摘要：高层建筑的上部结构，基础及地基组成了一个共同作用的体系，在高层建筑基础设计中，要有效利用上部结构刚度，充分考虑地基条件对基础受力的影响，合理选择基础形式，运用共同作用的理论设计地基和基础，达到减少基础内力与沉降、降低基础造价的目的。基于此，本文就从高层建筑结构设计中的基础设计展开分析。
关键词：高层建筑；结构设计；基础设计
1、高层建筑基础设计的概述
在进行高层建筑的基础设计时，需要考虑的因素较多，其基础的面积、承载力、内力及配筋等的确定，需要进行相应的计算才能取得准确的数据。因此在计算过程中需要结合工程地质勘察报告、上部结构类型、所需承受的工作荷载效应、施工技术水平及材料等多个方面的因素，进行系统而全面的考虑，才能确保基础设计时各项计算的准确性，确保基础的安全和稳定。
2、高层建筑基础设计的现实意义
2.1安全性
地基和基础位于地面以下，系隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量，直接影响建筑物的安全。设计时保证与之上部结构相适应的基础选型是影响结构安全的重要因素。如果建筑在基础选型设计上与上部结构不相适应、与所处的地基条件不协调、与上部结构不能在整体上协同受力等，有可能造成建筑物的不均匀沉降、建筑物开裂或倾斜甚至倒塌等严重后果。
2.2经济性
基础形式设计合理有利于工程造价的降低。地基基础工程的造价和施工工期在建筑总造价中所占的比例与多种因素有关，在建筑工程造价中基础工程占有的比重可达到25%左右，有时由于地质、结构的复杂性、施工条件等，则基础造价更高。保证结构安全性前提下，合理的基础选型，尽量降低工程造价。
2.3时间性
基础形式的合理有利于缩短施工工期。据相关统计，基础工程的施工工期可占到土建工程总工期的约30%左右，因此，在当今经济飞速发展的大时代背景下，基础形式的合理选择对缩短施工工期具有重大意义。
3、高层建筑结构常用的几种基础形式
3.1墙下条形基础
常见的是混凝土刚性基础，它的作用是承受抗压强度、抗拉、抗剪强度，但是效果不理想。一般来说这种基础适合建设5层以下的建筑。它的优点是价格低，方便，可因地制宜的改造整体的刚度。此外，较好的墙下条形基础还有钢筋混凝土柔性基础，它能够很好的解决上部结构荷载较大，地基承载力又较低，且地基又不很均匀的问题，因此在高层建筑中得到了较为广泛的应用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.2独立基础
独立基础可分为刚性独立基础和柔性独立基础，他们在柱下基础中使用较多，基础的断面有方形和矩形，主要依据是不同的柱荷载偏心距。当有比较大的柱距时，独立基础相较于其他基础明显性价比更高。在多层建筑的上部结构作为框架体系的时候，如选择独立基础比较合适。此外，独立基础较普遍的应用在民用建筑的中柱，目前看来效果是不错的。
3.3柱下条形基础及十字交叉基础
在柱荷载或者地基条件恶劣而不能采独立基础的时候，柱下条形基础是相对不错的选择。它的刚度较大，能够调整沉降的均匀度，不过柱间距较大时这种设计则不可以采用，因此，采用这种设计要在柱间距不能过大的前提下。十字交叉基础比较适合地基的承载力比较小但柱荷载却比较大的时候，它能够较好的完成目标。不过虽然它的空间刚性较大但不能随意的使用。
3.4钢筋混凝土筏片基础
钢筋混凝土筏片基础适用于基础之间的空隙较小并且基础的底面积出现重叠的情况。在有地下室的结构中，筏片基础作为地板结构应用较多。此外，根据荷载的大小可以选择合适的筏片基础。筏片基础的优点是整体的刚度较大，可调整整体沉降的均匀度。不过钢筋混凝土筏片基础也不是万能的，需要根据具体情况来实施。
3.5桩基础
承载力高、沉降量小是桩基础的优点。在地基变形和强度方面都无法满足要求时可采用桩基础的深基础。桩基础适应于以下情形：建筑物的上部结构荷载较大，而地基上部负载能力小，下部有可作为桩端持力层的坚实土层时；天然地基上的浅基础沉降量过大，即使进行地基处理也不能满足建筑物要求时；对较为重要的建筑物，虽然地基承载力尚好，但由于对控制沉降有较高要求，不允许有过大沉降，也可考虑采用；对土层不很厚，土质又较差，如做条形基础，土方量较大，可考虑采用钻孔，灌注短桩。
4、高层建筑结构桩基础简化设计分析
桩基础设计是整个高层建筑结构的基础部分，而在以往的桩基础工程设计中，试桩和静载试验的结果都无法满足设计的要求标准，设计师在对设计参数进行调整之后，意图通过加密桩的方式来进行调整，这种情况下，静载的试验结果会高于设计标准很多，虽然在安全性方面可以保证，但是经济系数却大大的提高，因此有必要对高层建筑结构中的桩基础进行简化设计。
4.1“桩土分离模式”进行单桩简化
在进行单桩计算时，可以通过有限元分析来达到简化的目的。因为传统的结构设计计算方法采用的都会不同程度回避桩土结构间的相互作用，对其不做过多的考虑。比如使用地基反力系数法把土地对桩的反作用力等复杂因素通过Winker进行假定，认为其仅仅为单纯的反力系数作用于桩上。而有限元分析却可以综合考虑这些客观存在的事实条件。它可以对力学响应的非线性、土地材料性质的空间差异性和比较复杂的几何边界条件进行综合分析等，不仅求解力学问题简便，同时便于二次开发，相较传统的计算理论有明显的优势。
4.2“桩土复合模式”进行群桩简化
在进行计算时，可以通过有限元分析的方法来模拟桩的沉降和荷载关系，以达到简化算法的目的。在实际中，通过群桩基础规范法计算出来的沉降和实际荷载作用下的沉降相比，其值要大得多。为了尽量使其值接近且简化运算，可以采用将垂直与桩轴线的桩土共同作用的平面作为各向同性的面，把桩土三维结构体系作为横观各向同性体。依据桩土各自的弹性模量和泊松比以及桩土这两种材料符合成新的横观各向同性体的九个材料参数（其中只有五个材料参数是独立的），用等效复合体模型计算桩土荷载沉降反应分析。同时要注意群桩上面作用荷载的特点与单桩静力试桩有很大的差别。而对计算的简化，可以通过下面的方法来达到：把等效复合体模型的参数计算变成程序，修改桩、土的五个参数，在matlab软件上运行即可得复合模型的九个参数。计算时需注意xoz平面是各向同性的平面。因此，在实际中可以证明，该种方法模拟的桩基沉降，比规范上要精确许多，在工程实测中有着重要的现实意义。
结束语
综上所述，作为设计人员，做好高层建筑结构设计中的基础设计是确保建筑工程质量的关键，因此，在设计工作中做好每一个细节的设计，在实践中总结经验教训，并不断实现创新，尽可能的提高房屋建筑的功能，从根本确保房屋建筑结构设计质量，进而确保房屋建筑工程质量。
参考文献
[1]席艳，杨利.论高层建筑结构的基础设计[J].城市建设理论研究，2011.
[2]周虎.高层建筑结构桩基础设计浅析[J].建筑工程技术与设计，2016.
[3]郭惠，李晋民.关于高层建筑基础设计的几点思考[J].金陵职业大学学报，2000，（01）.
论文作者:邓晓明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/18
标签：基础论文; 荷载论文; 地基论文; 结构论文; 高层建筑论文; 各向同性论文; 桩基础论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;