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Keywords: basic design; Structure optimization; Structure calculation; Select material; standard
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、引言
地基基础是建筑结构主要的组成部分，关系的到整个建筑结构安全性与经济性。安全性和经济性历来建筑工程中不可或缺的两个方面，为了安全性而不考虑经济性或者为了经济性而不顾及安全性都是不可取的。通过优化设计在建筑基础设计的安全性和经济性之间寻求一个合理的平衡点是结构基础设计的最终目的。
二、建筑基础设计优化
结构基础设计的优化首先从基础选型和布置开始，通过结构计算来验证基础方案的准确性和可行性，再根据规范和实际工程经验对建筑材料的选用进行合理的分析，使其得到充分的利用。
(一) 建筑基础方案选择
建筑基础的合理选型与布置是整个结构设计中的一个极其关键的部分。有时对于同一种场地地基有多种基础形式可供选用，而各种基础形式的工程造价和施工难度是不同的；即使是同一种基础形式，基础布置的不同也可能对工程造价产生巨大影响。所以在基础选型时，应充分考虑更方面的因素，权衡利弊，合理选择，优化决策。
1) 建筑基础方案的优选，首先要以准确的岩土工程勘察资料为依据。如场地工程地质条件、岩土物理力学性质、地基承载力、地下水位、场地土动力学参数等，这是基础方案安全合理的基础要素。通过对岩土工程勘察资料的分析，再综合上部结构的结构形式，能够确定合理的建筑基础的形式和布置。
2) 建筑基础的形式和布置确定后，应考虑基础与上部结构的相互作用。建筑结构设计常规的方法是将上部结构和基础二者作为彼此独立，离散的结构单元进行力学分析。实践表明，这种常规法计算得到的基底应力和基础沉降量往往与实测值差别很大。因此，基础问题的解决不宜单纯着眼于基础。另一方面，上部结构设计过程中，也应该注意由于地基沉降变形差异而引起的上部结构次应力，开裂等不良现象。故而，更应该把基础与上部结构视为一个统一的整体，从二者相互作用的概念出发来考虑基础方案。当然，基础与上部结构的相互作用分析相当复杂，合理的方法应该从二者之间满足静力平衡和变形协调两个条件出发进行分析，了解基础刚度变化对上部结构内力的影响，上部结构对基础变形的约束作用，以及采用不同地基计算模型可能在基础和上部结构中产生的差异。
(二) 基础结构计算
随着计算机技术在结构基础设计中的应用，基础设计得到了不断完善和发展，特别是在设计的精确性和可靠性方面显示出了独有的优势。但也应该看到，计算机结构设计程序是被动的计算过程，主要程序由计算机完成，计算中不免出现误差，故在结构计算中需注意：
1) 提高自主性而避免盲目依赖性。有时设计错误发生的原因是工程师过于依赖计算程序而导致。在依靠计算机计算过程中，工程师或设计员需提高计算的自主性，在设计中要对设计数据和计算结果进行反复的核对和审查，避免因计算机计算而导致的错误在实施中发生。特别是对基础几何尺寸、荷载数据的核对定要做到分毫不差。同时，在输入计算过程中，需要对数据的真实性进行分析后采用，切不可盲目。
2) 合理选用计算结果。在计算过程中，计算参数的不同选择会导致不同的计算结果，这些计算结果是否在结构基础设计中和实际情况相符合，这就需设计师结合实际施工而进行分析。
3) 注意实际结构和计算模型差异。计算程序通常是以各种假定和理想状态为前提的，而实际的结构承受力不可能达到理想状态，所做的假设在实际中也因外在因素的不断变化而发生变化，这就需要在结构基础设计从实际和结果对比中找到契合点，如果结果和实际不符，则需要进行重新计算。
(三) 提高材料的利用率
在整个结构基础中，要想让造价得到降低，在安全的基础上高效，还需要从用材的选择上进行分析，做到物尽其用，合理而充分。
在施工中，构件的不同受力点、工作环境和材料的力学特点不同将决定着材料的利用率。如在钢筋混凝土结构中，当柱子以受压为主时，就需根据材料的抗压性来进行选择，以高标号混凝土为主，减小构件截面，增加使用空间；因梁板受弯为主，在选材中则选用高强度钢筋，从而减少钢筋用量。此外还需注意钢筋混凝土结构中钢筋与混凝土强度的匹配度，以达到最大限度地发挥出材料性能的作用。
在实际的结构基础设计中因材料的选择利用不当而造成的浪费现象十分普遍，如在基础底板中因混凝土标号过高而造成混凝土不能发挥其应有作用，甚至为抵抗高强度的混凝土较大的收缩变形和满足最小配筋率要求，导致配筋量增加，造价提高等。
(四) 设计中对《规范》的正确理解和应用
《规范》是设计中的基础，是必须遵守的标准。在结构基础设计中，要达到安全而高效，就需要对《规范》进行研究学习并正确应用。一方面，要深度理解《规范》中的相关条文，以《规范》的要求为基本设计准则，根据具体设计对象、环境和构件的特点，参照工程安全性和经济性要求，进行设计。另一方面，对《规范》中的构造措施要给予足够的重视。因设计中很多工程师都过多注重计算机的计算结果而忽视了实际设计环境的分析，从而导致安全性和经济性受影响。以抗震性为例，因抗震计算只是一种近似方法，设计需建立在震害和总结基础上进行，故而对《规范》中的抗震设计原则和计算方法的遵循必须的，同时还要考虑抗震构造措施。
三、结语
基础工程的造价在整个建筑工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。因此在建筑基础设计过程中遵循合理选型、计算准确、材尽其用、符合规范的原则，对建筑基础设计进行合理、细致的优化，能够起到降低工程造价的作用。
参考文献：
[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S]
[2] JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]
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中图分类号：TU2 文献标识码： A 文章编号：
引言
随着国民经济的不断发展，建筑业作为我国的支柱产业亦得到了快速发展，并取得了巨大的成就及辉煌的成绩。新时代下，配合可持续发展的主题，住宅建筑强调构筑物与人文、环境及科技的和谐统一；必须由传统高效消耗型发展模式转向高效生态型发展模式。住宅的生态性，即是以绿色为基础，涵盖生态、环保等可持续发展原则的新理念。近年来，因住宅建筑基础设计不当，而导致墙体开裂、房屋倾斜甚至倒塌的事故时有发生，大家越来越关注住宅建筑美观的同时，也更加关心住宅建筑的结构设计及基础设计。
一．住宅建筑结构设计
住宅建筑结构设计是住宅建筑发挥使用功能的基础，需遵守住宅建筑的功能、美观、经济和环保四项基本要求。具体设计阶段包括四个部分：方案设计、结构分析、构件设计、绘施工图，基础设计在这四个阶段均需参与。一个满足安全、适用、经济、便于施工等原则的基础设计方案，是结构设计人员努力追求的目标。
二．住宅建筑的基础设计
1、基础设计的要求及类型选择
1.1 基础设计的要求
住宅建筑由于层数多，上部结构荷载很大，使其基础具有埋置深度大、材料用量多、施工周期长、工程造价高等特点。为此，住宅建筑基础设计时应满足以下几个方面的要求：
（1）基础的总沉降量和差异沉降量应满足规范规定的允许值；
（2）满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；
（3）地下结构满足建筑防水的要求；
