基礎底板的受力能夠?qū)崿F(xiàn)均衡的狀態(tài)。如果受力不均勻，為實現(xiàn)受力均衡的目的，可以適當?shù)脑黾又虚g位置的樁間距。

2.4 箱形或筏型基礎

若高層住宅建筑工程地基承載力不夠均勻，建筑對地基基礎承載力要求較高，就可以使用箱形或筏型基礎。此外，若高層住宅建筑工程中有地下室，要應用筏型基礎，將筏型基礎作為地下室，并保證其作用得到充分的發(fā)揮。在進行箱形或筏型基礎設計時，降低基礎整體彎曲應力的工作是比較難的。因此在設計過程中需要將基礎與高層住宅工程上部結(jié)構(gòu)看做一個整體，通過共同作用分析法設計。共同作用分析法就是在高層住宅建筑工程基礎設計過程中，將上部結(jié)構(gòu)與基礎、地基作為整體，保證三者實現(xiàn)平衡的保持力、協(xié)調(diào)的變形力。箱形與筏型基礎都是大體積混凝土,施工過程中易出現(xiàn)裂縫，為此需要科學地設置伸縮縫的寬度，一般在25 mm 左右。

3 保障高層建筑基礎結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量的有效措施

3.1 控制基礎埋深

在確定高層建筑基礎埋深時，也可以將室外地坪作為起始點，同時高層建筑地下室頂板和地下車庫頂板設計時要按照嵌固層要求進行設計，地下車庫要具備足夠的側(cè)向剛度，如果無法滿足以上條件時，高層建筑基礎埋深則需要以地下車庫地面作為起始點進行計算。在具體對埋置深度進行確定時，要對建筑物高度、體型、地基土質(zhì)、抗震設防烈度等諸多因素進行考慮，埋置深度計算時要從室外地坪至基礎底面，而且要與下列要求相符：其一，對于天然地基或是復合地基則要求取房屋高度的1/15；對于樁基礎，可以取房屋高度的1/18。對于采用巖石基礎的建筑物，在其滿足要地基承載力和穩(wěn)定性要求的基礎上，基礎埋深不必受上限兩點限制，對于可能產(chǎn)生滑移的地基則要求采取抗滑移措施。

3.2 嚴格控制軸向形變

高層建筑結(jié)構(gòu)不僅層數(shù)較多而且垂直高度大，軸力值相對也較大，隨著高度積累，其軸向變形也較為顯著，這必然會造成高層建筑結(jié)構(gòu)分布與內(nèi)力數(shù)值發(fā)生較大的變化。因此在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，需要考慮軸向變形所帶來的影響。當結(jié)構(gòu)完成后，結(jié)構(gòu)所受到的豎向荷載通常都是逐層施加，即在施工過程中軸向壓縮變形即已分階段完成。因此在考慮軸向變形的分層施加豎向荷載這一因素時，不能按一次加載，這樣會造成計算結(jié)果的不合理性。

3.3 充分考慮基礎結(jié)構(gòu)與上層結(jié)構(gòu)的作用

在建筑結(jié)構(gòu)設計中，我們必須意識到基礎結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)和地基土三者之間存在著共同作用。在工程設計中可能無法全部顧及，尤其是地基模型和模型參數(shù)的選擇，其對共同作用有著十分顯著的影響。但由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造和配筋能夠充分地反映共同作用的最終結(jié)果，因此我們必須要對其予以充分考慮。如在面積相同的整體筏型基礎上建設了多個高層和多層建筑時，筒體下筏板的厚度以及配筋應嚴格按照上部結(jié)構(gòu)、基礎以及地基土三者的共同作用來計算，高層建筑下的大面積筏型基礎主樓下筏板的整體撓度一定要在0.5‰以內(nèi)，主樓與相鄰的裙房柱之間的差異沉降應在1‰以內(nèi)，而裙房柱間的差異沉降應在2‰以內(nèi)。

4 結(jié)語

在當前的高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，人們越來越重視結(jié)構(gòu)設計的合理性，由于高層建筑結(jié)構(gòu)形式隨著高層建筑建設的發(fā)展在不斷豐富，因此設計中基礎設計也占據(jù)著越來越重要的位置，因此我們必須要科學地選擇基礎設計形式，進而保證工程設計的整體效果。