高層建筑地基基礎(chǔ)設計

喬小奇

【摘要】高層建筑逐漸發(fā)展成為城市建設的主要內(nèi)容，因為它可以緩解城市用地問題，同時還緩解城市人口問題，成為了城市建筑物的極優(yōu)之選。但是，由于由于高層建筑自身的垂直高度大，層數(shù)多，重量較大，所以承受的荷載力所導致的傾斜力矩也會成倍的呈增長的勢頭，在這種情況下，就需要基礎(chǔ)具有較強的承載力，從而實現(xiàn)對沉降和傾斜的有效控制，使建筑具有更好的安全性和穩(wěn)定性。本文對高層建筑地基基礎(chǔ)設計進行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；地基基礎(chǔ)；設計；重要性；

1.地基基礎(chǔ)設計的重要性

地基基礎(chǔ)是建筑物首先考慮和建造的部位，是一個建筑的根本和立足點。同時，由于地基深埋于土地之中，地質(zhì)情況復雜，變化較多，加上地下水的影響，使得基礎(chǔ)設計的不確定性加大，增加了地基基礎(chǔ)設計的難度。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，一般地基基礎(chǔ)及地下室的造價占整個土建造價的5%～6%之間，對埋置較深，地質(zhì)情況復雜，需要特殊處理的地基基礎(chǔ)，其造價更可達10%以上。所以，設計過程中通過對不同基礎(chǔ)形式方案的比較，擇優(yōu)而用，降低造價可以產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。

2高層建筑地基基礎(chǔ)設計

當前在我國高層建筑基礎(chǔ)工程施工中，通常都會采用深樁基礎(chǔ)來進行施工，利用樁基礎(chǔ)進行施工，不僅施工較為簡單，而且樁基礎(chǔ)受力較為合理，可以使深部土層的承載能力充分的發(fā)揮出來（同時樁基礎(chǔ)與現(xiàn)代施工技術(shù)和材料實現(xiàn)了完美的結(jié)合，這有效的提高了樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的水平，使其在基礎(chǔ)工程中發(fā)揮著更好的性能（在進行高層建筑的基礎(chǔ)設計時，需要考慮的因素較多，其基礎(chǔ)的面積、承載力、內(nèi)力及配筋等的確走，需要進行相應的計算才能取得準確的數(shù)據(jù)，所以在計算過程中需要結(jié)合工程地質(zhì)勘察報告、上部結(jié)構(gòu)類型、需要承受的工作荷載效應、施工技術(shù)水平及材料等多個方面的因素，只有進行周全的考慮，才能確?；A(chǔ)設計時各項計算的準確性，確?；A(chǔ)的安全和穩(wěn)定。目前在基礎(chǔ)施工中通常會采用端承樁和摩擦樁，由于端承樁其樁底處于巖層和硬土層中，土層具有較好的非壓縮性，這樣就有效的避免了樁發(fā)生沉積，樁具有良好的承載力。而摩擦樁主要是依靠樁側(cè)摩擦阻力來承擔豎向荷載，而且樁底土層也會對豎向荷載具有一定的支承力，但由于底部支承的土層具有可壓縮性，所以樁基的沉降量還是會較大的（在建筑基礎(chǔ)施工時利用樁基礎(chǔ)進行施工時，其受力方式有獨自受力和樁土共同受力兩種情況，其目的都是為了將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給地基（在基礎(chǔ)施工時，如果利用天然地基，則無法對建筑物不同部位下的土層厚度進行有效的控制，所以土層薄厚及缺失情況都會存在，這樣在建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載下不可避免的會導致沉降的發(fā)生，但利用樁基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)工程承載時，其承載力則會傳遞給下層的硬土層或是巖石層，能夠更好的實現(xiàn)對建筑物沉降量實現(xiàn)控制。

3高層建筑地基基礎(chǔ)設計的依據(jù)和基本要求

（1）高層建筑地基基礎(chǔ)設計的基本要求

高層建筑地基基礎(chǔ)設計的基本要求是要滿足建筑結(jié)構(gòu)的抗震性與穩(wěn)定性；滿足地基的牢固性，確保地基豎向的承載力和橫向抗滑移能力；注意地基土層壓力變形范圍和抗壓能力；還需要注意沉降指數(shù)等問題。

（2）高層建筑地基基礎(chǔ)設計的主要依據(jù)

高層建筑的地基基礎(chǔ)設計受很多因素影響，需要同時滿足不同要素需求（地基基礎(chǔ)設計的基本依據(jù)是地面土質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下的巖土成分等；限制依據(jù)是地下室層數(shù)和建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對地基的壓迫程度；更高的設計依據(jù)是對于抗震等外部問題的的要求。