（4）应综合考虑经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑土方、降水、施工条件和工期等因素。
1.2 基础类型的选择
住宅建筑基础的选型应根据上部结构、工程质地、抗震设防要求、施工条件、周围建筑物和环境条件等因素综合考虑确定，应选用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。
天然地基上的筏形基础比较经济，宜优先采用，必要时也可以采用箱型基础；当地质条件好、荷载较小且能满足地基承载力和变形的要求时，也可以采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力和变形不能满足设计要求上时，可采用桩基或其它合适的基础形式。
基础是否发生倾斜是住宅建筑是否安全的关键因素。住宅建筑由于质心高、荷载重，对基础底面一般难免有偏心，故在沉降过程中，建筑物总重量对基础底面形心将产生新的倾覆力矩增量，而此倾覆力矩增量又产生新的倾斜增量，倾斜可能随之增长，直至地基变形稳定为止。因此，为减少基础产生倾斜，应尽量使结构竖向荷载重心与基础底面形心相重合。在新《高层规程》规定中，删去了02规程中偏心距计算公式及其要求，并不是放松要求，而是因为实际工程平面形状复杂时，偏心距及其限值难以准确计算。
2、基础埋置深度的确定
住宅建筑必须有足够的埋置深度，这主要是因为一方面足够的埋置深度可以保证高层建筑在水平荷载（风荷载和地震力）作用下的地基稳定性，减少建筑物的整体倾斜；另一方面可以使地基的附加压力减小，提高地基的承载力，减少基础的沉降量，另外还有助于限制基础在水平荷载作用下的摆动，使基础的底面上反力分布趋于平衡。基础的埋置深度对房屋造价、施工技术措施、工期以及保障房屋正常使用等都有很大的影响，因此，基础设计时应根据实际情况选择一个合适的埋置深度。
基础的埋置深度指有效埋深，一般指自室外地面算起，天然地基算至基础底面的下皮标高，桩基础算至承台的下皮标高；当室外地面不等高时，应按照较低的一侧算起；当地下室周围无可靠侧限时，应从具有侧限的地面算起。《高层规程》规定，高层建筑基础的埋置深度，对天然地基或复合地基可取房屋高度的1/15；对桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计算在内）。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、稳定性要求及有可靠依据时，基础的埋置深度可适当减少。
3、主要的基础设计方法
住宅建筑常用的基础形式有筏形基础、桩形基础、箱型基础和交叉梁基础，本文由于篇幅有限，仅就其中应用十分广泛的筏形基础和桩形基础的设计方法简单介绍。
3.1筏形基础设计
3.1.1 筏形基础及其设计方法
筏形基础也称为片筏基础或筏式基础，是住宅建筑中常用的一种形式，它适用于住宅建筑地下部分用作商场、停车场、机房等大空间房屋的情况。筏形基础整体刚度大，能有效调节基底不均匀沉降，并有较好的防渗性能。
筏形基础可分为平板式和梁板式。平板式是一块厚度相等的钢筋混凝土平板，其厚度通常为1-2.5m，故混凝土用量大，但施工方便，建造速度快。梁板式的底板厚度较小，在两个方向上沿柱列布置有肋梁，以加强底板刚度，改善底板受力。
筏形基础的设计方法根据采用的假定条件不同可分为刚性板方法和弹性板方法两大类。当地基土比较均匀、上部结构刚度较好、平板式筏形基础的厚跨比或梁板式筏形基础的肋梁高跨比不小于1/6、柱间距及柱荷载的变化不超过20%时，高层住宅建筑的筏形基础可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法（即刚性板方法）进行计算。
3.1.2 筏形基础的配筋计算及构造
筏形基础的底板一般仅进行正截面承载力计算，肋梁应进行正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算。对平板式筏基，按柱上板带的正弯矩配置板内底部钢筋，按跨中板带的负弯矩配置板内上部钢筋。钢筋间距不应小于150mm，宜为200-300mm，受力钢筋直径不宜小于12mm。采用双向钢筋网片配置在板的顶面和底面。筏形基础的配筋除满足计算要求外，平板式筏形基础的底板和梁板式筏形基础的肋梁，其纵横方向的底部钢筋尚应有1/2―1/3贯通全跨，且其配筋率不应小于0.15%，顶部钢筋按计算配筋全部贯通。
筏形基础的混凝土强度等级不宜低于C30，垫层厚度通常取100mm。当有防水要求时，混凝土的抗渗等级按规范要求确定。当采用刚性防水方案时，同一建筑的基础应避免设置变形缝，可沿基础长度每隔30-40m留一道贯通顶板、底板及墙板的施工后浇带。
3.2 桩基础设计
3.2.1 桩基础及其类型
桩基础是住宅建筑中广泛采用的基础形式，适用于建筑上部结构荷载较大、地基在较深范围内为软弱土且采用人工地基不具备条件或不经济的情况。桩基础由承台和桩身两部分组成（如图3.1所示），承台承受上部结构传来的荷载，并把它分布到各根桩上。因此，在承受竖向荷载时，桩基础的作用是将上部结构的荷载通过桩尖传递到深层教坚硬的地基中，或通过桩身传递给桩身周围的地基中；对于水平荷载，主要是依靠承台侧面以及桩上段周围土体的挤压力来抵抗。
桩基础的分类方法比较多，按照桩的传力方式可分为摩擦型桩和端承型桩，按桩身材料的不同可分为混凝土桩、钢桩和组合材料桩。桩的类型选择应该根据上部结构、施工条件和经验、制桩材料供应条件等综合考虑，做到技术先进、经济合理，确保工程质量。
图3.1 桩基础示意图
3.2.2 桩的布置和承台构造
桩的布置至少应符合以下四个条件：
（1）等直径桩的中心距不应小于3倍桩横截面的边长或直径；扩底桩中心距不应小于扩底直径的1.5倍，且两个扩大头间的净距不宜小于1m。
（2）布桩时宜使各桩承台承载力合力点与相应竖向永久荷载合力作用点重合，并使桩基在水平力产生的力矩较大方向有较大的抵抗矩。
（3）平板式桩筏基础的桩宜布置在柱下或墙下，必要时可满堂布置，核心筒下可适当加密布桩；梁板式桩筏基础的桩宜布置在基础梁下或柱下。
（4）柱顶嵌入承台的长度，对大直径桩不宜小于100mm，对中小直径的桩不宜小于50mm，混凝土桩的桩顶纵筋应伸入承台内，其锚固长度应符合现行国家标准。
桩基承台是上部结构与桩之间相联系的结构部分，其平面形状有三角形、矩形、多边形和圆形等。桩基承台的构造，除要满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构的要求外，承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm；对于条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于75mm。承台的最小厚度不应小于300mm。
承台的配筋：对于矩形承台，其钢筋应按双向均匀通长布置，钢筋之间不宜小于10mm，间距不宜大于200mm；对于三桩承台，钢筋应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内；承台梁的主筋除满足计算要求外，还应符合混凝土结构设计规范关于最小配筋率的规定，纵筋直径不宜小于12mm，架立筋不宜小于10mm，箍筋直径不宜小于6mm。承台混凝土强度等级不应低于C20，纵向钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70mm，当有混凝土垫层时不应小于40mm。
三、结束语
