摘要：在高层建筑设计过程当中，选择正确的基础形式是非常重要的。高层基础如果选型不当，将严重影响建筑物的安全性；基础工程造价在整个工程造价中比例很大，不同的基础型式造价相差也较大，针对工程地质及建筑物结构形式不同，合理选择基础形式的意义重大。
关键词：高层建筑；基础结构；设计
引言
高层建筑基础工程所耗费钢材大、水泥用量多、施工难度大，都造成基础工程造价在整个工程中比重较大，而且当地质条件复杂时，比重还会增加。因此，选择合理的基础形式是保证建筑结构安全、降低工程造价的一个有效措施。为此，本文通过高层建筑基础结构设计的方法、选型的重要性、要点分析以及案例分析这四个方面进行详细的探讨。
1.高层建筑基础结构设计的方法
当前建筑基础结构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的条件，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结构设计时，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。
2.高层建筑基础结构设计选型的重要性
2.1高层基础如果设计方法不对或者选型不当，将严重影响建筑物的安全性。不恰当的基础结构设计，可能因承载力不足引起建筑物的不均匀沉降，导致建筑物开裂或倾斜，引起难以修复的工程质量问题。
2.2选择合理的基础形式是降低工程造价的一个有效措施。基础工程在建筑工程造价中占有很大的比重，通常情况下可以达到25%左右，在结构复杂或者地质情况复杂时，所占比重还会有所增加。因此，选择合理的基础形式能够有效降低工程造价。
2.3合理选择基础形式对缩短施工工期具有重要意义。据统计，基础工程的施工工期可以占到土建工程工期的30%左右，因此正确选择合理的基础形式对节省施工工期有很大的意义。
3.做好高层建筑基础结构设计的要点
3.1嵌岩桩基础
在高层建筑基础结构设计中，由于上部结构传至基础的荷载大，故常用的设计方法是选择以一定厚度的中风化岩层或稳定的微风化岩层作持力层，通过嵌岩桩将上部结构荷载传至岩层。采用嵌岩桩基础持力层变形几乎趋向于零，桩尖承载力大，同时还可考虑桩侧与土的摩擦力，按经验公式计算，单桩承载力高，较容易满足上部结构荷载对基础承载力要求，且设计计算简单，但亦存在着施工周期较长，特别是桩施工完后要等桩的混凝土强度达到设计要求的强度时方可对桩身质量进行检测，对施工工期有一定的影响，工程造价也略微偏高。
3.2桩筏基础
在我国沿海城市如上海、海口、汕头等，其岩土地层结构的特点是基岩层埋深较深，嵌岩桩基础几乎无法实施，只能采用摩擦桩基础，但摩擦桩承载力较低，不一定能满足高层建筑上部结构荷载对基础承载力的要求，因此桩筏基础是这部分地区高层建筑基础结构设计的重要选择。桩筏基础的基本原理是桩、土在沉降及收缩固结过程中，相互协调达到稳定的平衡状态，筏板底土层与摩擦桩共同承担上部结构荷载。设计时可根据筏板底土层情况，考虑土承担上部结构荷载的比例，但土承担总荷载比例不宜超过25%。
通过对筏板的分析，筏板四周的应力最大，因此在设计时在筏板四周应均匀布置桩且桩距应加密，中部各竖向构件桩的布置宜采用梅花形布置。筏板厚度的确定除满足冲切要求外尚需满足抗弯、抗剪的要求，一般说来对30层左右的建筑筏板厚度1.0~1.8m左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际进行高层建筑的桩筏基础结构设计时，不仅需要突出反映筏板、桩顶之间的连接方式、结构形式，同时还需注意这些部位的防水做法，倘若实体建筑的上部结构采用的是剪力墙结构，则需要尽可能的将桩结构安排在墙下，对于桩心距相对较小的桩基，在条件允许的情况下应尽量采用间隔施工的方法。对于挤土桩以及部分挤土桩，尤其是预应力管桩基础，还应该视地质情况采取措施释放应力，例如设置应力释放孔，避免桩基上浮。应力释放孔的设置应与施工紧密结合，以达到最佳效果。
