高层建筑结构基础设计中存在的问题及其解决措施探讨

陈裕峰

摘要：高层建筑结构设计中，基础设计方面尤其重要。所谓“地基不牢地动山摇”，基础如果不打好，那么建筑物就会出现严重问题，轻则建筑出现裂缝，严重可导致整个高层建筑倾塌。本文主要探讨了高层建筑结构基础设计中存在的问题及其解决措施，以供参考。

关键词：高层建筑；结构基础设计；问题；解决措施

引言：高层建筑由于具有层数多，高度大，重量大等特点，所以其竖向荷载大而集中，风荷载和地震荷载引起的倾覆力矩成倍增长，因此要求基础和地基提供更高的竖直和水平承载力，同时使沉降和倾斜控制在允许的范围内，并保证建筑物在风荷载与地震荷载下具有足够的稳定性。这就对基础的设计提出了更高、更严的要求。因此，对高层建筑结构基础设计进行研究和探索意义重大。

一、高层建筑基础设计的现实意义

1、安全性。地基和基础位于地面以下，系隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量，直接影响建筑物的安全。设计时保证与之上部结构相适应的基础选型是影响结构安全的重要因素。如果建筑在基础选型设计上与上部结构不相适应、与所处的地基条件不协调、与上部结构不能在整体上协同受力等，有可能造成建筑物的不均匀沉降、建筑物开裂或倾斜甚至倒塌等严重后果。

2、经济性。基础形式设计合理有利于工程造价的降低。地基基础工程的造价和施工工期在建筑总造价中所占的比例与多种因素有关，在建筑工程造价中基础工程占有的比重可达到25%左右，有时由于地质、结构的复杂性、施工条件等，则基础造价更高。保证结构安全性前提下，合理的基础选型，尽量降低工程造价。

3、时间性。基础形式的合理有利于缩短施工工期。据相关统计，基础工程的施工工期可占到土建工程总工期的约30%左右，因此，在当今经济飞速发展的大时代背景下，基础形式的合理选择对缩短施工工期具有重大意义。

二、基础设计的要求

高层建筑由于层数多，上部结构荷载很大，使其基础具有埋置深度大、材料用量多、施工周期长、工程造价高等特点。为此，高层建筑设计时应满足以下几个方面的要求。

（1）基础的总沉降量和差异沉降量应满足规范规定的允许值；

（2）满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；

（3）地下结构满足建筑防水的要求；

（4）应综合考虑经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑土方、降水、施工条件和工期等因素。

三、基础类型的选择

高层建筑基础的选型应根据上部结构、工程质地、抗震设防要求、施工条件、周围建筑物和环境条件等因素综合考虑确定，应选用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容許变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。

天然地基上的筏形基础比较经济，宜优先采用，必要时也可以采用箱型基础；当地质条件好、荷载较小且能满足地基承载力和变形的要求时，也可以采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力和变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基的基础形式。

基础是否发生倾斜是高层建筑是否安全的关键因素。高层建筑由于质心高、荷载大，对基础底面一般难免有偏心，故在沉降过程中建筑物总重量对基础底面形心将产生新的倾覆力矩增量，而此倾覆力矩增量又产生新的倾斜增量，倾斜可能随之增长，直至地基变形稳定为止。因此，为减少基础产生倾斜，应尽量使结构竖向荷载中心与基础平面形心相结合，当偏心难以避免时，应对其偏心距加以限制。

四、高层建筑结构基础设计中存在的常见问题及解决办法

1、荷载效应和地震问题。目前国内高层建筑基础设计为直接采用标准的计算机程序对各种荷载效应组合和相同的基础或桩基础承载力的特点设计，风荷载和地震作用主要引起高层建筑边角竖向结构较大轴力，将此短期作用与永久作用同等对待，加大了边角竖向结构的基础，相应重力荷载长期作用下中部竖向结构基础未得以增强，导致一些高层建筑的地下室出现底部侧壁裂缝现象的典型的八字裂缝典型盆式差异沉降。建议重力荷载和风荷载组合，承载力特征值可适当增加了1.1倍到1.2倍，重力荷载与地震作用组合时，承载力特征值可按现行《建筑抗震设计规范》予以提高。因此，高层建筑基础设计应减少长期的基础变形和变形差异以中性负荷为主，计算地面变形，基于地面荷载作用效应使用正常使用极限状态下的荷载效应准永久组合，不计入风荷载和地震作用。

2. 结构基础嵌岩问题。目前高层建筑结构基础嵌岩时常采用肥槽填充混凝土做法，这种做法已经不适应建筑的发展要求。高层建筑结构基础嵌岩时，宜在基础周边及底面设置砂质或其他材质褥垫层，垫层厚度可取50mm—100mm。筏板基础平面尺寸应根据地基土的承载力，上部结构的布局和载荷分布因素决定，偏心距的计算可以被取消。平板式筏厚度可以根据计算确定的冲切承载力，仍不平衡力矩效应应被视为在部分额外的剪切厚度不应小于400mm。筏板基础应该是双向钢筋网片配置，分别在板上表面和底部，钢筋间距不小于150mm，不应该大于300mm；受力钢筋直径不宜小于12mm。梁板式筏基梁宽小于柱宽时，可将肋梁在柱边加腋，并满足构造要求。墙柱的纵向钢筋贯通基础梁，并从梁上皮起满足锚固长度的要求。 3、桩基础选择问题。当前，各高层建筑结构基础设计在桩基础设计中墨守成规，没有做到因地制宜；此外，桩的承载力技术、承载力取值等技术还有待提高。选择桩基和承台的设计应根据上部结构类型、荷载大小通过土壤和桩，桩端支承层土壤、地下水位、施工条件和经验，桩材料供应等因素综合考虑。桩基竖向承载力、水平承载力和隆起承载力等，应基于静载试桩结果，以确保安全和经济。测试桩在桩长度、不同岩土采取逆向选择，根据勘察报告提供的桩基和桩基础设计参数规范经验系数法的桩基承载力可作为设计参考。甲级设计等级的桩基础、建筑体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙级设计等级的桩基础、桩基沉降的桩基施工和摩擦桩在桩基础应进行沉降计算。或受到高水平的永久性建筑物水平位移的严格的桩基，应检查其水平位移。

4、箱形基础平面尺寸确定问题。箱形基础平面尺寸确定不够严谨，随意性较大，也没有根据负荷大小和布局的上部结构和地基土承载力等因素确定，深藏安全隐患。因此，箱形基础应该是毗邻建筑在外墙，内墙沿上部结构的柱网或剪力墙位置统一布局，墙水平截面面积不应小于尺寸的箱形基础墙外包1/10的水平投影面积。基本平面长宽比大于4箱形基础，其垂直和水平截面面积不应小于外壁箱形基础外包规模1/18的水平投影面积。高度的箱形基础结构来满足承载力、刚度和建筑使用功能的要求，一般不应少于1/20的箱形基础的长度，且不应小于3米，此处箱基长度不计墙外悬挑板部分。箱形基础墙开口应该集中在列之间的部分，洞口和承载力的过梁需要的计算。

五、结束语

高层建筑基础的设计对房屋的正常使用和安全至关重要。因此，应根据岩土工程勘探资料，综合考虑上部结构类型、材料按情况、施工条件和使用功能要求等因素，合理地选择基础形式和施工方式，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量。

参考文献

[1] 胡文湛：浅谈高层建筑结构分析与设计，《江西建材》，2006年1月。

[2] 史庆轩、梁兴文：《高层建筑结构设计》，科学出版社，2006年9月第一版。

[3]方正.某高层建筑结构设计探讨.四川建材，2011，（03）