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对住宅建筑结构设计也提出了更高的要求，对基础的设计也更加注重。总之，结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识，灵活的创新思维和严肃的工作态度，设计人员必须认真对待每一个基本构件的计算，做到知其所以然，不断学习先进的计算理论，加快高强、轻质、环保等新型建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济。
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一、前言
随着经济的发展和土地的减少，高层建筑也越来越普遍，越来越高。建筑师对外形的需求，出现了大量体型相对较复杂的建筑，写字楼、商场、酒店、住宅等一体综合建筑，由于使用功能的要求,同时需要大量的停车位,为解决足够的汽车停放位置，就必须设置地下停车库。也就形成了主、裙楼一体或主、裙楼很近的建筑。本文结合实际设计工程，就阿克苏地区某综合商业高层建筑基础设计为例，简要谈谈高层建筑基础的设计。
二、工程简介
2.1工程概况
本工程处于高烈度地区，抗震设防烈度8度，地震加速度0.20g，场地类别三类。地下室两层，地上24层，地上高度94米，五层以上立面收进，五层以上平面不规则。结构选型采用框架剪力墙结构。
2.2工程地质情况
根据岩土工程勘察报告，场地土层分布自上而下分别为：①杂填土层，厚度1.4m~2.1m；②粉土层，厚度17.1m~19.7m，地基承载力特征值为160KPa；③圆砾层，厚度未揭穿，地基承载力特征值为300KPa。
三、基础结构方案选择
本工程塔楼基础占地面积1576m2，塔楼总荷载重量为617792kN，即要求地基平均承载力为392kPa。基底标高-11.0m，基础持力层的地基承载力特征值仅仅为160KPa，显然天然地基不能满足实际需要的地基承载力的需求。地质勘察单位的地勘报告结合当地施工经验给出的方案是地基处理。本工程主楼层数较多，基底压力大，地基沉降量也大，裙房和地下车库层数较少，基底压力也相对较小，地基沉降量较小，主、裙楼的差异沉降也较大。对于高层建筑，变形往往起着决定性的控制作用。本工程基础设计中解决差异沉降是关键问题。
为避免沉降差造成房屋开裂甚至破坏，早期做法通常是在主、裙楼之间设置沉降缝来解决两者间的沉降差，并采用双柱或双墙等措施是结构完全断开，让沉降两侧结构自由沉降。主楼的沉降较大，为避免裙楼基础受到影响，采取如裙房不设地下室或减少裙房地下室层数以及增加主楼地下室的层数，是主楼基础仍有一定的埋置深度及侧向约束；考虑裙房基础避让，裙房基础远离主楼基础等，主楼和裙楼间沉降缝的设置给建筑布局也带来很大局限，双柱、双墙及裙楼悬挑也极不经济。尤其在高烈度地震地区，由于碰撞产生的震害往往比一些地下整体地上分缝的建筑震害大。在本工程中设置沉降缝是实际情况不允许的，只能不设沉降缝，从布置和技术措施上减少沉降差。
主要通过减小主楼沉降的同时加大裙楼沉降的技术措施，以达到减小差异沉降的目的。可选用的技术措施有：1）减小主楼沉降：采用压缩模量较高的中密以上砂类土或砂卵石作为基础持力层，其厚度一般不小于4m，并均匀且无软弱下卧层；主楼采用整体式基础，扩大基础底面面积，减小基底总压力，从而减小基底附加压力；主楼采用加固方法，适当提高地基承载力和减小沉降差；主楼可采用桩基础或复合地基。2）加大裙楼沉降：裙楼基础应尽可能控制底面积不致过大，采用整体性差，沉降量大的独立基础或条形基础；地下水位较高时，可采用独立基础加防水板或条形基础加防水板，防水板下应设置一定厚度的易压缩材料，使之避免因独立柱基或条形基础沉降时与防水板成为满堂底板；裙楼基础埋置深度小于主楼，使裙楼基础持力层土的压缩性高于主楼基础持力层的压缩性；裙楼与主楼采用不同的基础形式，主楼采用桩基础或复合地基，裙楼采用天然地基。
结合实际情况本工程最后确定方案为地基采用CFG复合地基，主楼提高地基承载力特征值至400KPa，裙楼及地下车库提高地基承载力特征值至250KPa。由于主楼层数较多，基底反力大，地基沉降量也大，决定主楼采用混凝土用量少，结构刚度大的梁板式筏形基础，裙楼层数较少，基底压力也相对较小，地基沉降量较小，并且其中的一个框架柱离主楼较近，裙楼采用条形基础，其余主、裙楼外扩地下室采用独立基础。
四、梁板式筏基的结构设计
4.1 筏板基础的平面布置
尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。筏基边缘宜外挑，挑出宽度应由地基条件、建筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定，一般情况下，挑出宽度为边跨柱距的1/4～1/3。
4.2梁板式筏基截面的确定
筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度确定，同时要满足抗渗要求，局部柱距及柱荷载较大时，可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切箍筋，来增加板的局部抗剪切能力，避免因少数柱而将整个筏板加厚。除强度验算控制外，还要求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏板的厚度按地面上楼层数估算，每层约需板厚50mm~80mm。本工程主楼地上24层，估算梁板式筏基梁截面900×2000，筏板厚度为900mm；由于板跨较大，在板跨中加设次梁。
4.3基础的内力分析
筏板基础的内力分析常用简化计算方法，其最基本的特点是将由上部结构、基础和地基3部分构成的一个完整的静力平衡体系，分割成3个部分，独立求解。倒楼盖法是应用得最广泛的一种简化计算方法。倒楼盖法适用于地基比较均匀、筏板基础和上部结构刚度相对较大、柱轴力及柱距相差不大；其缺点是完全不能考虑基础的整体作用，也无法计算挠曲变形，夸大上部结构刚度的影响。
上部结构、基础和地基三者的关系是相互影响、相互制约的关系。把上部结构、基础和地基三者作为一个共同工作的整体的计算方法，其最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调，整个体系符合静力平衡。对于基础，由于考虑了上部结构刚度的贡献，使其整体弯曲变形和内力减小，而取得较为经济的效果；对于上部结构，由于考虑了因基础变形引起的变形，这种变形将使上部结构产生次应力，考虑了这种次应力，结构将更安全。
本工程由于处理后的复合地基的地基承载力特征值的不同，基础形式的差别，在实际设计中对梁板式筏基、条形基础和独立基础分别分两次进行计算基础面积和配筋。
4.4后浇带设置
由于本工程结构长度超出规范要求，为减少混凝土强度产生过程中的收缩应力和消除在施工中产生的不均匀沉降，在主楼内部和裙房一侧设置用于控制收缩和沉降差的后浇带，因为收缩后浇带和沉降后浇带的封带时间不同，要根据实际工程的现场沉降实测值和计算的后期沉降差满足设计要求后，方可进行后浇带混凝土浇筑。
五、结语
高层建筑基础设计是整个结构设计的重要一环，其设计合理与否，关系到建筑物的安全和使用及施工工期和投资额度。本文通过工程实例，对高层建筑基础设计进行探讨，重点介绍了解决主、裙楼差异沉降的问题和根据场地条件来确定基础选型。
参考文献：
[1] JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.
[2]GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2011.
