高层建筑基础设计的几点思考

张汝凯

山东民艺建筑设计有限公司 山东德州 253000

1 高层建筑地基基础设计的重要性

对于建筑工程来说，特别是高层建筑工程最为重要的结构设计就是地基基础设计。地基基础设计具有比较大的难度，由于其埋设在地下深处，不但会受到地下水及其它不可预知因素的影响，同时也要受到场地周边复杂的地质情况影响。从参考文献中的相关数据可知，高层建筑的地基基础以及地下室建设所消耗的费用占到整个土建工程造价近10%。如果遇到复杂的地质情况，需要进行特殊技术处理的地基基础来说造价更是能够达到近15%。另外，高层建筑的地基基础质量直接决定了整座建筑的安全性和稳定性，影响着建筑功能的正常使用。因此，在进行基础设计过程中要根据建筑的实际情况制定出不同的基础形式和方案，通过严格的比选进而选择出最优的基础方案，以确保整个高层建筑的顺利实施。

2 高层建筑基础选型影响因素

2.1 地质条件

地质的穿越能力以及地下水对地基基础的影响在设计阶段对地基的选型都产生着重要的影响。地基持力层情况尤其是压缩模量以及承载力对基础形式的选择极为重要。片筏基础、箱形基础、十字条基、柱下独立基础、无筋条基，设计人员在选择的过程中需要考虑上部结构层数、地基持力层承载力，基础经济性等方面的要求。特别是持力层的承载力是考虑的核心要素之一。

2.2 上部结构

对于高层建筑而言，地下室本身就是箱形基础，而地下室的底板有可以与片筏基础的底板合二为一。设计过程中，地下室如果考虑为一个中空的构件，那么地下室底板所受到的浮力设计人员不仅需要进行局部的抗浮验算，还需要进行整体的抗浮验算。当地下室作为补偿式基础时，地基有效压力增加使得基础形成沉降，因此在设计过程中，需要选择较为合适的基础埋深，使得建筑物质量与地下室移去土的质量相平衡，从而控制沉降量。

2.3 桩基的尺寸

建筑材料、施工工艺、施工安全等方面的因素使得桩截面尺寸以及桩长受到限制。例如由于受钢管长度的影响使得沉管灌注桩通常情况下不大于24米；考虑到安全方面的因素，人工挖孔灌注桩的长度不大于30米。受到工作空间、机械性能等影响桩基直径，例如机具的性能限制使得桩基直径小于800mm，人工挖孔桩因为人工操作空间的要求，通常情况下直径大于800mm。

3 高层建筑基础设计的方法

当前高层建筑基础设计采用上部结构与地基、基础共同作用的分析方法，这种方法中地基、基础、上部结构之间同时满足接触点的静力平衡以及接触点的变形协调两个条件，即将上部结构、基础和地基三者看成是一个彼此协调的整体。这种从整体上进行相互作用的分析方法难度较大，计算量庞大，对计算机的性能及存储量要求较高，只在较复杂或大型基础设计时，按目前可行的方法考虑地基-基础-上部结构的相互作用。共同作用分析方法的进步之处仅在于它考虑了上部结构的刚度，这一优势是传统设计方式所不具备的。

4 高层建筑结构基础设计的优化策略

4.1 建筑基础方案选择

一般而言，建筑工程造价与施工难度直接与其所选基础形式有关。因此，对于基础形式的选择，应以多层次、全方位、综合性考量为基础，对最佳目标予以科学选择。（1）将现有岩土工程勘查资料作为分析依据，在对建筑基础形式及布局进行研究中，要对场地工程地质情况、场地动力学参数、地基承载力、岩石物理学性质及地下水位等因素进行综合考量，对现有资料进行科学分析，再结合上部结构形式，以编制最佳设计方案。（2）在对基础布局及形式予以选择时，还需要结合其与上部结构间相互作用情况予以考量。一般而言，在进行建筑结构设计时，通常会将二者分离开来分别考虑及进行动力分析。但由于此种方案在现实执行中存在诸多缺陷，通过计算获得的基础沉降量及基底应力与实际测量值之间差异很大。因此，在对基础布局及形式予以选择时，不能将基础问题与上部结构分离开来进行，还需要对二者间相互作用因素考虑进去。

4.2 基础结构的计算

在利用计算机对结构设计程序予以计算时，必须考虑以下几点：（1）对计算自主性予以提升，尽可能减少对电子计算的依赖。在实践中我们发现，很多错误均是因为电子计算出现错误导致的。所以，作为一名工程师或者建筑基础设计人员，应减少对计算机计算的依赖，提升计算自主性。并对相关计算结果及数据反复核对，以免对后续设计造成影响。特别是对于基础结构设计中载荷数据及相关尺寸的计算要反复进行，不断审核，避免差错发生。同时，对于相关数据的精准性、真实性要细致分析，避免其中的盲目性。（2）对计算结果要科学选用。在计算环节，通常会因为计算参数的差异而导致所得结果的不同。因而，对于结构计算设计而言，也并非所有结果都适用。这就需要工程师或者相关人员对获得结果予以分析，合理选用。（3）计算模型及实际结构的不同。通常而言，计算程序由于其在设定过程中，是以理想和假定状态为基础的，因而，它与实际结果总会存在些许差异，实际结果的承受力与理想状态及假设状态之间总是存在距离的，它会随着外在因素的改变而不断发生变化。因此，在对结构基础进行设计时，应将实际结果与模型所得结果反复比较，尽可能使二者相吻合，如果存在差距，则必须重新计算。

5 结语

高层建筑基础工程设计过程中，在选型阶段需要考虑地基持力层情况、上部结构情况、穿越土层情况等，在选择桩基作为高层建筑基础时需要对影响桩尺寸的因素进行考虑，从而最终设计形成安全、可靠、经济、合理的高层建筑基础。