4高層建筑地基基礎(chǔ)設計應注意的問題

（1） 沉降縫的問題

由于地基不均勻沉降可能會引起建筑物各部分的破壞，因此需要設置一道垂直縫，即沉降縫。由于建筑建造時所處的土質(zhì)基礎(chǔ)各不相同，并且建筑物相鄰部分的荷載、高度和結(jié)構(gòu)形式差別較大，常會因為各部分不均勻的沉降而導致開裂或錯動，為有效防止此類問題，通常在差異處設置垂直縫隙，將建筑物分割成若干個獨立單元。但是，在實際工程效果中，沉降縫并不適用于高層建筑。因為高層建筑本身的結(jié)構(gòu)壓力會使逄筑地基基礎(chǔ)設計十分復雜，而沉降縫的設計會對地下室在土層中的嵌固作用產(chǎn)生一定的影響，產(chǎn)生額外的壓力負擔，不利于高層建筑的安全性與穩(wěn)定性，并且高層中沉降縫對于設備、安裝以及后期使用都會帶來不便，所以在高層建筑中，盡量不留沉降縫，而是用不同的基礎(chǔ)類型或采用不同的地基處理方式來協(xié)調(diào)不同地地基條件引起的沉降差異。

（2）地基土與結(jié)構(gòu)的問題

把高層建筑基礎(chǔ)和地基三者看成一個整體，并要滿足三者在接觸部位的變形協(xié)調(diào)條件，這就是高層建筑與地基基礎(chǔ)的共同作用。具體是指：地基與基礎(chǔ)里的剛性樁、柔性樁、半柔性樁等各類型樁共同承擔上部結(jié)構(gòu)荷載，兩者之間的荷載分擔比列是按照基礎(chǔ)變形協(xié)調(diào)條件確定的。從這里可以看出：共同作用概念具體運用表現(xiàn)在，用沉降控制來設計地基基礎(chǔ)。根據(jù)基礎(chǔ)沉陷量大小的控制要求，確定地基補強的程度和發(fā)揮原地基土承載力的程度，以此來進行地基處理或地基加固。

（3）地下室底板受力問題

現(xiàn)代高層建筑通常會設置地下室。地下室底板受力問題是地基基礎(chǔ)設計時常要考慮的問題，許多設計人員在地下室底板計算中，只片面的考慮到底板的水浮力和活荷載。采用常規(guī)樁基礎(chǔ)時，會下意識的假定底板與土是脫離狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，就算完全考慮底板底面以上的全部荷載，也不過是一種假定計算。研究表明，以側(cè)阻承受荷載為主的樁，由于實際情況下土與底板底部常有接觸的情況，使得底板承受荷載最大可達上部的24%～30%，因此，這部分荷載也是底板計算時必須考慮。

（4）樁端進入持力層的問題

①應選擇較硬土層或巖層作為樁端持力層。樁端進入持力層深度，對粘性土、粉土不宜小于2d（d為樁徑）；砂土及強風化軟質(zhì)巖不宜小于1.5d；對于碎石土及強風化硬質(zhì)巖不宜小于1d且不小于0.5m。②樁端進入中、微風化巖的嵌巖樁，樁全段面進入巖層的深度不宜小于0.5m，嵌入灰?guī)r或其他未風化硬質(zhì)巖時，嵌巖深度可適當減少，但不宜小于0.2m。③當場地有液化土層時，樁身應穿過液化土層進入液化土層以下的穩(wěn)定土層，進入深度應由計算確定，對碎石土、礫、粗中砂、堅硬粘性土和密實粉土不應小于0.5m，對其他非巖石土不宜小于1.5m。④當場地有季節(jié)性凍土或膨脹土層時，樁身進入上述土層以下的深度應通過抗拔穩(wěn)定性驗算確定，其深度不應小于4倍樁徑。

5對高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設計的建議

高層建筑基礎(chǔ)設計是建筑整體設計的重中之重，因此在進行設計的過程當中，作為設計人員我們需要從建筑整體來進行周全的考慮。在充分考慮與上部結(jié)構(gòu)關(guān)系的同時，我們還要做好各項假定情況，但很多時候在實際設計過程當中，設計人員通常都是先對基礎(chǔ)進行設計，而對上部結(jié)構(gòu)的設計相對往后一些，所以，這就需要在對基礎(chǔ)進行設計時需要周全的考慮好相關(guān)的影響因素，并采取相關(guān)的對策，盡量避免或減少在設計過程中可能帶來的誤差，使結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設計的質(zhì)量能夠得以保障。

6結(jié)束語

高層建筑結(jié)構(gòu)設計是一項復雜的系統(tǒng)工程，作為設計工作者，在對高層建筑結(jié)構(gòu)設計的過程中不斷地創(chuàng)新，不斷地總結(jié)經(jīng)驗，考慮設計的各個因素，同時對基礎(chǔ)設計和施工提出更加嚴格的要求，這不僅由于基礎(chǔ)工程所占造價比重較大，同時還由于基礎(chǔ)工程質(zhì)量直接影響到建筑整體工程的質(zhì)量，進而決定著整個項目工程的投資效益，還事關(guān)人民生命、財產(chǎn)安全。

參考文獻：

[1]張玉強.淺析房屋建筑結(jié)構(gòu)設計中的基礎(chǔ)設計。黑龍江科技信息，2012

[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3--2010）中國建筑工業(yè)出版社