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建筑基础在建筑工程占有极其重要的地位，其设计质量的优劣对建筑工程的稳定性有巨大影响。随着经济的发展和人们物质生活水平的不断提高，建筑施工技术和建筑材料的不断更新和进步，人们对建筑物的功能要求也越来越高了，不仅要满足基本的使用功能，同时还要满足抗震等一些特殊的要求，这也就提高了人们对建筑物基础设计的要求。
1 建筑的基础设计需考虑的因素
高层建筑的基础设计对保证建筑物的正常使用和安全至关重要,是高层建筑结构设计的重要内容。高层建筑结构的基础应综合考虑地基土质情况、上部结构形式、有无抗震设防要求、场地环境和施工技术等因素。基础设计应根据建筑上部的结构类型、规模、荷载、整体刚度、对不均匀沉降的敏感性以及建筑下部工程地质条件、地层结构、各土层的物理力学性质、地基承载力、地下水位埋深与水质、当地冻深等因素因地制宜进行。当然，施工技术和施工材料等其他因素，也是全面考虑基础形式选择的条件。
2 地基基础方案的类型
基础是建筑物和地基之间的连接构件。这是建筑物以及构筑物的主要承重部分，所以基础的设计和选择是非常重要的。当建筑场地土质均匀、坚实、性质良好、地基承载力也适宜时，对于一般建筑，可将基础直接座在浅层天然土层上，称为天然地基上浅基础。以下有几种常用基础形式及适用情况。砌体结构通常采用的是刚性条形基础。有灰土条形基础、毛石混凝土条形基础以及四合土条形基础等。如果基础的宽度超过2.5m 时，也可采用柔性基础即钢筋混凝土扩展基础。框架结构、无地下室、地基土刚性比较强、上部荷载作用也比较小时，适宜选用单独的柱基，并且要设置一些柱基间拉梁来承担一层墙体，或者是采用钢筋混凝土条形基础来增强地基的稳定性。但在地基刚性比较弱、荷载的作用力也比较大时，为了有效的增强建筑的整体性，避免地基的不均匀沉降，则应该选择十字交叉梁条形基础。如果上述的基础强度仍不能满足建筑设计的要求，也可以选用梁筏基础。
框架结构、有地下室、上部结构对基础的不均匀沉降的要求比较严格而且对于基础的防水功能要求也比较高时，可选用梁筏基础。它对上部建筑物荷载大、地基软弱、地下防渗要求高的建筑具有明显的优势。高层建筑荷载大、高度大，按照地基稳定性的要求，基础埋置深度大，常采用箱形基础，这种基础由现浇的钢筋混凝土底板、顶板、纵横外墙与内隔墙组成箱形整体。它刚度大、整体性好，可利用箱形空间作为停车场、商场活动厅、储藏室、设备层等。
当建筑地基土层软弱，压缩性高，强度低，无法承受上部荷载时，需经过人工加固处理后作为地基，称为人工地基。一般采用的加固处理地基的方法，有机械压实法、强夯法、换土法、预压固结法、挤压法、振冲法、化学加固法等。当建筑地基上部土层软弱，设计天然地基浅基础不满足地基强度或变形要求，或是采用人工加固处理地基不经济或时间不允许时，可采用桩基础或深基础。当处于地震区高层建筑埋置深度不小于建筑物高度的1 /15，采用浅基础不能满足要求，也就只能用桩基础和深基础。
常用的深基础类型包括: 桩基础、大直径桩墩基础、沉井基础、地下连续墙、桩箱基础等等。此处将应用广泛的桩基础着重介绍。在建筑基础设计中，桩型的选择必须结合建筑物的实际使用要求、工程地质状况、上部结构类型、施工条件、荷载大小与分布情况、周围环境等因素，合理选择最为合适的桩型，从而保证设计方案更具可行性。
预制桩，其中包括: 预应力混凝土管桩、混凝土方形桩等，主要适宜持力层上覆盖为松软土层，没有坚硬的夹层，对密实的中间夹层或碎石土难以穿越，且不能穿越冻胀性质明显土层；持力层顶面的土质变化不大，桩长易于控制，减少截桩或多次接桩；水下桩基工程；工期比较紧的工程，因已在工厂预制，可缩短工期。常用的施工方法有: 锤击法、静压法等，在国内的建筑基础设计中得到了广泛的应用。
灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。对于淤泥、粘土、砂层、岩石等各种土层都适用，且能在水位以下施工，施工工艺也比较成熟，承载力大。对于多层、小高层等建筑，可以考虑用小直径的摩擦桩或摩擦端承桩，利用上部土层的桩侧及桩端阻力，单桩竖向承载力可达100t～300t左右。对于高层、超高层等建筑，可以考虑采用大直径的端承桩，穿过软弱土层并锚入基岩，以岩层作为持力层，单桩竖向承载力可达300t～1 000t左右甚至更高钢桩，其中主要包括: H型钢桩、钢管桩等，但是由于整体工程费用较为昂贵，一般工程中不宜采用。在建筑基础设计中，如果场地的硬持力层相对较深，如果采用超长摩擦桩、混凝土预制桩、灌注桩存在工艺或技术方面的难题，可考虑在设计方案中采用钢桩，其可以穿过较硬的土层、风化岩层。
3 建筑基础设计的注意事项
在建筑基础设计中，结合笔者的经验，总结了以下注意事项:
1) 基础设计中必须考虑建筑上部结构的荷载，以及基础与地基之间的共同作用，并采取有效的强化措施，以加强上部结构的实际刚度与强度；
2) 对于已经选定的建筑基础设计方案，应按照建筑物的基础设计等级，选择最具代表性的场地进行现场试验与测试，以检验各种设计参数与加固措施的实际效果，避免在施工中遇到各类问题；
3) 在建筑基础设计过程中，必须按照基础的承载力确定其面积及桩基埋深等，对于基础的承载力特征值等进行必要的修正；
4) 在符合规定的受力范围内，如果存在软弱下卧层的问题，必须经过认真的计算与试验，进行软弱下卧层承载力的验算，从而得出正确的设计方案；
5) 根据建筑物各部分结构荷载的差异，以及建筑物之间的施工顺序与联系方法等，在基础设计中应按照相关规范与地区经验，对于基础变形允许值及相关参数提出相应的设计要求；
6) 复合建筑基础设计中，应满足建筑物承载力与变形的基本要求，特别是在膨胀土、欠固结土、可液化土、湿陷性黄土等特殊地质条件下进行基础设计时，必须综合考虑土体的实际性质，选用适当的施工与强化工艺。
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文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2007)01．0085-02
收稿日期：2006-09-26
作者简介：晏文锋(1967－)，男(汉族)，湖南新化人，高级工程师。
1 前言
随着我国经济的高速发展，高层建筑在我国的工程建设中也越来越普遍，而高层建筑基础作为高层建筑结构体系的一个重要组成部分，也日益被业内人士所重视。这是因为高层建筑基础承担着将高层建筑上部结构的荷载传递给地基的重要作用，在设计时，应将高层建筑上部结构、基础与地基协同考虑。在地震区，凡是地基基础好的，建筑结构所受到的破坏就轻，危害就小，否则就破坏严重。在工程质量事故中，如果基础工程出现质量问题，补救起来相当困难，还会给工程造价和工期带来较大的影响。所以，在进行地基基础设计时，除了保证基础本身应具有足够的强度和刚度外，还应考虑地基的强度、稳定性及变形的要求，为使基础设计更合理，应综合考虑上部结构、基础和地基的共同作用。
高层建筑基础工程的重要性，还表现在基础工程在高层建筑的工程造价中占有较大的比重。基础工程所耗费的钢材、水泥用量多，施工难度大，一般情况下基础工程造价占土建工程总造价的20％左右，工期占土建工程的20-30％，当地质条件复杂时，其造价和工期所占的比重还会增加。因此，选择合理的基础形式与计算方法，是保证建筑结构安全，降低工程造价的一个有效措施。
高层建筑基础的重要性，还表现在基础形式的多样性和影响因素的复杂性。在一些地质条件差的地区，基础的设计与施工涉及面广，它不仅与上部结构和基础本身有关，还与地基土的性质、水文条件、周围环境等因素相关。基础工程在雨季施工时，也会给施工增加很多困难，还会造成一些局部的返工，土建工程拖延工期往往就和基础工程进度有关。因此，选择合理的基础形式对缩短施工工期也是具有重要意义的。
2 高层建筑基础选型的主要依据
在基础工程设计中，根据各地区不同的地质条件，选择合理的基础型式，是个关键问题。一般情况下应考虑以下条件：
