对高层住宅建筑基础结构设计的探讨

刘督政 陈亚敏

中国核电工程有限公司郑州分公司 河南 郑州 450000

1、前言

建筑业的繁荣发展对我国经济的稳定增长具有十分重要的意义，使得人们对建筑物的类型和功能也提出了更加高的要求。在城市化的进程里，高层住宅对提高城市建设用地效率、缓解人口问题起到了一个重要作用和有效作用。科学技术在不断的发展，高层住宅的建设会更加的可靠。严格控制基础结构的设计是可以防止基础和上部结构沉降有效的一个手段，也是整个建设项目里重要的一个组成部分。设计地基结构的时候，一定要综合的考虑周围环境，计算地基的承载力是否满足设计的要求，防止因工期延误而造成的不合理的设计计算。

2、基础结构的设计理论

在高层的住宅里，地基土层、地基结构以及上部结构之间有着共同的一个作用。上部结构的刚性相对比较大，它会对基础结构和基础土层施加力。因为计算方法和设计技术的局限性，上述三种的计算存在一定的缺陷，同时还切断了上层建筑与基础结构的连接，使反作用力和荷载的计算分开。基础结构降低了设计方案的合理性和可行性，并且上部结构中沉降不均匀。引起二次应力，这会导致计算的结果出现较大的一个偏差。

3、结构设计的影响因素

3.1、上部结构刚度的影响

如果上部结构是绝对柔性的，则不会限制基础的变形，并且基础梁的局部弯曲也会承受较大的整体弯曲。如果上部结构是绝对刚性的，则竖向构件会在基础变形后均匀沉降，而忽略竖向构件的抗旋转能量，然后把竖向构件用作基础梁的固定铰链支撑，而不会导致整体弯曲，但会导致局部的弯曲。在绝对挠度和刚度的条件下，基础梁的内力大小和分布是不同的。

3.2、地基条件的影响

在高层住宅基础结构的实际设计中，通常不会发生上述两个的极端情况，而只出现在绝对刚度和绝对柔韧性之间。此时，有必要综合考虑整体的一个刚度，这样才可以满足基础结构的设计要求。基础条件会影响基础结构的应力，包括基础土的可压缩性和局部均匀性。如果基础施工区域是不可压缩的，则基础不会整体弯曲，也不会因沉降不均匀而产生二次应力。一般来讲，施工区基础土的可压缩性会导致基础结构弯矩分布的差异，界面条件受土的蠕变，土体的相对柔性等诸多因素的影响。

3.3、共同作用的分析

在分析地基结构的应力的时候，应该要综合的考虑地基土、基础结构和上部结构之间的相互作用。整个系统的变形和内力计算应该要以接触点和连接点满足的变形协调条件为一个基础。有限差分法、有限元法和有限条法是几种常用的相互作用分析方法，它们可以实现刚度矩阵的建立和实现形式协调条件与刚度矩阵的耦合。

4、结构设计的控制要点

4.1、减少不均匀沉降

为可以减少建筑物的整体挠度，一定要合理的控制好结构的刚度和平面分布，并且一定要减少可能会发生不均匀沉降的可能性。在高层住宅基础结构的设计里，许多的条形基础没办法满足基础的承载力和上部结构。变形的时候，此时可以采用筏式基础设计的方法，可以增加基础结构的刚度，这样才可以防止基础不均匀沉降的发生。在筏式基础的设计里，一定要确保上部结构的垂直永久重心与基础表面的质心重合。为可以适当地控制偏心率，可以适当地调节基础的面积以确保筏形基础的稳定性。垂直和水平载荷都施加到基础的顶面。为可以确保到它可以转移到基础土层，需要适当的增加基础结构的强度和刚度。

4.2、考量结构整体作用

在基础结构的设计里，不仅要考虑到基础与基础之间的相互作用，还要考虑到上部的结构对基础的一个影响。特别是在基础模型的构建里，为可以确定到最佳的设计方案，一定要对参数设置进行一个综合的分析和计算。此外，还应该要综合的考虑基础的土壤，基础结构和上层建筑里的钢筋和结构，以改善方案。如果在同一整体筏板基础上同时修建低层建筑物和高层建筑，则筏板厚度和地基下钢筋的计算应该要以地基土共同作用引起的地基响应和地基变形为基础。基础结构和上部结构也应该要能够确保到信息数据的准确性和完整性。在裙房高层住宅筏板基础的设计里，需要有效控制筏板基础下的筏板厚度和配筋，主楼下的整体挠度可以防止主楼与相邻裙楼之间的过度差异和沉降，从而降低结构的二次应力。

4.3、对于建筑物结构基础设计的相关建议

针对设计人员而言，设计人员在进行建筑物的基础设计时，必须以建筑物的建筑高度为出发点，提前对于施工现场进行勘察，了解土壤情况，在进行具体设计时充分考虑地基和上部结构两者的关系，对于一些不确定因素需要提前考虑可能出现的几类情况，并以此为依据进行科学的设计。通常情况下，首先要进行基础上部结构设计，然后再进行具体的基础设计，这就要求必须采取一系列的有效措施，来降低少由于上部结构滞后而产生的误差，从根本上保障建筑物基础结构的设计水平。

5、结束语

总之，结构设计没有绝对最佳的标准模式， 只有通过不断地探索、比较，去寻求相对的最优。因此我们每一个结构工程师应不断地追求尽善尽美的设计思想， 不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计， 用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。。