張汝凱

山東民藝建筑設(shè)計有限公司 山東德州 253000

1 高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計的重要性

對于建筑工程來說，特別是高層建筑工程最為重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是地基基礎(chǔ)設(shè)計。地基基礎(chǔ)設(shè)計具有比較大的難度，由于其埋設(shè)在地下深處，不但會受到地下水及其它不可預(yù)知因素的影響，同時也要受到場地周邊復(fù)雜的地質(zhì)情況影響。從參考文獻中的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，高層建筑的地基基礎(chǔ)以及地下室建設(shè)所消耗的費用占到整個土建工程造價近10%。如果遇到復(fù)雜的地質(zhì)情況，需要進行特殊技術(shù)處理的地基基礎(chǔ)來說造價更是能夠達到近15%。另外，高層建筑的地基基礎(chǔ)質(zhì)量直接決定了整座建筑的安全性和穩(wěn)定性，影響著建筑功能的正常使用。因此，在進行基礎(chǔ)設(shè)計過程中要根據(jù)建筑的實際情況制定出不同的基礎(chǔ)形式和方案，通過嚴格的比選進而選擇出最優(yōu)的基礎(chǔ)方案，以確保整個高層建筑的順利實施。

2 高層建筑基礎(chǔ)選型影響因素

2.1 地質(zhì)條件

地質(zhì)的穿越能力以及地下水對地基基礎(chǔ)的影響在設(shè)計階段對地基的選型都產(chǎn)生著重要的影響。地基持力層情況尤其是壓縮模量以及承載力對基礎(chǔ)形式的選擇極為重要。片筏基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、十字條基、柱下獨立基礎(chǔ)、無筋條基，設(shè)計人員在選擇的過程中需要考慮上部結(jié)構(gòu)層數(shù)、地基持力層承載力，基礎(chǔ)經(jīng)濟性等方面的要求。特別是持力層的承載力是考慮的核心要素之一。

2.2 上部結(jié)構(gòu)

對于高層建筑而言，地下室本身就是箱形基礎(chǔ)，而地下室的底板有可以與片筏基礎(chǔ)的底板合二為一。設(shè)計過程中，地下室如果考慮為一個中空的構(gòu)件，那么地下室底板所受到的浮力設(shè)計人員不僅需要進行局部的抗浮驗算，還需要進行整體的抗浮驗算。當?shù)叵率易鳛檠a償式基礎(chǔ)時，地基有效壓力增加使得基礎(chǔ)形成沉降，因此在設(shè)計過程中，需要選擇較為合適的基礎(chǔ)埋深，使得建筑物質(zhì)量與地下室移去土的質(zhì)量相平衡，從而控制沉降量。

2.3 樁基的尺寸

建筑材料、施工工藝、施工安全等方面的因素使得樁截面尺寸以及樁長受到限制。例如由于受鋼管長度的影響使得沉管灌注樁通常情況下不大于24米；考慮到安全方面的因素，人工挖孔灌注樁的長度不大于30米。受到工作空間、機械性能等影響樁基直徑，例如機具的性能限制使得樁基直徑小于800mm，人工挖孔樁因為人工操作空間的要求，通常情況下直徑大于800mm。

3 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計的方法

當前高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計采用上部結(jié)構(gòu)與地基、基礎(chǔ)共同作用的分析方法，這種方法中地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)之間同時滿足接觸點的靜力平衡以及接觸點的變形協(xié)調(diào)兩個條件，即將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者看成是一個彼此協(xié)調(diào)的整體。這種從整體上進行相互作用的分析方法難度較大，計算量龐大，對計算機的性能及存儲量要求較高，只在較復(fù)雜或大型基礎(chǔ)設(shè)計時，按目前可行的方法考慮地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)的相互作用。共同作用分析方法的進步之處僅在于它考慮了上部結(jié)構(gòu)的剛度，這一優(yōu)勢是傳統(tǒng)設(shè)計方式所不具備的。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化策略

4.1 建筑基礎(chǔ)方案選擇

一般而言，建筑工程造價與施工難度直接與其所選基礎(chǔ)形式有關(guān)。因此，對于基礎(chǔ)形式的選擇，應(yīng)以多層次、全方位、綜合性考量為基礎(chǔ)，對最佳目標予以科學(xué)選擇。（1）將現(xiàn)有巖土工程勘查資料作為分析依據(jù)，在對建筑基礎(chǔ)形式及布局進行研究中，要對場地工程地質(zhì)情況、場地動力學(xué)參數(shù)、地基承載力、巖石物理學(xué)性質(zhì)及地下水位等因素進行綜合考量，對現(xiàn)有資料進行科學(xué)分析，再結(jié)合上部結(jié)構(gòu)形式，以編制最佳設(shè)計方案。（2）在對基礎(chǔ)布局及形式予以選擇時，還需要結(jié)合其與上部結(jié)構(gòu)間相互作用情況予以考量。一般而言，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常會將二者分離開來分別考慮及進行動力分析。但由于此種方案在現(xiàn)實執(zhí)行中存在諸多缺陷，通過計算獲得的基礎(chǔ)沉降量及基底應(yīng)力與實際測量值之間差異很大。因此，在對基礎(chǔ)布局及形式予以選擇時，不能將基礎(chǔ)問題與上部結(jié)構(gòu)分離開來進行，還需要對二者間相互作用因素考慮進去。

4.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的計算

在利用計算機對結(jié)構(gòu)設(shè)計程序予以計算時，必須考慮以下幾點：（1）對計算自主性予以提升，盡可能減少對電子計算的依賴。在實踐中我們發(fā)現(xiàn)，很多錯誤均是因為電子計算出現(xiàn)錯誤導(dǎo)致的。所以，作為一名工程師或者建筑基礎(chǔ)設(shè)計人員，應(yīng)減少對計算機計算的依賴，提升計算自主性。并對相關(guān)計算結(jié)果及數(shù)據(jù)反復(fù)核對，以免對后續(xù)設(shè)計造成影響。特別是對于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中載荷數(shù)據(jù)及相關(guān)尺寸的計算要反復(fù)進行，不斷審核，避免差錯發(fā)生。同時，對于相關(guān)數(shù)據(jù)的精準性、真實性要細致分析，避免其中的盲目性。（2）對計算結(jié)果要科學(xué)選用。在計算環(huán)節(jié)，通常會因為計算參數(shù)的差異而導(dǎo)致所得結(jié)果的不同。因而，對于結(jié)構(gòu)計算設(shè)計而言，也并非所有結(jié)果都適用。這就需要工程師或者相關(guān)人員對獲得結(jié)果予以分析，合理選用。（3）計算模型及實際結(jié)構(gòu)的不同。通常而言，計算程序由于其在設(shè)定過程中，是以理想和假定狀態(tài)為基礎(chǔ)的，因而，它與實際結(jié)果總會存在些許差異，實際結(jié)果的承受力與理想狀態(tài)及假設(shè)狀態(tài)之間總是存在距離的，它會隨著外在因素的改變而不斷發(fā)生變化。因此，在對結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進行設(shè)計時，應(yīng)將實際結(jié)果與模型所得結(jié)果反復(fù)比較，盡可能使二者相吻合，如果存在差距，則必須重新計算。

5 結(jié)語

高層建筑基礎(chǔ)工程設(shè)計過程中，在選型階段需要考慮地基持力層情況、上部結(jié)構(gòu)情況、穿越土層情況等，在選擇樁基作為高層建筑基礎(chǔ)時需要對影響樁尺寸的因素進行考慮，從而最終設(shè)計形成安全、可靠、經(jīng)濟、合理的高層建筑基礎(chǔ)。