2．1高层建筑基础首先应满足基础本身的强度要求，上部荷载分布应尽量均匀；
2．2基础应支承在较坚固或较均匀的地基上，应考虑持力层及其下卧层的整体稳定，同一栋建筑不宜采用多种不同类型的基础型式；
2．3高层建筑基础设计，应满足建筑物使用上的要求，例如人防要求、设置地下车库、地下酒吧、地下商场、地下餐厅等要求。
2．4高层建筑基础设计，应满足构造的要求，如高层建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心与结构竖向静荷载重心相重合，对偏心距的要求、沉降控制等；
2．5根据上部结构的不同结构形式(框架、框剪及剪力墙结构)选配合理的基础型式；
2．6高层建筑基础．一般埋置较深，因此，应考虑深基坑开挖及地下水抽排对周围建筑物的影响，以及地下水造成施工难度的增加和对工程质量的影响。
3 高层建筑基础选型时应考虑的因素
高层建筑基础设计比一般建筑基础要更复杂，总的来说，它具有荷载大、埋置深及要求严的特点，在选择基础型式时与建筑物的使用性质、上部结构类型、地质情况、抗震性能、对周围建筑物的影响及施工条件等有密切的关系。在一般情况下，在基础选型与设计时应考虑以下因素：
3．1当上部结构为框架结构、无地下室、地基较好、荷载较小、柱网分布较均匀时，可采用柱下独立基础。在抗震设防区，其纵横方向应设连系梁，连系梁可按柱垂直荷载的10％引起的拉力和压力分别验算；
3．2当上部结构为框架或剪力墙结构、无地下室、地基较差、荷载较大时，为了增加基础的整体性，减少不均匀沉降，可选用十字交又钢筋砼条形基础或桩基，如仍不能满足要求，又不采用桩基或其他人工地基时，可以选用筏基；
3．3当上部结构为框架或剪力墙结构、有地下室、上部结构对不均匀沉降限制较严、防水要求较高时，可选用箱基；
3．4当上部结构为框一剪结构、无地下室、地基条件较好时，可采用十字交叉钢筋砼条形基础或筏基；
3．5当上部结构为框一剪结构、有地下室、无特殊防水要求、柱网、荷载及开间分布比较均匀、地基较好时，可选用十字交叉刚性墙基础；
3．6筏基上柱荷载较小或中等、柱距较小且等距的情况下宜采用无梁筏板基础，当柱荷载相差大且柱距又较大时，宜采用梁板式筏基；
3．7当地基较差或很差时，采取上述各类型基础仍不能满足设计时，可选用桩基或其他有效的人工地基；
3．8高层建筑如遇下列情况，与深基础或其它人工地基相比较经济，且施工条件又可能时，可采用桩基；
3．8．1地基软弱，作为天然地基，其承载力或沉降量不能满足现行规范要求时；
3．8．2相邻建筑物之间相互影响，地基将形成过大的不均匀沉降时；
3．8．3对沉降有特殊要求时；
3．8．4限于现场既有建筑不允许开挖，又无其他施工手段时；
3．8．5土层变化较大、厚度不均匀或下卧基岩面起伏相差较大而将引起过大的不均匀沉降时；
3．8．6采用深埋天然地基，在经济上、施工条件上进行比较又不经济时。
4 岩土工程勘察在高层建筑基础选型与设计中的作用与要求
岩土工程地质条件是隐蔽、复杂和可变的，这种可变性既来自天然条件变化的影响、也来自人类活动的影响。可变的岩土特性和复杂的工程建设相互作用，可能引起各种后果。而设计与施工单位主要着眼于基础和上部结构的设计与施工，勘察单位则着重于了解和反映岩体和土体现有的特性，这就是多年来地基处理和基础工程浪费大而有时还难免出事故的根本原因。所以，每一项岩土工程任务，均带有相当程度的研究性质，搞得好可以给设计提供可靠依据、确保工程质量、缩短工期、节约建设资金，搞不好也可能浪费大量资金，甚至还可能导致工程事故，造成生命财产严重损失和生态环境的破坏。
虽然建设场地的地质条件在多数情况下是隐蔽的，但目前的工程勘察和技术手段，一般还只能做到相对的准确。例如，规范规定勘察钻孔的最小间距，地质剖面图上两钻孔之间的地层实际上是靠推断勾绘的，埋藏在土层以下的石灰岩层面起伏变化是无法绘出其真实情况的；岩石风化带的厚度也很难确定；卯砾石层密实程度和所含的砂与粘性土也是变化很大的。象将这样相对准确的地质资料提供给设计人员，设计人员也只能作出相对准确的地基处理与基础设计，在施工过程中不可避免的要根据地质条件的变化而修改设计。
如何使工程勘察更加准确地反映建设场地的工程地质条件，使勘察成果能给基础设计提供更可靠的计算参数和设计依据，那么在工程地质勘察时，应结合当地工程实践经验和建筑拟采用的基础型式，有针对性地提供相关资料。
4．1当考虑采用天然地基时应查明建筑物荷载影响范围内地基土的物理力学性质、土层分布、深度、厚度及均匀性，以及有无不良工程地质现象，如古河道、古池塘、坑道、土洞等，对地基的稳定性及承载力、变形指标等作出评价。对岩石残积土地区，还应划分出残积土中由岩脉分化成的相对软弱层。
4．2当考虑采用沉管灌注桩及预制桩时，应查明在桩基影响范围内各土层岩性、分布、深度、厚度，应提供标准贯入试验击数值，对花岗岩和下古生界的混合岩分布区，尚应着重查明残积土中的未风化球体及岩脉的存在，并提供各土层的承载力及桩周摩擦力。
4．3当考虑采用冲、钻、挖孔桩时，应查明建筑物范围内第四系地层与基岩的分布、埋深、厚度，并提供各土层的承载力及桩周摩擦力，应划分土层与岩层及各种风化带分界线，及岩层中有无断层构造带，并查明其产状及宽度、厚度。
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1 基础设计要点
任何建筑物基础设计前必须掌握足够的资料，这些资料包括两大部分: 一部分是地质资料，另一部分是有关上部结构资料。对这些资料的要求可根据需要而有所区别。对于高层建筑一般要求更详细的资料，在分析地质资料时应注意对地基类型进行判别并考虑可能发生的问题，要研究土层的分布，查明地下水及地面水的活动规律，调查拟建建筑物周围及地下的情况，在分析上部结构时应特别注意建筑物的重要性、建筑物体型的复杂程度和结构类型及其传力体系。任何一个成功的基础工程都必须能满足以下各项稳定性及变形要求:
1) 埋深应足以防止基础底面下的物质向侧面挤出，对单独基础及筏形基础尤为重要。
2) 埋深应在冻融及植物生长引起的季节性体积变化区以下。
3) 体系在抗倾覆、转动、滑动或防止土破坏( 抗剪强度破坏) 方面必须是安全的。
4) 体系对土中的有害物质所引起的锈蚀或腐蚀方面必须是安全的，在利用垃圾堆筑地时，这点尤为重要。
5) 体系应足以对付以后在场地或施工几何尺寸方面出现的某些变化，并在万一出现重大变化时能便于变更。
6) 从设置方法的角度看，基础应是经济的。
7) 地基总沉降量及沉降差应为基础构件和上部结构构件所容许。
8) 基础及其施工应符合环境保护标准的要求。
2 基础的选型
基础结构的形式很多。设计时应选择能适应上部结构使用、满足地基基础设计两项基本要求以及技术上合理的基础结构方案。作为整体结构之一的基础，其不可替代的功能决定了基础设计除需满足强度和上部结构的其他要求之外，还应满足上部结构对基础结构的强度、刚度和耐久性要求。合理选择基础形式是结构设计很重要的阶段，天然地基上的筏形基础比较经济，宜优先采用，另外依据地质勘察情况还可采用箱基、桩基或采取复合地基形式。基础是否发生倾斜是高层建筑是否安全的关键因素。高层建筑由于质心高、荷载大，对基础底面一般难免有偏心，故在沉降过程中，建筑物总重量对基础底面形心将产生新的倾覆力矩增量，而此倾覆力矩增量又产生新的倾斜增量，倾斜可能随之增长，直至地基变形稳定为止。因此，为减少基础产生倾斜，应尽量使结构竖向荷载重心与基础平面形心相重合，当偏心难以避免时，应对其偏心距加以限制。《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定，在地基土比较均匀的条件下，箱形基础、筏形基础的基础平面形心宜与上部结构竖向永久荷载重心重合。当不能重合时，偏心距 e 宜符合式( 1) 要求:e ≤ 0. 1W / A ( 1)式中 W―――与偏心距方向一致的基础底面边缘抵抗距，m3;A―――基础底面积，m2。
3 基础的埋深
