基于高層建筑基礎結構設計分析

付珊

摘 要：近年來我國城市化建設進程不斷加快，這也使高層建筑不斷興起。在高層建筑建設過程中，由于其基礎作為高層建筑結構體系中非常重要的組成部分，因此在基礎結構設計時，需要重點考慮地基的強度、穩(wěn)定性和變形要求，同時還要針對上部結構、基礎和地基的共同作用進行綜合考慮，確?；A設計的合理性。

關鍵詞：高層建筑；基礎結構；設計；結構選型；設計要點

中圖分類號：TU972 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0112-02

前言

高層建筑由于自身高度較大，層數較多，其豎向荷載十分大，這也導致在風荷載及地震荷載作用下高層建筑的傾覆力矩會成倍增長，這就對基礎結構提出了更高的要求，其基礎結構要提供更好的豎直和水平承載力，同時沉降和傾斜也要控制在允許的范圍內，這樣才能有效的保證建筑物具有較好的穩(wěn)定性。因此對于高層建筑基礎結構設計，不僅要掌握具體的設計要點，同時還要努力提高設計水平，以此來確保高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。

1 高層建筑基礎結構設計理論

1.1 上部結構的剛度對基礎受力狀況的影響

上部結構作為高層建筑的主要組成部分，上部結構的剛度直接關系到基礎的受力狀況。如果上部結構為絕對剛度情況下時，當地基出現(xiàn)變形現(xiàn)象時，其各豎向構件會出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，下沉時具有較好的均勻性。針對于這種情況下，在具體設計過程中，如果忽略豎向構件抗轉運能力，基礎梁的不動鉸支座的作用可以由豎向構件支座來替代，將二者等同，這樣基礎梁則等同于倒置的連續(xù)梁，出現(xiàn)整體彎曲的可能性幾乎沒有，但會有局部彎曲現(xiàn)象產生。假設上部結構為絕對柔性，在這種情況下上部結構沒有約束力作用于基礎，一旦基礎梁出現(xiàn)局部彎曲，勢必會導致整體彎曲情況發(fā)生。對于上部絕對剛性或是上部絕對柔性情況下，基礎梁無論是在內力大小或者是在內力分布方面都會存在一定的差異。在實踐損傷過程中，結構物多處于這兩種情況之間，具體需要依靠計算軟件來對其整體剛度進行分析。因此在具體高層建筑基礎結構設計過程中，可以適當地增加上部結構的剛度，但這需要在地基、基礎和荷載等條件不變的情況下進行，這樣基礎的相對撓曲和內力則會相應減少，上部結構自身內力得以增加。

1.2 地基條件對基礎受力狀況的影響

基礎受力狀況還會受到地基條件的影響，這種影響多來自于地基土的壓縮性和分布的均勻性。當地基土質較好，不具有可壓縮性時，基礎結構整體彎曲現(xiàn)象也不會發(fā)生，即使發(fā)生局部彎曲，但這種情況出現(xiàn)的機率也不大，這種情況下下部結構也不會有次應力產生。但在實際高層建筑建設過程中，地基土完全處于不可壓縮狀態(tài)的情況幾乎不存在，地基土多少會存在可壓縮性，并存在分布不均勻性，因此基礎彎矩的分布也存在較大的差異。這種情況下，基礎與地基界面處會產生不同程度的摩擦，但基于土自身的強度來講，基礎與地基界面之間摩擦時產生的摩擦力較小，這種摩擦力會處于土的抗剪強度以下。在地基土孔隙水壓力出現(xiàn)變化時，必然也會導致壓縮時摩擦力的大小和分布情況的改變。而且界面并不簡單的受來自于基礎的影響，外荷載、基礎柔度和土蠕變也會對界面情況帶來一定的影響，在估計對界面摩擦影響情況時，需要針對完全光滑至完全粘著這兩種極端情況來進行考慮。

1.3 上部結構與基礎和地基共同作用的概念及分析方法

在高層建筑基礎結構設計過程中，要明確上部結構、地基和基礎三者之間的不可分性，這三者作為一個整體，其連接點和接觸點都需要滿足變形協(xié)調的條件，這樣才能更準確的對整個系統(tǒng)的變形和內力進行求解。在高層建筑中，由于上部結構和基礎多是由梁和板共同組成，因此要想建立上部結構和基礎的剛度矩陣，則能夠采取的分析方法較多，如有限單元法、有限條法、有限差分法和解析方法等，同時還要依托于變形協(xié)調條件，將其與地基的剛度矩陣有效的耦合起來。當前地基可以根據實際情況來選擇具體的地基模型，并建立地基剛度矩陣。

