高层建筑基础结构形式的设计

时间：2024-04-24

李炜

（广州市番禺城市建筑设计院有限公司，广州禺城 511400）

1 高层建筑基础结构的主要形式

高层建筑常用的基础形式有独立基础（刚性基础和柔性基础）、桩基础、桩箱基础以及筏板基础。桩基础是我国高层建筑常用的基础形式，桩基础的主要特点是由于单桩竖向承载力大，能够更好地发挥深部土层的承载能力。摩擦桩与端承桩在基础施工中采用较为频繁，端承桩的持力层为岩层，由于岩层的非圧缩性，桩沉降很小。摩擦桩的承担竖向荷载的方式是借助桩侧的摩擦阻力来进行，同时桩底土层承担少量竖向荷载，由于桩底部土层可能由于可压缩性而导致桩基可能有一定量的沉降量。

2 高层建筑基础结构形式的针对性设计要点

2.1 独立基础

独立基础包含两种，分别是刚性基础和柔性基础，这两种基础主要应用到柱下基础，如果柱距比较大，就需要使用独立基础，并且这种基础设计的经济性更好。独立基础设计过程中，要依据地基土的特点进行，如地基压实密度比较大、压缩性强，就需要使用刚性基础,其余情况可以使用柔性基础，防止地基土压缩致使地面出现不均匀的沉降。

2.2 桩基础

桩基础设计的荷载承重能力是比较强的，通常将其运用到地基土层中质地比较硬的地方，这时高层住宅建筑工程的上部结构就会发生承载力不足的情况，因此在基础设计选型时，还需要对桩基础设计进行科学的选择。由于桩基础设计的桩身是比较长的，能够使全部建筑结构上部荷载力转移到土层深处，使地基结构沉降的可能性降低，桩基础设计中间位置做好加密布桩的工作，使中部桩的长度得以加长，并使桩基础设计的承受能力得到调节。

2.3 桩箱基础设计

桩箱基础就是一种桩基础与箱形基础一起承载受力的基础形式，其沉降量不大，有很强的抗弯刚度以及卸载能力，这种桩箱基础一般被应用在地基较软地区建设的高层建筑、重型建筑及对沉降要求高的高层住宅建筑中。桩箱基础设计中，布桩方法的选择是难度比较大的。由于不同位置地基土的性质是不同的，因此在设计过程中需要选择合适的布桩方法，从而使基础底板的受力得到分载，保证基础底板的受力能够实现均衡的状态。如果受力不均匀，为实现受力均衡的目的，可以适当的增加中间位置的桩间距。

2.4 箱形或筏型基础

若高层住宅建筑工程地基承载力不够均匀，建筑对地基基础承载力要求较高，就可以使用箱形或筏型基础。此外，若高层住宅建筑工程中有地下室，要应用筏型基础，将筏型基础作为地下室，并保证其作用得到充分的发挥。在进行箱形或筏型基础设计时，降低基础整体弯曲应力的工作是比较难的。因此在设计过程中需要将基础与高层住宅工程上部结构看做一个整体，通过共同作用分析法设计。共同作用分析法就是在高层住宅建筑工程基础设计过程中，将上部结构与基础、地基作为整体，保证三者实现平衡的保持力、协调的变形力。箱形与筏型基础都是大体积混凝土,施工过程中易出现裂缝，为此需要科学地设置伸缩缝的宽度，一般在25 mm 左右。

3 保障高层建筑基础结构设计质量的有效措施

3.1 控制基础埋深

在确定高层建筑基础埋深时，也可以将室外地坪作为起始点，同时高层建筑地下室顶板和地下车库顶板设计时要按照嵌固层要求进行设计，地下车库要具备足够的侧向刚度，如果无法满足以上条件时，高层建筑基础埋深则需要以地下车库地面作为起始点进行计算。在具体对埋置深度进行确定时，要对建筑物高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等诸多因素进行考虑，埋置深度计算时要从室外地坪至基础底面，而且要与下列要求相符：其一，对于天然地基或是复合地基则要求取房屋高度的1/15；对于桩基础，可以取房屋高度的1/18。对于采用岩石基础的建筑物，在其满足要地基承载力和稳定性要求的基础上，基础埋深不必受上限两点限制，对于可能产生滑移的地基则要求采取抗滑移措施。

3.2 严格控制轴向形变

高层建筑结构不仅层数较多而且垂直高度大，轴力值相对也较大，随着高度积累，其轴向变形也较为显著，这必然会造成高层建筑结构分布与内力数值发生较大的变化。因此在进行高层建筑结构设计过程中，需要考虑轴向变形所带来的影响。当结构完成后，结构所受到的竖向荷载通常都是逐层施加，即在施工过程中轴向压缩变形即已分阶段完成。因此在考虑轴向变形的分层施加竖向荷载这一因素时，不能按一次加载，这样会造成计算结果的不合理性。

3.3 充分考虑基础结构与上层结构的作用

在建筑结构设计中，我们必须意识到基础结构、上部结构和地基土三者之间存在着共同作用。在工程设计中可能无法全部顾及，尤其是地基模型和模型参数的选择，其对共同作用有着十分显著的影响。但由于结构构造和配筋能够充分地反映共同作用的最终结果，因此我们必须要对其予以充分考虑。如在面积相同的整体筏型基础上建设了多个高层和多层建筑时，筒体下筏板的厚度以及配筋应严格按照上部结构、基础以及地基土三者的共同作用来计算，高层建筑下的大面积筏型基础主楼下筏板的整体挠度一定要在0.5‰以内，主楼与相邻的裙房柱之间的差异沉降应在1‰以内，而裙房柱间的差异沉降应在2‰以内。