高层建筑基础必须有足够的埋置深度，这主要是考虑了以下几方面的因素:
1) 增大基础埋深可保证高层建筑在水平荷载( 风和地震荷载) 作用下的地基稳定性，减少建筑的整体倾斜，防止倾覆和滑移，利用土的侧限形成嵌固条件，保证高层建筑的稳定。
2) 由于基础增大埋深，可使地基的附加压力减小，且地基承载力的深度修正也加大，则可以提高地基的设计承载力，减少基础的沉降量。
3) 增大基础埋深，可使地下室外墙与土体之间的摩擦力和被动土压力增大，从而限制了基础在水平荷载作用下的摆动，使基础底面上反力分布趋于平缓。
4) 地震作用下结构的动力效应与基础埋置深度关系较大，增大埋深，可使阻尼增大，结构的地震反应减小，而且土质越软，埋置深度越大，地震反应减小的越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。实测表明，有地下室的建筑地震反应可降低 20% ～30%。在确定基础埋深时，应结合建筑物的高度、体型并综合考虑地质条件及使用功能等条件的影响。基础埋深需满足如下规定:
1) 天然及复合地基，宜取1H/15( H 为房屋总高度) 。
2) 桩基础不计桩长，宜取1H/18。
3) 基础的埋深对房屋造价、施工技术措施、工期以及保证房屋正常使用等都有很大的影响。基础埋置太深，会增加房屋的造价; 而埋置太浅，通常又不能保证房屋的稳定性。因此，基础设计时应根据相关规范及实际情况选择一个合理的埋置深度。当基础直接搁置在基岩上时，在满足地基承载力、稳定性要求及其他要求的前提下，基础埋深可适当放松。当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。
4) 箱型基础的埋深还应考虑抗浮设计水位的影响。
4 高层建筑基础常用类型的选取及比较
1) 筏型基础。筏基是目前高层建筑中常见的一种基础形式。其选取条件如下: ①当基础持力层无法满足上部结构的容许变形及地基容许承载力要求时，采用筏基可以增大其基底面积从而提高基础承载力、减小基底变形; ②高层建筑在水平荷载( 如: 风荷载、地震荷载等) 的作用下，采取筏基可以提高整体结构的刚度和稳定。
2) 桩基础。桩基础是目前高层建筑中另一种常见的基础形式。其选取条件如下: ①当浅表土层地基承载力无法满足上部结构承载力要求，而符合承载力要求的持力层土层在较深处时，宜采用桩基; ②天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物，或者天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基础减少其沉降的影响，或在使用上、生产上对沉降量要求比较严格的高层建筑物。
3) 柱下独基。独立基础主要适用于小高层框架结构，当地基承载力较大，地基土性质分布均匀，柱间倾斜变形较小时采用。同时为增强整体结构及基础的刚度和稳定性，在纵横方向设置连系梁，连系梁按偏拉、压构件进行计算。
其他基础形式如箱形基础、十字交叉钢筋混凝土条形基础、桩筏基础等，可根据各种影响因素的具体情况，合理地进行选择。
5 基础设计的注意事项
随着经济的发展高层建筑的数量及其形式的多样化、复杂化也随之增长，这势必给高层建筑基础设计带来若干问题和困难，以下为基础设计中常见的几个问题。
1) 不重视地基基础的设计等级。 《地基规范》3. 0. 1条规定，根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征等条件，将地基基础的设计统一分为三个等级。而在 3. 0. 2 条规定，根据高层建筑地基基础的设计等级同时考虑地基变形( 在长期荷载作用下) 对上部结构的影响，地基基础设计
须满足如下要求: ①所有建筑物的地基承载力设计须满足要求; ②属于甲、乙级设计等级的建筑，应进行地基变形验算; ③属于丙级的建筑有 《地基规范》规定的 5 种情况
之一时，应作变形验算。
2) 抗浮设计时不区分实际情况即进行抗浮验算: ①抗浮验算时上部结构永久荷载须乘以分项系数，分项系数可根据 《荷载规范》或当地地区标准取值，验算建筑物抗浮能力应满足:建筑物永久荷载水浮力≥1. 0，其中，永久荷载取标准值，永久荷载与水浮力的分项系数按 《荷载规范》或参照 《北京细则》取值。②当结构基础设计需要采取抗浮措施时，应按工程具体情况区别对待。当高层建筑主体基础与裙房地下结构空间连成整体，均采用桩基，可采取抗拔桩来解决抗浮问题; 当主体与裙房地下结构空间未连成整体，采用天然地基会产生沉降差，则抗浮常采取配重( 配重材料通常采用素混凝土，重度大于等于 30kN/m3钢渣混凝土或砂石料) 的方法。
3) 设置地下室对基础设计与整体结构的影响不了解。①高层建筑设置地下室除了能增加建筑物的使用空间功能( 如作停车库、设备机房等) 外，还会对地基基础和地面以上的整体结构的受力性能有很大的贡献。地下室深基坑的开挖，对天然地基或复合地基的基础能起到很大的卸载和补偿作用，从而减少了地基的附加压力，增强了地基承载力的计算值。②地下室周边后期夯实的回填土对埋深较大的地下室外圈混凝土墙施加了被动土压力的同时，还对外圈挡土墙产生摩阻力，使基础的稳定性得以增强。同时使基础板底反力平缓分布。根据结构设计经验，通常将地下室埋置深度不小于高层建筑总高度的 1/11~1/9时，可不考虑由于偏压引起的整体倾覆问题。所以，对于高层建筑的基础设计，必须加强对地下室周边回填土的质量要求和控制，土回填越密实，抗剪强度越高，提供的被动土压力也就越大，对基础的稳定越有保证。
结语:
随着高层建筑在我国的日益普遍，高层建筑基础作为高层建筑结构体系中的重要组成部分必然受到设计人员的重视。论文就高层建筑基础设计的重要性和基础设计前的准备内容、基础选型、基础埋深及常见基础类型的适用条件进行简单的分析介绍，并对基础设计过程中容易误解和忽视的内容进行介绍、总结，避免设计人员在基础设计过程中出现类似问题。
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Key words: high-rise building;foundation design;optimization
中图分类号:TU72 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)24-0086-01
1高层建筑地基基础设计的主要依据和基本要求
1.1 主要依据高层建筑的地基基础设计受很多因素的影响,地面土质结构和地下的岩土成分等是外部的基本条件;建筑本身的层高、地下室层数和建筑的内部结构对地基的压迫程度是建筑自身对地基基础的限制条件;此外,相关的抗震要求等对基础设计提出了更高的要求。依据以上的各种因素,再结合工程设计的造价总体规划,对地基基础进行全面的科学评估,从而得出地基设计的基本数据。
1.2 基本要求与普通的多层建筑设计相比,由于影响高层建筑地基基础因素较多,所以设计过程中需要考虑的设计要求也相对复杂。地基的牢固性、建筑结构的稳定性与抗震性、地基竖向的承载力与横向的抗滑移、地基的沉降指数、地基土层的抗压能力和地基压力变形范围等,都是对地基基础设计的基本要求。因此,在地基基础设计过程中,不仅要考虑建筑外观设计概念上的要求,更重要的是地面条件和建筑本身结构对高层建筑提出的具体客观要求。随着现代模拟技术与勘测技术的不断成熟,为高层建筑设计提供了设计方案反复模拟、修改的便利条件和可靠的数据,以满足高层建筑最基本的安全性要求。
2高层建筑地基基础计算的模型
根据我国城市地质的分布情况,很多软土、湿陷性黄土和液化土很多都穿插在城市建设带上,从而在客观条件上对高层建筑的基础设计提出了更高的要求和难题。尤其在高层建筑设计规范还没有形成统一的情况下,加上结构工程师水平的差异与计算模型的多样化,很难凭借个人的经验和能力做出地质参数的精确计算,使得地基基础的计算质量受到较大的影响。
