摘要：隨著我國經濟的高速發展，高層建筑在我國的工程建設中也越來越普遍，而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。這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。為使基礎設計更合理，應綜合考慮上部結構、基礎和地基的共同作用。

　　關鍵詞：高層建筑,結構選型,結構設計

　　高層建筑基礎工程的重要性，還表現在基礎工程在高層建筑的工程造價中占有較大的比重。基礎工程所耗費的鋼材、水泥用量多，施工難度大，一般情況下基礎工程造價占土建工程總造價的20%左右，工期占土建工程的20-30%，當地質條件復雜時，其造價和工期所占的比重還會增加。因此，選擇合理的基礎形式與計算方法，是保證建筑結構安全，降低工程造價的一個有效措施。

　　高層建筑基礎的重要性，還表現在基礎形式的多樣性和影響因素的復雜性。在一些地質條件差的地區，基礎的設計與施工涉及面廣，它不僅與上部結構和基礎本身有關，還與地基土的性質、水文條件、周圍環境等因素相關。基礎工程在雨季施工時，也會給施工增加很多困難，還會造成一些局部的返工，土建工程拖延工期往往就和基礎工程進度有關。因此，選擇合理的基礎形式對縮短施工工期也是具有重要意義的。

　　1 高層建筑基礎選型時應考慮的因素

　　高層建筑基礎設計比一般建筑基礎要更復雜，總的來說，它具有荷載大、埋置深及要求嚴的特點，在選擇基礎型式時與建筑物的使用性質、上部結構類型、地質情況、抗震性能、對周圍建筑物的影響及施工條件等有密切的關系。在一般情況下，在基礎選型與設計時應考慮以下因素:

　　1.1 當上部結構為框架結構、無地下室、地基較好、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。

　　1.2 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，減少不均勻沉降，可選用十字交又鋼筋砼條形基礎或樁基，如仍不能滿足要求，又不采用樁基或其他人工地基時，可以選用筏基。

　　1.3 當上部結構為框架或剪力墻結構、有地下室、上部結構對不均勻沉降限制較嚴、防水要求較高時，可選用箱基。

　　1.4 當上部結構為框一剪結構、無地下室、地基條件較好時，可采用十字交叉鋼筋砼條形基礎或筏基。

　　1.5 當上部結構為框一剪結構、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，可選用十字交叉剛性墻基礎。

　　1.6 筏基上柱荷載較小或中等、柱距較小且等距的情況下宜采用無梁筏板基礎，當柱荷載相差大且柱距又較大時，宜采用梁板式筏基。

　　1.7 當地基較差或很差時，采取上述各類型基礎仍不能滿足設計時，可選用樁基或其他有效的人工地基。

　　1.8 高層建筑如遇下列情況，與深基礎或其它人工地基相比較經濟，且施工條件又可能時，可采用樁基。

　　1.81 地基軟弱，作為天然地基，其承載力或沉降量不能滿足現行規范要求時。

　　1.82 相鄰建筑物之間相互影響，地基將形成過大的不均勻沉降時。

　　1.83 對沉降有特殊要求時。

　　1.84 限于現場既有建筑不允許開挖，又無其他施工手段時。

　　1.85 土層變化較大、厚度不均勻或下臥基巖面起伏相差較大而將引起過大的不均勻沉降時。

　　1.86 采用深埋天然地基，在經濟上、施工條件上進行比較又不經濟時。

　　2 對高層建筑基礎設計方法的簡要評述

　　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，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以及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。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，只在較復雜或大型基礎設計時，按目前可行的方法考慮地基基礎上部結構的相互作用。然而，這種考慮上部結構與地基基礎共同作用的分析方法也不是完美無缺的。它同樣需要采用種種假定，也不能避免各種地基模型的固有誤差;并且上部結構的剛度形成存在滯后，因為上部結構的剛度在建造過程中是逐層形成的，在考慮上部結構邊界剛度對基礎的影響時，這一滯后過程能否被真實模擬也會對分析結果的準確性產生影響。

　　共同作用分析方法的進步之處僅在于它考慮了上部結構的剛度而已。

　　目前，對于一般基礎的設計，采用的仍然基于經典結構力學和彈性力學的常規設計方法。這種方法簡便快捷，對于單層排架結構一類的上部柔性結構以及地基較好的獨立基礎，能夠得到較滿意的結果;對于高層剪力墻結構下箱形基礎置于一般土質天然地基這種情況，簡化計算結果也能滿足要求。但是，對于鋼筋混凝土框架這類對地基沉降較敏感的結構，計算結果與實際不同;對于軟弱地基上的條形基礎，按這種方法計算與實際差別也較大。

