高层建筑基础设计

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【摘 要】基础是高层建筑结构不可缺少的核心内容.因此基础的设计对整个高层建筑工程设计占据着非常重要的位置.我们在高层建筑设计务必要做好地基基础的设计.

【关 键 词】建筑；基础；设计

前言：基础是建筑工程的根基部分,是建筑设计、建设和施工单位高度重视的关键部位.其重要性在结构、造价、施工工时上有着全面的体现,因此在高层建筑基础实际的设计工作中要对基础选型影响因素进行控制,坚持优化基础选型的原则,通过对嵌岩桩基础、天然地基筏式基础和桩筏基础等基础的有效设计和全面控制等措施实现优化高层建筑基础设计的目标.

一、影响高层建筑基础选型的因素

基础设计通常要根据工程项目所在地方的现场地质条件、上部结构型式、荷载总值及分布情况等条件初定几种可选方案,再对不同方案的经济性进行对比分析,并适当考虑施工可行性等因素最终确定,进行基础设计.而结构上部情况、场地地质条件、周围环境及经济性是影响建筑基础设计的四大因素.

1.1上部结构对高层建筑基础选型的影响

上部结构与高层建筑基础类型、埋深、水浮力等重要参数存在着直接的影响,由于上部结构种类的不同,会引起筑基础荷载大小和分布的不同,要在设计建筑基础予以注意.同时,不同类型的建筑上部结构会因自身的类型不同而产生不同的沉降幅度和变形幅度,因此,带来建筑基础形式上的不同.地下室的种类和形状也会对基础选型有一定影响,要在设计建筑基础时做以重点考量.

1.2现场地质条件对高层建筑基础选型的影响

对于抗震设计的建筑,现场地质条件首先决定了该建筑物是否可建造.对于可建造的场地分为有利,一般和不利场地、设计基本地震加速度和设计地震分组情况还决定着上部结构计算时地震作用的取值.根据以往设计经验,其对基础设计的影响可分为以下三个方面：（1）持力层的影响.基础设计中,持力层的承载力决定着基础方案选型和基底面积的大小.不同持力层的承载力差异很大,造成所选基础方案可能完全不同,进而对基础造价造成极大的影响.可见选择合适的基础持力层的重要性.（2）持力层以下土层的影响.持力层以下的各土层情况,对基础的影响主要表现为各土层的承载力及压缩性两方面.如持力层下在一定深度范围内存在承载力明显偏低土层,则需按照《建筑地基基础设计规范》要求,进行软弱下卧层的承载力验算.持力层及其下土层的压缩性,是影响基础沉降量大小的决定性因素.（3）地下水位的影响.地下水位对基础设计的影响主要为常年稳定水位和抗浮设计水位两方面如稳定水位位于基础底面以上,在设计时要考虑其腐蚀性、地基土冻胀性对基础及地下室底板局部的影响,同时影响着基础的施工工艺等.

1.3周围环境因素对高层建筑基础选型的影响

一,高层建筑施工的振动和噪声要对基础带来各种影响,因此需要对此加以控制和预防,以便高层建筑基础能够持久、稳定和安全.二,高层建筑施工中的空间因素也会给基础类型带来一定的影响,要选择既利于施工有利于稳定的高层建筑基础类型.三,高层建筑施工中挤土效应,建筑基础桩基的入土和挤土会产生挤土效益,这会对周边建筑和地下管网造成影响,应该从最小影响原则出发,优先选择挤土效应最小的桩基方式进行高层建筑基础施工.

1.4经济性分析

对于任何一个工程,其方案的经济性都是首先要考虑的,基础方案也不例外.要在可供选择的几种方案中确定最优的基础方案,还应通过对几种方案进行全面的经济性论证和分析.依据各方案计算所得的工程量（如土方量、混凝土及钢材用量等）比较,最终确定一个经济合理的基础方案经济性分析还要综合考虑当地材料资源情况、施工工艺水平,常用做法、工期等因素,使基础设计做到就地取材,因材施用,降低运输成本,缩短工期,从而降低工程造价.

二、高层建筑基础设计的方法

当前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.

三、做好高层建筑基础设计的要点

3.1嵌岩桩基础

在设计嵌岩桩基础时,需要注意以下几个方面的问题.一是,在按高层建筑基础规范进行基础设计的同时,需要考虑项目地质条件以及借鉴本地区建筑的设计经验.二是,嵌岩桩因其成桩方法不一样,所以其承载性状也有明显差别.对于这种情况,想要最大化地发挥桩侧以及桩端的阻力,就必须考虑不同的设计方式.在基础设计要求上,需要从单方面的承载力控制向双向变形开始转化.三是,桩端阻力和设计桩身参数的值应当考虑到桩荷载的传递规律,让桩端阻力和桩侧阻力可以最大化地发挥出来.四是,要把桩身钢筋混凝土的强度、桩体沉降标准以及地基给桩所能提供承载力的量这三点作为控制标准来进行嵌岩桩基础设计.对于嵌于高强度的岩的桩,桩的承载力常常由混凝土的强度来决定.通常来说,一般的嵌岩深度宜取桩径的0.5～1.0倍.

3.2天然地基筏式基础

在我国沿海的地段常常会形成一种上软下硬的岩土地层.在此种类别的地层结构当中,硬土层所处位置较浅.此时,高层建筑可以考虑选择设计使用地下室以下附近土层的基础持力层对其进行解决.需要特别注意的是,确定地基承受力与地基可能变形的验算,基础结构方面设计可以使用筏式基础.使用筏式基础比较简单,中筒部分设计可以使用筏板衬托.在基础之间利用地下室底板的结构设置好刚度强的连梁,同时考虑平面刚度与较大的底板连接,基础整体性得到了提升,具备了抵抗不均匀沉降的条件.筏式基础具有工期短、施工便利、成本低等一系列优点.

3.3桩筏基础

桩筏基础其基本原理就是桩与土之间的协同作用,桩和土在沉降与收缩的过程中慢慢达到相对稳定的状态,筏板底土层和摩擦桩一起承担起上部结构的荷载.通常来说,因为要顾及到地下室挖掘开后需要地基补偿等情况,所以筏板底土层需要具备相应的承载力.对此,在基础设计时就要根据筏板底土层的状况,分析土层承受上部结构荷载的比例.经过对筏板的研究,可以肯定筏板周围应力最强.因此,我们在基础设计时,对筏板周围桩的密度应该按照比例增加,中间部分各个竖立构件桩的分布适合使用梅花形状.考虑到摩擦桩的特性,桩筏基础的桩直径不宜太大.满足冲切的要求是确定筏板厚度的主要条件,同时筏板厚度还应满足抗剪以及抗弯的要求.

四、结束语

综上所述,在建筑基础设计中,必须综合考虑各方面的影响因素,经过严密的分析与准确的计算方法,最终选取适合每个特定工程的基础形式,从而保证设计方案更具科学性、合理性与可行性,保证建筑工程项目整体建设的经济效益.