2 高層建筑基礎選型工作

2.1 高層建筑基礎選型的影響因素

在進行高層建筑基礎選型過程中，其影響主要來自于高層建筑上部結構、地質條件、周圍環(huán)境及高基礎樁種類等幾個方面。對于高層建筑基礎結構來講，上部結構直接影響到高層建筑基礎的類型、深度和浮力等參數，不同的上部結構會對高層建筑基礎荷載的大小和分布帶來不同的影響，在具體設計時需要設計人員要給予充分的重視。而且在具體設計過程中，當高層建筑上部結構及地下室種類和形狀不同時，其所產生的沉降幅度和變形幅度也會存在差異，進而對高層建筑的基礎選型帶來較大的影響。對于地質條件對高層建筑基礎選型所帶來的影響，可以從兩方面入手分析。其一，考慮來自于地基持力層所帶來的影響，由于持力層需要承擔高層建筑的基礎荷載，因此在高層建筑基礎選型時需要以持力層承載能力大小和壓縮變化幅度為依據。其二要考慮穿越土層的基本狀況，即所選的高層建筑基礎類型來綜合考慮土層中地下水和樁基穿越能力的實際情況，這樣才能選擇出適宜的基礎類型。高層建筑基礎類型還會受到來自于施工中空間因素的影響，因此在具體選型時要選擇利于施工及具有較好穩(wěn)定性的基礎類型。由于高層建筑基礎樁基的入土和擠土過程中會產生擠土效益，并對周邊建筑和地下管網帶來較大的影響，因此在選型時盡量選擇擠土效應最小的樁基形式。而且基礎樁種類不同時，其尺寸也會存在差異，因此基礎樁的類型和規(guī)格要根據持力層特性、安全性要求及高層建筑負荷等方面進行具體的考慮。另外，還要考慮施工工期這一因素，需要在保證高層建筑基礎施工速度、施工質量和施工效益的基礎上來選擇適宜的基礎類型，以此來確保高層建筑基礎的持續(xù)性、穩(wěn)定性和安全性，全面兼顧到高層建筑的總體價值。

2.2 高層建筑基礎選型的基本原則

在進行高層建筑基礎選型過程中，需要遵循多樣性、經濟性和總體優(yōu)化等原則。即在高層建筑基礎選型過程中，要求設計人員要對各種高層建筑基礎類型進行掌握，并從中選擇具有較高社會和綜合價值的基礎類型。在具體基礎選型過程中還要考慮到成本和施工進度，以此來確保達到最佳的經濟效益。endprint

3 做好高層建筑基礎設計工作的要點分析

3.1 框架結構基礎設計的要點

在設計高層建筑框架結構基礎過程中，基礎盡可能的以柔為主，但當地基土處于高壓縮性情況下時，基礎在偏向于剛。當采用樁基時，可以采用變剛度布樁的方式，以此來對地基或是樁基的豎向支承剛度進行調整，盡可能的降低產生的差異沉降，確?；A或是承臺內力的減小。

3.2 箱（筏）基礎設計的要點

在高層建設箱基礎設計過程中，需要針對于上部結構參與工作時箱基整體彎曲應力的降低，具體設計時宜采用共同作用分析法來進行具體的計算，確保計算出來的整體彎曲箱基底板鋼筋應力與實際情況具有較好的相符性。特別是在共同作用下，上部結構下面幾層邊柱會出現(xiàn)較大的內力，因此在設計時要注意邊柱邊墻內力的提高。

3.3 樁箱（筏）基礎設計的要點

荷載多會分布在高層建筑樁箱基礎上，因此在具體設計時宜采用變剛度布樁的方式，以此來對樁基豎向支承剛度進行調整，實現(xiàn)對樁頂反力分布的調整。同時還要重視箱底樁間土的承載力，通過適當增加基礎中部樁的間距，利用樁間土來適當的分擔一部分上部荷載。對于上部結構采用剪力墻的情況，要沿剪力墻進行柱布置，以此來盡可能地減小底板的厚度。

4 對高層建筑結構基礎設計的建議

在高層建筑整體設計過程中，基礎設計作為其中非常關鍵的一個組成部分，在具體設計過程中要依托于整體建筑，對基礎結構與上部關系進行充分考慮，并通過各種假定條件，綜合考慮基礎設計過程中相關的影響因素，并采取有效的措施來提高基礎設計的質量，盡可能的減少設計中的誤差，全面提升高層建筑結構基礎設計的質量。在具體進行高層建筑結構基礎設計過程中，需要基于結構力學和彈性力學來開展設計，重點對基礎的柔性和剛度進行考慮，以此來減少沉降發(fā)生，提高高層建筑基礎的穩(wěn)定性和可靠性，從而達到較好的設計效果。

5 結束語

對于高層建筑來講，其主要由上部結構、基礎和地基等三部分構建成為一個完整的體系，而且三個部分相互依托，相互作用。因此在高層建筑基礎結構設計過程中，要對上部結構剛度、地基條件和基礎受力等所帶來的影響進行充分考慮，并在此基礎上來選擇適宜的基礎結構形式，依托于相關理論來完成地基和基礎的設計，盡可能的減少基礎內力和沉降，確保基礎結構具有較好的經濟性，這對于整個工程項目的順利實施具有極為重要的意義。

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