时间：2013年06月29日 分类：推荐论文 次数：
摘要：高层建筑具有楼层多、高度高、施工作业面较小的特点，所以其在建设施工过程中会随着施工高度的不断增加，促使上层建筑对地面的荷载承受压力不断提高。因此，为保证高层建筑在施工过程中不出现地面塌陷、建筑结构不均匀沉降的问题，就必须对其地面基础设计和施工进行严格控制。本文就高层建筑结构设计中的基础设计进行理论概述，论述了高层建筑结构基础设计中应注意的问题。
关键词：高层建筑,结构基础,设计理念,存在问题
1、基础埋深要注意的问题
对于位于土质地基上的高层建筑，为了满足稳定性要求，其基础埋深应随建筑物高度适当增大。在抗震设防区，筏形和箱形基础的埋深不宜小于建筑物高度的1/15;桩筏或桩箱基础的埋深(不计桩长)不宜小于建筑物高度的1/18。对位于岩石地基上的高层建筑，基础埋深应满足抗滑要求。受有上拔力的基础如输电塔基础，也要求有较大的埋深以满足抗拔要求。烟囱、水塔等高耸结构均应满足抗倾覆稳定性的要求。
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。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：
1.1当高层建筑采用天然地基时，地基承载力可进行修正。随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。
1.2高层建筑地下室外墙一般采用钢筋硷墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。因此设地下室有利于上部结构的整体稳定，有利于协调结构整体变形，调整地基不均匀沉降。
2、应注意地下水的影响
有地下水时，基础应尽量埋置在地下水位以上，以避免地下水对基坑开挖、基础施工和使用期间的影响。实在无法避免时,对底面低于地下水位的基础，设计时要考虑地下水对建筑物的水浮力影响,应进行整体的抗浮计算及局部的抗浮计算,计算不满足时可采取抗浮桩或者抗浮锚杆等措施。同时,应考虑施工期间的基坑降水、坑壁围护、是否可能产生流砂或涌土等问题，并采取保护地基土不受扰动的措施。 对于具有侵蚀性的地下水，应采用抗侵蚀的水泥品种和相应的措施。
3、高层建筑基础的设计理论
高层建筑的上部结构具有很大的刚度，它和基础结构及地基三者实际上构成了一个共同作用的体系。然而长期以来，由于人们认识上的局限性以及计算手段的缺乏，在设计计算中往往人为地切割了各部分之间的联系，而把上部结构和基础结构作为两个独立的单元分别进行考虑，亦即首先把基础结构作为上部结构的固定支座，求得上部结构在荷载作用下的内力和基础结构固定处的反力，然后把该反力作用于弹性地基的基础上计算基础的内力。这种方法没有考虑上部结构与地基基础的共同作用，忽略了上部结构对基础的约束(亦即上部结构刚度的贡献)作用。它所导致的结果：
(1)基础弯矩和纵向弯曲过大，基础设计偏于保守。
(2)没有考虑基础实际存在的差异沉降对上部结构引起的次应力，在某些部位低估了上部结构的内力，从而使这些部位计算结果偏于不安全。
3.1上部结构的刚度对基础受力状况的影响
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。还应注意的是上部结构的刚度贡献也并不是无限。
3.2地基条件对基础的影响
基础受力状况还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。此外，外荷载的分布和性质、基础的相对柔度以及土的蠕变等涉及时间变化的效应等都会影响到界面条件。因此，应从完全光滑一直到完全粘着这两种极端情况之间来慎重估计界面摩擦的影响。
3.3上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法
上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结构和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。地基首先需确定采用何种地基模型：线弹性地基模型，非线弹性地基模型还是弹塑地基模型。然后建立地基的刚度矩阵。当然也可以采用有限单元法、有限差分法或解析法建立地基的刚度矩阵。但是习惯上用所谓的结构力学法来建立各种地基模型的柔度矩阵，然后求逆得到它们的刚度矩阵，与上部结构和基础的刚度矩阵耦合起来，从而求得地基反力和沉降。在共同作用分析中，可以根据实测结果把基础和上部结构的实际刚度进行共同作用分析，并考虑施工过程的影响，把结构荷载和刚度形成情况分别考虑来进行共同作用分析。
4、高层建筑基础设计存在的问题
4.1基础结构应具有必要的强度和刚度，以保证将高层建筑上部结构作用于基础顶面的巨大竖向、水平向荷载与力矩，可靠地传给地基土或桩顶。
4.2基础结构介于上部结构与地基土之间，其刚度大小及其在平面上的分布，对调整不均匀沉降、减少整体和局部挠曲至关重要。例如：多、高层建筑中，当采用条形基础不能满足上部结构对地基承载力和变形的要求，或当建筑物要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时，可采用筏型基础。筏型基础的平面尺寸，在地基土比较均匀的条件下，基底平面形心宜与上部结构竖向永久荷载的重心重合。当不重合时，在荷载效应准永久组合下，宜通过调整基底面积使偏心距符合要求。
4.3内力分析中，应尽可能考虑基础结构与上部结构和地基土的共同作用基础结构与上部结构和地基土三者之间的共同作用是客观存在的。当然，在实际工程设计中往往不可能都做到，特别是地基模型及其参数的选取，对共同作用的结果影响甚大;但在构造和配筋上反映对共同作用结果的考虑，是完全可能和必要的。例如：在同一大面积整体筏型基础上建有多幢高层和低层建筑时，筒体下筏板厚度和配筋宜按上部结构、基础与地基土的共同作用的基础变形和基底反力计算确定。带裙房的高层建筑下的大面积整体筏型基础，其主楼下筏板的整体挠度值不应大于0.5‰，主楼与相邻的裙房柱的差异沉降不应大于1‰，裙房柱间的差异沉降不应大于2‰。
5、结语
由于建筑物高耸，不仅竖向荷载大而集中，而且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。这就对基础的设计和施工提出了更高、更严的要求。