高層建筑基礎的設計選型與應用

高層建筑基礎的設計選型與應用

摘要：隨著高層建筑在我國的工程建設中越來越普遍，高層建筑基礎作為高層建筑結構體系的一個重要組成部分，也日益被業內人士所重視，那是因為高層建筑基礎承擔著將高層建筑上部結構的荷載傳遞給地基的重要作用，在設計時，應將高層建筑上部結構、基礎與地基協同考慮，選擇合理的基礎形式。
關鍵詞：高層建筑；基礎設計選型；分析方法；適用條件

        1  高層建筑基礎設計選型的重要性
        1.1 高層基礎如果設計方法不對或者選型不當，將嚴重影響建筑物的安全性。不恰當的基礎設計，可能因承載力不足引起建筑物的不均勻沉降，導致建筑物開裂或傾斜，引起難以修復的工程質量問題。
        1.2 選擇合理的基礎形式是降低工程造價的一個有效措施。基礎工程在建筑工程造價中占有很大的比重，通常情況下可以達到25%左右，在結構復雜或者地質情況復雜時，所占比重還會有所增加。因此，選擇合理的基礎形式能夠有效降低工程造價。
        1.3 合理選擇基礎形式對縮短施工工期具有重要意義。據統計，基礎工程的施工工期可以占到土建工程工期的30%左右，因此正確選擇合理的基礎形式對節省施工工期有很大的意義。
        2  高層建筑基礎設計分析方法
        經過工程技術人員多年的實踐與研究，高層建筑地基、基礎共同作用的事實已被人們所認同。目前,最理想的分析方法是上部結構與地基、基礎共同作用的分析方法。在這種方法中，地基、基礎、上部結構之間，同時滿足接觸點的靜力平衡和接觸點的變形協調兩個條件，即將上部結構、基礎和地基三者看成是一個彼此協調的整體進行分析。
        3  高層建筑基礎選型
        3.1 基礎選型的依據。在一般情況下，高層建筑基礎設計選型時應考慮以下因素的影響：
        ①地質條件的影響。地質條件是影響高層基礎選型的一個非常重要因素，雖然建設場地的地質條件在多數情況下是隱蔽的、復雜的和可變的，但目前的工程勘察和技術手段，一般能做到相對的準確。作為設計人員，對提供的地質資料要能夠進行準確分析和正確判斷，進而能夠合理地進行基礎設計，并在施工過程中根據具體的地質條件變化修改設計。②上部建筑結構形式的影響。不同的上部結構，對地基不均勻沉降的敏感程度也不相同，對地基不均勻沉降越敏感的上部結構，則應選擇剛度較大的基礎形式。因此要根據上部結構的不同結構形式(框架、框架剪力墻、剪力墻結構等)選配合理的基礎型式。③要根據建筑結構的特點，荷載大小，建筑物層數，高度、跨度大小等因素來選擇最佳的基礎形式。④高層建筑基礎設計應滿足建筑物使用上的具體要求。  例如要滿足人防、地下車庫、地下商場等各種建筑類型的具體要求。⑤高層建筑基礎設計還要滿足構造的要求。例如箱型基礎，要滿足埋深、高度，基底平面形心與結構豎向靜荷載重心相重合，偏心距、沉降控制等要求。⑥抗震性能對基礎選型的影響。高層建筑對地震作用更加敏感，在地震作用下，基礎可能出現過大變形、不均勻沉降和傾覆，所以在基礎選型時，一定要充分考慮到地震作用的影響。⑦周圍已有建筑物對基礎選型的影響。周圍已有建筑物對基礎選型影響也很大，如與已建建筑物間距過小時，若采用筏型或箱型基礎，在深基坑開挖時，是否會對已有建筑物的基礎或主體造成局部下沉、開裂等；如基礎采用預制樁，打樁時的震動能否造成已有建筑物開裂或女兒墻、雨篷等構件的傾覆、倒塌、墜落等。⑧施工條件對基礎選型的影響。施工隊伍素質能否保證施工質量；材料、設備、機具等能否就近購買或租賃；施工期間的氣候條件等都是影響基礎選型的因素。⑨工程造價對基礎選型的影響。應在滿足功能的前提下，選用造價最的基礎設計方案。
        3.2 幾種常見基礎類型的適用條件分析。
        3.2.1 筏型基礎。是高層建筑常用的基礎形式之一。它的適用條件為：①對于軟土地基，當使用條形基礎不能滿足上部結構的容許變形和地基容許承載力時；②當高層建筑的柱距較小，而柱子的荷載較大，必須將基礎連成一整體，才能滿足地基容許承載力時；③風荷載或地震荷載起主要作用的高層建筑，欲使基礎有足夠的剛度和穩定性時。
        3.2.2 箱形基礎。箱形基礎是高層建筑中廣泛使用的一種基礎，具有很大的剛度和整體性。對地基的不均勻沉降起到調節或減小的作用。因此適用于上部荷載大而地基土又比較軟弱的情況。
        3.2.3 樁基礎。樁基礎也是高層建筑中常用的一種基礎形式。它的適用條件為：①淺表土層軟弱，在較深處有能承受較大荷載土層作為樁基礎的持力層時；②在較大深度范圍內，土層均較軟弱，且承載力較低時；③高層建筑結構傳遞給基礎的垂直和水平荷載很大時；④高層建筑對于不均勻沉降非常敏感和控制嚴格時；⑤地震區采用樁基礎可提高建筑物的抗震能力時。
        3.2.4 柱下獨立基礎。它的適用條件為：當上部結構為框架結構、無地下室、地基土質較好、荷載較小、柱網分布較均勻時，可采用柱下獨立基礎。在抗震設防區，其縱橫方向應設連系梁，連系梁可按柱垂直荷載的10%引起的拉力和壓力分別驗算。
        3.2.5 十字交叉鋼筋混凝土條形基礎。它的適用條件為：①當上部結構為框架剪力墻結構、無地下室、地基條件較好時；②當上部結構為框架剪力墻結構、有地下室、無特殊防水要求、柱網、荷載及開間分布比較均勻、地基較好時；③當上部結構為框架或剪力墻結構、無地下室、地基較差、荷載較大時，為了增加基礎的整體性和減少不均勻沉降。
        3.2.6 其它基礎形式，如板式、樁箱基礎、樁筏基礎等，可根據各種影響因素的具體情況，合理地進行比選，由設計者自行選擇。
        4  結論
        設計人員在進行高層建筑基礎選型設計時，一定要綜合考慮各方面因素的影響，針對具體情況選擇合理的基礎形式，采用正確的設計方法，這樣才能保證結構的安全與穩定，也會給建筑工程的質量、造價和工期帶來效益。 

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