就目前高层建筑地基基础计算的模型工具来看,文克尔模型与弹性半无限体模型是最常用的两种计算模型。前者针对基底反力与变形的线性关系,进行系数计算,工程师接受度较高。后者将地基视为弹性连续介质,考虑到图的扩散能力,但由于计算相对复杂,在实际应用上受到了一定的限制。但需要提出的是在通常情况下,尽管地基受到重力荷载的影响仍可以被视作弹性匀质体,但对于特殊的软土质结构,在建筑上部的荷载压力下,地基会产生一定的变形,不适合再按照静态来分析受力状况。上述的两种计算模型显然都具有不足之处,不能够承担科学合理的计算要求,为此,新计算模型的研究和开发是解决现阶段地基基础计算偏差的主要手段,经过大量的实践与反复论证,弦线模量法更适合地基变形与黄土的湿陷计算,是目前设计师普遍认可的特殊土质上的高层建筑地基基础计算模型。
3高层建筑地基基础方案的优选
3.1 沉降缝的设置沉降缝是为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝称为沉降缝。当建筑物建造在不同土质的地基上,或建筑物相邻部分的高度、荷载和结构形式差别较大时,为了防止建筑物出现不均匀沉降引起错动或开裂,通常在差异处设施垂直缝隙,将建筑物分割成若干个独立单元。但高层建筑的工程实践效果表明,高层建筑基础却不适合设置沉降缝。沉降缝的设置将对地下室在土层中的嵌固作用产生一定的影响,再加上高层建筑本身对地下室的结构压力,会使建筑的地基基础设计更加复杂,并造成额外的压力负担,不利于高层建筑的稳定性。
3.2 高层建筑地下空间的利用高层建筑一般需要相应的地下深埋基础,经过精确的地质勘测和基础设计计算后,才能确定地下深埋的程度。对地下空间的利用,可以提高基础工程的利用率和提高建筑整体的收益效果和使用功能。城市的现代化加速了私家车的购买力增长,地面空间已经越不能够解决车辆的停放需求,地下停车场的开发和使用,不但解决了城市建设问题也提高了高层建筑地下空间的利用率。此外根据地下土质结构的特点,还可以将地下空间用来安置人防设施和建筑内部的机房等。对地下空间的合理利用是高层建筑价值增值的有效手段之一。
3.3 高层建筑基础方案的优化选择考虑到城市所在地区的地质状况的不同,各城市高层建筑的地基承载力也存在着差异,因此基础设计的方案也不尽相同。基础设计方式如何选择,就需要根据实地的需要来决定,例如上海、天津等地质条件较差的地区高层建筑多采用造价高昂的桩筏,而北京、广州等地质条件稍好的地区高层建筑多选用相对经济些的筏基。当然,在地基条件较好的山区如重庆,甚至高层建筑可以采用很经济的独立基础。可见,地质条件很大程度上决定了建筑基础的方案。现代的计算机模拟技术可以提供高层建筑多个设计方案的模拟结果,从而使设计师可以从中选择最优方案。
基础方案的优选,无论是经济效益还是社会效益都是相当显著的。
4结语
高层建筑地基基础方案的优化,首先要以精确的地质勘查数据为基础,地质状况是决定高层建筑地基的主要因素,其次,要考虑建筑结构本身的承载力要求,建筑的竖向压力对地基产生的影响等。对同一建筑来讲,不同的地基选择代表着不同的工程造价标准,要在满足高层建筑安全性和稳定性的条件下,甄选适合造价预算的最优地基基础设计,从而获得较高的经济效益。因此,一个优化的地基基础设计方案,要具有高度的可靠性和科学性,从技术的支持到材料的使用的考虑都要面面俱到。在吸取其他高层建筑成功设计的基础上,也要总结经验和教训,不断完善现有的地基基础设计方法,满足不算增长的高层建筑复杂的地基设计需求。
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我国西南部地区，如云贵川渝等地，为多山地带，较多建筑选址在山坡或是山顶。由于其地形、地貌、工程地质条件的复杂性，以及周边园林、景观等相关专业的要求，给山地建筑的基础设计带来了不同程度的困难，本文依据工程实例介绍山地建筑基础设计中的一些经验。
2.工程概况
古滇王宫项目位于云南省昆明市晋宁县，基地位于红山山顶。项目整体占地面积约为6万平方米，总建筑面积则约为2.05万平方米，属仿古建筑，南北方向长度约为300m，东西跨度为200m。按建筑布置为中央大殿，四周围环绕厢房、角楼及回廊，东南西北四个方向各设置一个山门，并沿整个建筑的外轮廓线设置仿古城墙。其中除大殿为2层的高层建筑外，其余均为1～2层的多层建筑。
3.地质条件
3.1 现场地形
拟建场地处于红山山顶，属于低中山剥蚀地貌单元，山体整体呈浑圆状，中间高、四周低，地形起伏较大，最低点高程为1909.00m，最高点高程为1963.37m（场地红山山顶），最大高差为54.37m。建筑±0.000相当于绝对标高1959.050m，建造时将该标高以上山体削平以获得施工平台，如图3.1所示。四周山体整体坡度在20度～25度之间，局部坡脚地段因人工取土开挖，形成高约5～12m的陡坎，现状稳定。建筑主体部分（大殿、角楼、山门及厢房地段）局部位于山坡上，现状高程为1941.05～1964.53m，其中以西南厢房南端的高程最低，为1941.05m，距离建筑要求的室外地坪标高的最大高差约18m。
图3.1 建筑平面布置
3.2 土层分布
4.基础设计
4.1 基础选型
一般的山地建筑常见的基础形式多为天然基础或人工挖孔桩基础[1]。本项目上部结构以多层为主，自重较轻；山体为风化岩石，坡度较缓（约1：2.5），本着依山就势、因地制宜的设计原则，初选时按天然基础设计，局部落脚在坡地上的基础，落差每增加5m设置一层框架梁，在建筑的一层楼板以下，形成分层退台的形式，最深处设置三层框架梁，四周城墙按维护墙设计，不必设置挡土墙。如此，可以避免大规模的填方量以及回填土边界线位置的超高挡土墙建造，相对于增加的2～3层梁架来说，回填土+挡土墙的方案成本要增加很多。后期景观专业介入后，对城墙根部的标高统一为1951.0m。这样使得西南区厢房处于填方区，局部填方厚度最大可达12m，造成天然基础埋深过深，地基承载力不能满足要求。考虑到山坡场地倾斜，不具备大型机械操作平台，故选用填方区采用人工挖孔桩基础，桩基承载力计算时考虑回填土的负摩阻力影响[2]。综上，最终确定为天然基础+人工挖孔桩的混合基础形式。在持力层选择问题上，为了保证相邻基础沉降差满足规范要求，天然基础持力层和桩端持力层选为同一层，即3-1层全风化玄武岩。
4.2 基础设计
山地建筑的因其基底标高不同的天然条件，大致有吊层、吊脚、错层、错台几种形式。本建筑平面尺度较大（处于山坡区域的长度约有100m），故选择分层退台的方式来处理基础落差。按照基底山体坡度，共分成三阶台地，基底分别是-2.0m、-5.0m、-9.0m。其中第三阶台地标高为-9.0m，接近景观专业要求的回填后的地坪标高，持力层位于该标高以下的基础，采用桩基，桩顶标高-9.1m。天然基础与桩基础之间设置拉结系梁，共同抵抗水平作用-风荷载和地震。
4.3 沉降差
同一栋建筑采取天然和人工两种基础形式，其沉降差异应满足规范对地基变形允许值的相关规定。本文按分层总和法分别估算各柱基的沉降值。经过计算，天然独立基础的计算沉降值在85～105mm之间波动，桩基的沉降计算值在90～96mm之间波动，满足规范对绝对沉降量200mm限值的要求；相邻基础之间的沉降差值约为5～10mm，满足规范对相邻柱基沉降差不大于柱距2‰的限值的要求。
图4.1基础平面布置（局部）
5.结语
（1）山地建筑因其选址的特殊性，地质条件相对复杂，持力层埋藏深浅不一，前期地勘工作需尽量详实，对地形复杂的局部区域应加密孔点，以达到对工程地质情况全面、充分的揭示。
（2）一般的山地建筑将和周边道路、景观设计相互联系，基础选型和持力层选择时可能会受到上述专业的影响。因此在基础方案设计时应同相关专业对接，做好协调工作。
（3）建筑平面尺度较大时，如山地坡度较为平缓，可依山就势首选分层退台的方案进行基础布置，以避免较大的填方量及相应的挡墙建造，获得较好的经济性。
（4）填方地区可采用人工挖孔桩基础，并同天然基础部分设置沉降缝[3]；如受建筑影响不能分缝，应尽量使桩端和天然基础基底处于相同的持力层，并设置沉降后浇带，以减小沉降差异。
