高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)

李 煒

（廣州市番禺城市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣州 禺城 511400）

1 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要形式

高層建筑常用的基礎(chǔ)形式有獨(dú)立基礎(chǔ)（剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)）、樁基礎(chǔ)、樁箱基礎(chǔ)以及筏板基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)是我國高層建筑常用的基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)的主要特點(diǎn)是由于單樁豎向承載力大，能夠更好地發(fā)揮深部土層的承載能力。摩擦樁與端承樁在基礎(chǔ)施工中采用較為頻繁，端承樁的持力層為巖層，由于巖層的非圧縮性，樁沉降很小。摩擦樁的承擔(dān)豎向荷載的方式是借助樁側(cè)的摩擦阻力來進(jìn)行，同時(shí)樁底土層承擔(dān)少量豎向荷載，由于樁底部土層可能由于可壓縮性而導(dǎo)致樁基可能有一定量的沉降量。

2 高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的針對(duì)性設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 獨(dú)立基礎(chǔ)

獨(dú)立基礎(chǔ)包含兩種，分別是剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)，這兩種基礎(chǔ)主要應(yīng)用到柱下基礎(chǔ)，如果柱距比較大，就需要使用獨(dú)立基礎(chǔ)，并且這種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性更好。獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，要依據(jù)地基土的特點(diǎn)進(jìn)行，如地基壓實(shí)密度比較大、壓縮性強(qiáng)，就需要使用剛性基礎(chǔ),其余情況可以使用柔性基礎(chǔ)，防止地基土壓縮致使地面出現(xiàn)不均勻的沉降。

2.2 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載承重能力是比較強(qiáng)的，通常將其運(yùn)用到地基土層中質(zhì)地比較硬的地方，這時(shí)高層住宅建筑工程的上部結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生承載力不足的情況，因此在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型時(shí)，還需要對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的選擇。由于樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的樁身是比較長的，能夠使全部建筑結(jié)構(gòu)上部荷載力轉(zhuǎn)移到土層深處，使地基結(jié)構(gòu)沉降的可能性降低，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中間位置做好加密布樁的工作，使中部樁的長度得以加長，并使樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的承受能力得到調(diào)節(jié)。

2.3 樁箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

樁箱基礎(chǔ)就是一種樁基礎(chǔ)與箱形基礎(chǔ)一起承載受力的基礎(chǔ)形式，其沉降量不大，有很強(qiáng)的抗彎剛度以及卸載能力，這種樁箱基礎(chǔ)一般被應(yīng)用在地基較軟地區(qū)建設(shè)的高層建筑、重型建筑及對(duì)沉降要求高的高層住宅建筑中。樁箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，布樁方法的選擇是難度比較大的。由于不同位置地基土的性質(zhì)是不同的，因此在設(shè)計(jì)過程中需要選擇合適的布樁方法，從而使基礎(chǔ)底板的受力得到分載，保證基礎(chǔ)底板的受力能夠?qū)崿F(xiàn)均衡的狀態(tài)。如果受力不均勻，為實(shí)現(xiàn)受力均衡的目的，可以適當(dāng)?shù)脑黾又虚g位置的樁間距。

2.4 箱形或筏型基礎(chǔ)

若高層住宅建筑工程地基承載力不夠均勻，建筑對(duì)地基基礎(chǔ)承載力要求較高，就可以使用箱形或筏型基礎(chǔ)。此外，若高層住宅建筑工程中有地下室，要應(yīng)用筏型基礎(chǔ)，將筏型基礎(chǔ)作為地下室，并保證其作用得到充分的發(fā)揮。在進(jìn)行箱形或筏型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，降低基礎(chǔ)整體彎曲應(yīng)力的工作是比較難的。因此在設(shè)計(jì)過程中需要將基礎(chǔ)與高層住宅工程上部結(jié)構(gòu)看做一個(gè)整體，通過共同作用分析法設(shè)計(jì)。共同作用分析法就是在高層住宅建筑工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，將上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)、地基作為整體，保證三者實(shí)現(xiàn)平衡的保持力、協(xié)調(diào)的變形力。箱形與筏型基礎(chǔ)都是大體積混凝土,施工過程中易出現(xiàn)裂縫，為此需要科學(xué)地設(shè)置伸縮縫的寬度，一般在25 mm 左右。

3 保障高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效措施

3.1 控制基礎(chǔ)埋深

在確定高層建筑基礎(chǔ)埋深時(shí)，也可以將室外地坪作為起始點(diǎn)，同時(shí)高層建筑地下室頂板和地下車庫頂板設(shè)計(jì)時(shí)要按照嵌固層要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，地下車庫要具備足夠的側(cè)向剛度，如果無法滿足以上條件時(shí)，高層建筑基礎(chǔ)埋深則需要以地下車庫地面作為起始點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。在具體對(duì)埋置深度進(jìn)行確定時(shí)，要對(duì)建筑物高度、體型、地基土質(zhì)、抗震設(shè)防烈度等諸多因素進(jìn)行考慮，埋置深度計(jì)算時(shí)要從室外地坪至基礎(chǔ)底面，而且要與下列要求相符：其一，對(duì)于天然地基或是復(fù)合地基則要求取房屋高度的1/15；對(duì)于樁基礎(chǔ)，可以取房屋高度的1/18。對(duì)于采用巖石基礎(chǔ)的建筑物，在其滿足要地基承載力和穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)埋深不必受上限兩點(diǎn)限制，對(duì)于可能產(chǎn)生滑移的地基則要求采取抗滑移措施。

3.2 嚴(yán)格控制軸向形變

高層建筑結(jié)構(gòu)不僅層數(shù)較多而且垂直高度大，軸力值相對(duì)也較大，隨著高度積累，其軸向變形也較為顯著，這必然會(huì)造成高層建筑結(jié)構(gòu)分布與內(nèi)力數(shù)值發(fā)生較大的變化。因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要考慮軸向變形所帶來的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)完成后，結(jié)構(gòu)所受到的豎向荷載通常都是逐層施加，即在施工過程中軸向壓縮變形即已分階段完成。因此在考慮軸向變形的分層施加豎向荷載這一因素時(shí)，不能按一次加載，這樣會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的不合理性。

3.3 充分考慮基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與上層結(jié)構(gòu)的作用

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們必須意識(shí)到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)和地基土三者之間存在著共同作用。在工程設(shè)計(jì)中可能無法全部顧及，尤其是地基模型和模型參數(shù)的選擇，其對(duì)共同作用有著十分顯著的影響。但由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造和配筋能夠充分地反映共同作用的最終結(jié)果，因此我們必須要對(duì)其予以充分考慮。如在面積相同的整體筏型基礎(chǔ)上建設(shè)了多個(gè)高層和多層建筑時(shí)，筒體下筏板的厚度以及配筋應(yīng)嚴(yán)格按照上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)以及地基土三者的共同作用來計(jì)算，高層建筑下的大面積筏型基礎(chǔ)主樓下筏板的整體撓度一定要在0.5‰以內(nèi)，主樓與相鄰的裙房柱之間的差異沉降應(yīng)在1‰以內(nèi)，而裙房柱間的差異沉降應(yīng)在2‰以內(nèi)。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，人們?cè)絹碓街匾暯Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，由于高層建筑結(jié)構(gòu)形式隨著高層建筑建設(shè)的發(fā)展在不斷豐富，因此設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也占據(jù)著越來越重要的位置，因此我們必須要科學(xué)地選擇基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式，進(jìn)而保證工程設(shè)計(jì)的整體效果。