高层建筑地基基础设计分析

高层建筑地基基础设计分析

郭磊

中水电第十一工程局（郑州）有限公司河南省郑州市450001

摘要：随着我国经济的腾飞和城市人口的急剧增加，高层建筑逐渐成为城市建设的主要内容，它可以减轻城市用地压力、人口压力，是城市建筑物的极优之选。但是由于高层建筑自身高度大、体积大等特点，特别是近年很多高层建筑需要设置单层或者多层地下室、地下商城、地下车库等，使施工难度逐渐加大，尤其体现在地基基础设计方面。基于此，本文主要探讨高层建筑地基基础设计若干问题，以期对高层建筑结构的安全与稳定有所帮助。

关键词：高层建筑；地基；基础设计

1高层建筑地基基础设计概述

当前在我国高层建筑基础工程施工中，通过各种类型的基础形式的分析比较，从安全性、可行性、经济性及地基条件等因素综合考虑，通常采用复合地基或采用桩基础。复合地基的技术要求相对较低，但施工质量人为影响因素较大，对周围环境有一定的影响，受雨季的影响较大。桩基础施工较为成熟可靠，桩基础受力较为合理，可以使深部土层的承载能力充分的发挥出来。同时桩基础与现代施工技术和材料实现了完美的结合，这有效的提高了桩基础施工技术的水平，使其在基础工程中发挥着更好的性能。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可靠的数据，所以在计算过程中需要结合岩土工程勘察报告、上部结构类型、需要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，只有进行全面的考虑，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。目前在基础设计中对高层建筑通常会采用端承桩或摩擦桩；端承桩其桩端处于岩层和硬土层中，土层具有较高的承载力和较低的压缩性，这样就有效的减小了桩基的变形和沉降，提高了桩基的承载力；而摩擦桩主要是依靠桩侧摩擦阻力来承担竖向荷载，而且桩端土层也会对竖向荷载具有一定的支承力，但由于底部支承的土层尚具有可压缩性，所以桩基的沉降量还需通过设计有效地控制。

2高层建筑基础设计选型的重要性

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和稳定性。不恰当的基础设计，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。

2.4高层建筑基础设计分析方法，经过工程技术人员多年的实践与研究，高层建筑地基、基础共同作用的事实已被人们所认同。目前，最理想的分析方法是上部结构与地基、基础共同作用的分析方法。在这种方法中，地基、基础、上部结构之间，同时满足接触点的静力平衡和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进行分析。

3高层建筑地基基础设计的基本要求

相比多层建筑，高层建筑在地基基础设计时设计要求相对复杂，受到的影响因素也比较多。高层建筑地基基础设计的基本要求是要满足建筑结构的抗震性与稳定性；满足地基的牢固性，确保地基竖向的承载力和横向抗滑移能力；注意地基土层压力变形范围和抗压能力；还需要注意沉降控制等问题。因此，在设计地基基础时，既要考虑建筑外观要求，也要考虑地面条件和建筑结构要求，并且将后者作为考虑重点。在科技发展的推动下，日益成熟的勘测技术和模拟技术也为高层建筑地基基础设计提供了反复模拟、修改的可靠数据和便利条件，满足了高层建筑的安全性需求。

伴随着我国经济发展越来越快，在施工项目的整体策划中，常常会出现设计的地基强度不够、抗震性以及抗压性不强，沉降不对称的现象，所以在对建筑物中地基基础进行设计时，要按照施工现场真实情况进行。建筑建设方面发展越来越快，对施工项目的地基要求越来越高。地基的建筑有很多种类，在不同的建筑现场选择不同的建筑地基方法，在建筑中要关注此种建筑工艺的限制性以及优缺点，每个建筑项目都要从施工现场的实际情况、标准规范、施工技术、工程成本等方面进行全面的考虑，以便选择最佳的地基基础设计方案。

4高层建筑地基基础设计应注意的问题

4.1地基土与结构的共同作用

把高层建筑、基础和地基三者看成一个整体，并要满足三者在接触部位的变形协调条件，这就是高层建筑与地基基础的共同作用。具体是指：地基与基础里的刚性桩、柔性桩、半柔性桩等各类型桩共同承担上部结构荷载，两者之间的荷载分担比例是按照基础变形协调条件确定的。从这里可以看出来：共同作用概念具体运用表现在，用沉降控制来设计地基基础。根据基础沉陷量大小的控制要求，确定地基补强的程度和发挥原地基土承载力的程度，以此来进行地基处理或地基加固。而基础刚度大小、基础形式、地基土的土性等都是影响地基土与基础荷载分担比的重要因素。

4.2沉降缝问题

由于地基不均匀沉降可能会引起建筑物各部分的破坏，因此需要设置一道垂直缝，即沉降缝。由于建筑建造时所处的土质基础各不相同，并且建筑物相邻部分的荷载、高度和结构形式差别较大，常会因为各部分不均匀的沉降而导致开裂或错动，为有效防止此类问题，通常在差异处设置垂直缝隙，将建筑物分割成若干个独立单元。但是，在实际工程效果中，沉降缝并不适用于高层建筑。因为高层建筑本身的结构压力会使建筑地基基础设计十分复杂，而沉降缝的设计会对地下室在土层中的嵌固作用产生一定的影响，产生额外的压力负担，不利于高层建筑的安全性与稳定性，并且高层中沉降缝对于设备、安装以及后期使用都会带来不便，所以在高层建筑中，尽量不留沉降缝，而是用不同的基础类型或采用不同的地基处理方式来协调不同地地基条件引起的沉降差异。

4.3软土地基基础设计注意问题

软土地基设计的关键是控制地基变形问题。桩基和条形基础、弹性地基梁、箱型基础、筏型基础等基础形式，对解决地基沉降和不均匀沉降都有明显的效果，但造价都很高。对于一般性建筑物，可以采用以下几种措施来控制地基变形：

4.3.1在结构类型较简单，地基较均匀的条件下，采用相同的基础形式和相同的埋深对防止地基沉降和不均匀沉降是有利的。

4.3.2在结构类型较复杂，地基差异较大的情况下，根据地质资料估算地基变形。根据变形情况采用不同的基础形式和不同的埋深来调整地基沉降量，使同一建筑物各部分沉降均匀。

4.3.3通过调整基础底面积，采用不同的基底压力来控制地基变形差异，使地基沉降均匀。

4.3.4在考虑建筑整体刚度的同时，恰当地加强基础强度，减少地基不均匀沉降。

结束语：

综上所述，高层建筑的自重、荷载相对较大，对于基础工程、施工地基的质量强度、承载能力有着较高的要求，若要从根本上保证实体建筑的可靠性、耐久性、稳定性，就必须在具体的设计、施工中，加强重视岩土勘察和设计工作，深入了解、掌握地基土体的特点性质、内部构造，结合项目自身的设计要求，有针对性的选择地基处理方法和基础形式，并经过系统的分析、验算，确定最佳地基基础设计方案，从而为后续的整体施工及使用打下良好基础。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计[J].唐飞，管涛.四川建材.2017（02）

[2]地基基础设计的问题和相应对策分析[J].颜海兰.科技创新与应用.2016（05）

[3]地基基础设计的问题和相应对策分析[J].刘伶芝.居业.2016（04）

作者简介：

郭磊（1981-），男，毕业于华北水利水电学院，工程师，研究方向主要为岩土工程勘察设计。