　　3 對高層建筑基礎設計的建議

　　3.1 對高層框架結構基礎設計的建議

　　對于高層框架結構，隨著層數的增加，作用在基礎上的柱荷載也將增大。在豎向荷載作用下，基礎產生碟形沉降，由于上部結構具有一定剛度，邊柱沉降小，與基礎緊密接觸而加載;內柱沉降大，受到拉伸而卸載。各樓層柱尤其是底層柱內力重分配的結果，勢必將引起上部結構和基礎內力的變化。這一現象只有在共同作用分析中才能被適當考慮。在高層框架結構基礎設計時，基礎宜柔不宜剛;若地基土為高壓縮性，則基礎宜剛;當采用樁基時，可考慮采用變剛度布樁的方式(如改變基礎中部樁徑或樁長、加密中部布樁)，以調整地基或樁基的豎向支承剛度，使差異沉降減到最小，從而減小基礎或承臺的內力。

　　3.2 對高層建筑箱(筏)基礎設計的建議

　　對于高層建筑箱(筏)基礎，在豎向力作用下基礎彎曲，外力由上部結構和基礎共同分擔，二者按剛度進行分配。

　　(式中，EB、Eg、JB、Jg分別為上部結構和基礎的彈性模量以及上部結構和基礎的慣性矩)。

　　由上式可以看出，上部結構剛度EBJB與基礎剛度EgJg的相對大小會對上部結構及基礎的內力產生較大影響。在上部結構剛度與地基條件不變的情況下，基礎內力隨其剛度增大而增大，相對撓曲隨之減小，由此使得上部結構中的次應力也隨之減小。為了分擔上部結構的力矩，尤其當上部結構是柔性結構時，有時故意把板做厚，增加基礎剛度，利用的就是此原理。

　　高層建筑箱(筏)基礎設計時，考慮上部結構參與工作有利于降低箱基的整體彎曲應力。若上部結構為框架結構，箱基底板配筋應力采用規范中的方法進行計算與實際存在一定的差別，其值偏小，說明按常規設計方法會造成材料強度的浪費。建議采用共同工作整體分析進行計算，這樣算得的整體彎曲箱基底板鋼筋應力才比較符合實際;另外，共同作用使得上部結構下面幾層邊柱(墻)出現較大內力，采用常規設計方法時應提高邊柱(邊墻)的內力。

　　3.3 對高層建筑樁箱(筏)基礎設計的建議

　　對于高層建筑樁箱(筏)基礎，共同作用分析結果表明:由于樁的存在，不但使得箱(筏)基整體內力明顯下降，而且底板的基底土反力也會大大減小，箱(筏)基的沉降也明顯減小。一般情況下，上部荷載滿布，常規設計樁頂反力分布通常是角樁反力最大，邊樁次之，內部樁最小。另外，共同作用也會使得上部結構的下面幾層邊柱(墻)產生較大的次應力。高層建筑樁箱(筏)基礎設計時，可采用變剛度布樁的方式，調整樁基的豎向支承剛度，從而調整樁頂反力分布;若考慮利用樁間土分擔上部荷載，充分發揮箱(筏)底樁間土的承載力，可適當增加基礎中部樁的間距;另外，若上部結構為剪力墻，則樁宜沿剪力墻軸線布置，這樣與滿堂布樁相比可以大大減小底板的厚度。

　　4 結語

　　4.1 高層建筑基礎選型要考慮上部結構特性、持力層的情況、所穿越土層的情況、周圍環境因素，采用樁基礎時還要考慮樁的尺寸限制，以及最終起決定因素的性價比和工期等諸多因素。

　　4.2 用常規設計方法簡化計算時有其適用范圍，對地基沉降較敏感的結構以及對于軟弱地基上的條形基礎計算結果與實際不同，設計時當重視;另外，共同作用分析方法雖有其優越性，但也不是完美無缺。

　　4.3 在進行高層建筑基礎設計時，最好采用共同作用分析方法進行計算。往往共同作用使得上部結構下面幾層桿件的內力受到較大影響，其變化規律一般都呈由外向里,由下往上逐漸衰減，即下面幾層邊柱(墻)處會出現較大內力，采用常規設計方法時應提高邊柱(墻)的安全儲備。