3.3十字交叉钢筋混凝土条形基础
它的适用条件为：①当上部结构为框架或剪力墙结构、无地下室、地基条件较好时；②当上部结构为框架剪力墙结构、有地下室、无特殊防水要求、柱网、荷载及开间分布比较均匀、地基较好时。
3.4桩基础
桩基础也是高层建筑中常用的一种基础形式。它的适用条件为：①浅表土层软弱，在较深处有能承受较大荷载土层作为桩基础的持力层时；②在较大深度范围内，土层均较软弱，且承载力较低时；③高层建筑结构传递给基础的垂直和水平荷载很大时；④高层建筑对于不均匀沉降非常敏感和控制严格时；⑤地震区采用桩基础可提高建筑物的抗震能力时。
4.工程实例分析
该项目是南方沿海某栋民用高层建筑，该建筑主体结构设计的地上部分为33层、地下为3层的剪力墙结构，其实际标高设定为132.50m，而建筑基础板的底标高设定在13.2m。项目施工现场的地基土质为花岗岩。
由于该项目的整体设计的荷载较大，在经过与之相应的物理力学计算的前提下，若建筑基础工程的设计采用桩筏基础，就需要保证施工地基的承载力超出700Kpa。与此同时，由于建筑设计带有地下部分，考虑到三层地下室的承载力、稳定性，从而需要保证主楼基底的持力层处于施工地基的花岗岩层内。通过设计单位与各参建单位间的分析、探讨，项目的基础结构设计可采用桩筏复合基础，具体施工采用的是净长为34.2m的钻孔灌注桩，建筑桩基的布置一共使用了213根桩。在施工现场完成试桩后，从试验、计算结果中发现，复合基桩实际的竖向承载力为7366.1kN。
在实际的施工过程中，受地基中的饱和水影响，桩基自身与项目施工的质量无法保障，加上具体施工的效率较差、进度缓慢，更无法充分满足工程合同中的工期约定。对此，各建设单位组织进行了专业的技术会审，以评定是否需要改换其他类型的基础结构设计，在实施荷载试验后，就具体结果来看，该项目的基础施工可有效利用天然地基。然而，有关勘察单位所提出的意见是将地基承载力进行划分，分别设定标准值与花岗岩层上半部的荷载值。综合考虑两种意见，各参建单位在总结、分析后，决定在充分满足地基承载力的前提下，并综合考虑地下空间使用要求，改换为箱形基础结构设计进行施工，而对于地基承载力的考虑则是以776kN/m2为标准，同时将箱基底板高度适当增大进行施工。
通过长时间的观测发现，该民用高层建筑在整个生产周期内，实际的最大沉降量为43.2mm，充分符合我国相关规范、标准中的沉降量要求。
结束语
我国高层建筑物越来越多，为了保证建筑物的稳定性，基础工程结构设计与施工倍受重视，因此基础工程技术也得到了日新月异的发展。基础工程造价占整个工程造价的比重较大，当遇到地质条件或施工条件制约时，则须投入较多资金进行地基处理，因此基础工程造价更高。合理的基础选型设计，既能在技术上合理，又能在安全上有保证，同时在经济上也可取得良好的效益。
参考文献
[1]宋子煜.论高层建筑设计原理[J].消费导刊，2010.
[2]潘祝伟.浅谈民用建筑基础结构施工技术.城市建设理论研究团，2011.
[3]罗安成.综述高层建筑桩基基础施工实例分析[J].城市建设，2011.
[4]李华林.基于高层建筑基础结构设计的探讨[J].城市建设，2013.
论文作者:涂细兵
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/8
标签：基础论文; 结构论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 地基论文; 承载力论文; 《基层建设》2017年第12期论文;