李明 吕钰娇 王煜
中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 重庆 400016
摘要：近年来高层建筑在城市中较为普遍，高层建筑基础作为其结构体系中非常重要的组成部分，越来越被业内人士所重视。因此在当前的高层建筑基础结构设计过程中，需要重视其强度和刚度，确保基础的稳定性和具有较好的抗变形能力，在具体设计时要对上部结构、基础和地基进行综合考虑，全面提高基础设计的合理性。所以，本文对高层建筑基础结构设计要点进行探析。
关键词：高层建筑；基础结构；影响因素；设计要点
1 高层建筑基础设计影响要素分析
1.1 上部结构的刚度对基础受力的影响
假设上部结构为绝对刚性，当地基变形时，各竖向构件只能均匀下沉；如忽略竖向构件端部的抗转动能力，则竖向构件支座可视为基础梁的不动铰支座，亦即基础梁犹如倒置的连续梁，不产生整体弯曲，却以基底分布反力为外荷载，产生局部弯曲。反之，假设上部结构为绝对柔性，对基础的变形毫无约束作用，于是基础梁在产生局部弯曲的同时，还经受很大的整体弯曲。于是，两种情况下基础梁的内力分布形式与大小产生很大的差别。实际结构物常介于上述两种情况，其整体刚度的考虑非常困难，只能依靠计算软件分析。在地基、基础和荷载条件不变的情况下，增加上部结构的刚度会减少基础的相对挠曲和内力，但同时导致上部结构自身内力增加，即是说，上部结构对减少基础内力的贡献是以在自身中产生不容忽视的次应力为代价的。
1.2 基础刚度对基底反力分布的影响
绝对柔性基础当上部结构刚度可以忽略时，对荷载传递无扩散作用，如同荷载直接作用在地基上，反力分布p（x，y）则与荷载q（x，y）大小相等、方向相反。当荷载均匀时，基础呈盆形沉降；如欲使基础沉降均匀，则需使荷载从中部向两端逐渐增大，呈不均匀状。绝对刚性基础对荷载传递起着“架越作用”。由于基础为绝对刚性，迫使地基均匀沉降。由于土中塑性区的开展，反力将发生重分布。塑性区最先在边缘处出现，反力将减小，并向中部转移，形成马鞍形分布。理论分析与试验研究表明，基底反力的分布除与基础刚度密切相关外，还涉及到土的类别与变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性，以及基础的埋深和形状等多种因素。基底反力分布大致分为三种类型：
（1）如果基底面积足够大，有一定的埋深，荷载不大，地基尚处于线性变形阶段，则基底反力图多为马鞍形；当地基土比较坚硬时，反力最大值的位置更接近于边缘。
（2）砂土地基上的小型基础，埋深较浅或荷载较大，临近基础边缘的塑性区逐渐扩大，这部分地基土所卸除的荷载必然转移给基底中部的土体，导致中部基底反力增大，最后呈抛物线形。
（3）当荷载非常大，以致地基接近整体破坏时，反力更加向中部集中而呈钟形，当两端存在非常大的地面堆载或相邻建筑的影响时，也可能出现钟形的反力分布
1.3 地基条件对基础受力的影响
基础受力状况取决于地基土的压缩性及其分布的均匀性。当地基土不可压缩时（例如基础坐落在未风化的基岩上），基础结构不仅不产生整体弯曲，局部弯曲亦很小；上部结构也不会因不均匀沉降产生次应力实践中最常遇到的情况却是地基土有一定的可压缩性，且分布不均，这样，基础弯矩分布就截然不同。基础与地基界面处往往显示出摩擦特征。由于土的强度有限，形成的摩擦力也有限，不会超过土的抗剪强度。孔隙水压力的变化，可能改变压缩过程中摩擦力的大小与分布。
2 高层建筑基础结构设计要点分析
2.1 基础方案选择
对基础设计来说，要按照工程地质条件进行设计，对施工条件以及相邻建筑物影响等多种因素进行综合分析结合上部结构类型与荷载分布，从而选择出既经济又合理的基础方案。在设计中，要使地基的潜力能够最大限度地发挥出来，必要时对地基变形进行验算。对于基础设计来说，必须有详尽的地质勘察报告。而参考临近建筑资料与现场勘察是对一些缺少地质报告的建筑来说的。一般情况下，两种不同的类型的基础不适合在同一结构单元中使用。
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2.2 基础的埋深
高层建筑的基础应该要有一定的埋深，埋置深度可以从室外地坪一直算到基础底面，对于独立的高层建筑而言，基础埋深比较容易确定，但当今多数高层建筑与地下车库都是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室顶板及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。
在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：
（1）天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；
（2）桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。
当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求及本规程第12.1.6条规定的前提下，基础埋深可不受本条第1.2两款的限制。当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。
2.3 嵌固端设置
由于高层建筑一般都带有人防和地下室，所以嵌固端一般设置在人防顶板或地下室顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了如结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调、嵌固端上下层抗震等级的一致性以及嵌固端楼板的设计等由嵌固端的设置而带来的一系列需要注意的问题。如果其中任何一方面被忽略，将会对后期设计工作造成严重的影响。
2.4 轴向形变
通常情况下，对低层建筑结构的分析，只是考虑弯矩项，其原因是轴力项影响太小。对于剪切项来说，一般情况下都是不考虑的。而对于高层建筑结构的情况就不同了。它的层数多以及高度大，导致轴力值变得很大。另外，它沿高度积累的轴向变形非常地明显；这样地轴向变形将给高层建筑结构分布与内力数值造成很大地变化。在高层建筑结构分析中，要对轴向变形的影响应当进行考虑。但是，在结构完成之后，结构所受的竖向荷载并不是一次施加的。在施工过程中，绝大部分的结构自重都是由占竖向荷载逐层施加的，而轴向压缩变形已在施工过程中分阶段的完成。因此，在施工过程中，对轴向变形的分层施加竖向荷载这一因素的考虑，不能按一次简单的加载考虑，不然就会使一些不合理的计算结果的出现。比如说，在竖向荷载作用下，筒体的上层框架柱与邻近剪力墙出现了一些拉力等。另外，由于楼层逐渐地增加，将使结构的侧向变形随着水平荷载的作用下迅速地增大起来。
3 高层建筑结构设计的总体重点
高层建筑结构设计要做到合理利用土地资源、空间和节约施工成本以及保证施工的质量。所以具备良好的空间工作性能成为高层建筑设计的必然要求，例如我们可以利用剪力墙的双向布置，设计出完整的结构空间。同时保证在规定水平力作用下，结构底层部分剪力墙承受的地震倾覆力矩不小于总力矩的50%，从而保证剪力墙在应用过程中的最佳质量。高层建筑结构应具有多道抗震防线，例如框架—剪力墙结构，剪力墙是第一道防线，框架则是第二道防线。震害调查表明：房屋倒塌源自于结构构件丧失承受竖向荷载的能力，因此应适当降低第一道防线中结构构件的竖向轴压力，使其有损坏也不会对整个结构的竖向承载力有较大的影响。
结束语
高层建筑基础结构设计是一个复杂而又长期循环往复的过程，只要结构设计工程师遇到具体问题具体分析。在设计过程中，不仅应严格执行新规范中相应的构造要求，还要从当今经济现状和发展趋势出发，并结合实际情况，对结构进行合理分析，并对所制定的多种方案进行比较分析，只有这样才能从根本上消除了设计的质量问题，这样才能促使今后高层建筑快速地发展。
参考文献
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[3]谷霖.高层建筑结构设计问题探讨[J].建筑科学，2011，12（02）：923-925.
作者简介：
姓名：李明 性别：男 身份证号码：4304211984****3732
姓名：吕钰娇 性别：女 身份证号码：5002251988****0328
姓名：王煜 性别男 身份证号码：5102021983****2617
论文作者:李明,吕钰娇,王煜
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/16
标签：基础论文; 荷载论文; 地基论文; 结构论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 基底论文; 《建筑学研究前沿》2018年第7期论文;