【参考文献】
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引言：基础是整个建筑工程的重要部分，其重要性在结构、占比、造价、工时上有着全面的体现，是建筑设计、建设和施工单位高度重视的关键部位和环节。超高层建筑基础设计工作中只有通过全面了解情况、优化基础选型、全面科学计算等工作才能够确保超高层建筑基础的安全性和功能，同时确保超高层建筑基础工程造价的可控和降低。在超高层建筑基础实际的设计工作中要对基础选型影响因素进行控制，坚持基础选型的原则，通过对超高层建筑框架结构、箱(筏)和桩箱(筏)种类基础的有效设计和全面控制，实现超高层建筑基础设计的目标，促进超高层建筑基础功能的完善，真正完成超高层建筑基础设计的系统性、全面性的目标。
一、超高层建筑结构设计原则
（1）选择适合的基础方案
应该根据工程的上部载荷分布和结构类型，地质条件，施工条件以及相邻的建筑物影响等各种因素进行综合性分析，选择既合理又经济的方案，必要时要进行地基变形演算，在进行设计时要最大限度地发挥地基的潜力。在进行基础设计时，应该参考临近建筑资料和进行现场查看，要有详细的地质勘查报告，一般情况下，在一个结构单元内部适合用两种不同的类型。
（2）对计算结构进行正确分析
高层建筑结构设计普遍运用计算机技术，但是，往往不同的软件会得出不同的计算结果。所以，对于程序的适用条件、范围等设计师应该进行全面的了解。因为软件本身有缺陷、人工输入有误或者程序与结构的实际情况不相符合，在计算机辅助设计时，都会造成错误的计算结果，所以，在拿到电算结构时要求结构工程师要慎重校对，认真进行分析，做出合理的判断。
（3）选用适当的计算简图
.为了保证结构的安全，在选择计算简图时要选择适当的计算简图。如果计算简图选用不当，则会造成结构安全隐患，要有相应的构造措施来保证计算简图。为了减少计算简图的误差，实际结构的节点应该保证在设计所允许的范围之内，因为其不能是纯粹的刚结点。
（4）采取相应的构造措施
强剪弱弯、强柱弱梁、强压若拉、. 强节点弱构件、.注意构件的延性性能原则是在结构设计中要始终牢记的。要注意钢筋的锚固长度，特别是钢筋执行段锚固的长度。要加强薄弱部位，考虑温度应力的影响。
（5）合理选择结构方案
要选择一个切实可行的结构体系与结构形式，一个经济合理的结构方案是一个合理设计的保证。结构体系应该传力简捷，受力明确。地震区应力求平面和竖向规则，同一结构单元不宜混用不同结构体系。总之，必须综合分析工程的材料、施工条件、设计要求、地理环境等，并且要与水、电、建筑等专业进行充分的协商，以此为基础确定结构方案，为结构选型，最好进行多方案比较后选用较为优秀的.
二、超高层建筑基础选型工作的要点
2.1超高层建筑基础选型的影响因素
2.1.1超高层建筑上部结构对基础选型的影响
上部结构对超高层建筑基础类型、深度、浮力等参数存在着直接的影响，由于上部结构种类的不同，会引起超高层建筑基础荷载大小和分布的不同，要在设计超高层建筑基础予以注意。同时，不同类型的超高层建筑上部结构会因自身的类型不同而产生不同的沉降幅度和变形幅度，因此，带来超高层建筑基础形式上的不同。地下室的种类和形状也会对基础选型有一定影响，要在设计超高层建筑基础时做以重点考量。
2.1.2地质条件对超高层建筑基础选型的影响
地质条件中两项情况对超高层建筑基础选型影响最为显著，一是，地基持力层情况，持力层是承受超高层建筑基础负荷的土层，要根据持力层承载能力大小和压缩模量变化幅度选择超高层建筑基础类型；二是，穿越土层基本状况，应该根据土层中地下水影响和桩基穿越能力的大小选择超高层建筑基础的类型。
2.1.3周围环境因素对超高层建筑基础选型的影响
一是，超高层建筑施工的振动和噪声要对基础带来各种影响，因此需要对此加以控制和预防，以便超高层建筑基础能够持久、稳定和安全。二是，超高层建筑施工中的空间因素也会给基础类型带来一定的影响，要选择既利于施工有利于稳定的超高层建筑基础类型。三是，超高层建筑施工中挤土效应，超高层建筑基础桩基的入土和挤土会产生挤土效益，这会对周边建筑和地下管网造成影响，应该从最小影响原则出发，优先选择挤土效应最小的桩基方式进行超高层建筑基础施工。
2.1.4超高层建筑基础桩种类的影响
不同种类的基础桩有着不同的尺寸，应该从持力层性质、安全性要求、超高层建筑负荷等主要方面确定基础桩的类型和规格，使其满足超高层建筑总体施工建设的需要。
2.1.5超高层建筑基础施工的工期
工期是设计超高层建筑基础类型的重要参考参数，要在确保超高层建筑基础施工速度、施工质量和施工效益的基础上形成最为科学的施工
工期，实现超高层建筑总体价值的全面兼顾。
2.2超高层建筑基础选型的基本原则
超高层建筑基础选型应该坚持的原则有：一是，多样式原则，超高层建筑基础设计单位应该全面掌握各种超高层建筑基础类型，并有针对性地选择社会和综合价值较高的超高层建筑基础类型。二是，经济性原则，超高层建筑基础设计要追求最佳的经济效益，因此，设计超高层建筑基础时要考虑到成本控制、施工进度的重要因素，全面提高超高层建筑基础设计和施工的经济性。三是，总体优化原则，超高层建筑基础设计单位要对各种设计综合起来，将各种设计的优势集中起来，形成优化的超高层建筑基础设计，以实现超高层建筑建设的基本目标。
三、超高层建筑基础设计的方法
当前超高层建筑基础设计采用上部结构与地基、基础共同作用的分析方法,这种方法中地基、基础、上部结构之间同时满足接触点的静力平衡以及接触点的变形协调两个条件,即将上部结构、基础和地基三者看成是一个彼此协调的整体。这种从整体上进行相互作用的分析方法难度较大,计算量庞大,对计算机的性能及存储量要求较高,只在较复杂或大型基础设计时,按目前可行的方法考虑地基-基础-上部结构的相互作用。共同作用分析方法的进步之处仅在于它考虑了上部结构的刚度，这一优势是传统设计方式所不具备的。
四、做好超高层建筑基础设计的要点
1框架结构基础设计的要点
在超高层框架结构基础设计时,基础宜柔不宜刚;若地基土为高压缩性,则基础宜刚;当采用桩基时,可考虑采用变刚度布桩的方式(如改变基础中部桩径或桩长、加密中部布桩),以调整地基或桩基的竖向支承刚度,使差异沉降减到最小,从而减小基础或承台的内力。
2箱(筏)基础设计的要点
对超高层建筑箱(筏)基础设计时,考虑上部结构参与工作有利于降低箱基的整体弯曲应力。建议采用共同工作整体分析进行计算,这样算得的整体弯曲箱基底板钢筋应力才比较符合实际;另外,共同作用使得上部结构下面几层边柱(墙)出现较大内力,采用常规设计方法时应提高边柱(边墙)的内力。
3桩箱(筏)基础设计的要点
超高层建筑桩箱(筏)基础上部荷载满布，可采用变刚度布桩的方式,调整桩基的竖向支承刚度,从而调整桩顶反力分布;若考虑利用桩间土分担上部荷载,充分发挥箱(筏)底桩间土的承载力,可适当增加基础中部桩的间距;另外,若上部结构为剪力墙,则桩宜沿剪力墙轴线布置,这样与
满堂布桩相比可以大大减小底板的厚度。
参考文献
[1]姜海菊.江浙地区超高层建筑基础的选型与优化设计――以某超高层住宅楼工程为例[J].建筑,2011(08)
[2]王荣彦,徐玲俊,张亚敏.郑州东区超高层建筑基础选型探讨[J].岩土工程界,2005(12)
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Key words: high-rise building; foundation design; problems; countermeasures
中图分类号: TU972文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
随着经济的快速发展，全国大中型城市的高层建筑迅速增多，高层建筑基础设计也越来越成为建筑工程师的重要工作内容。近年来，随着许多新的设计规范、规程的相继颁布，新旧规范、规程有许多内容不同，再加上工程设计中一些特殊的问题，难以应用规范进行处理，在高层建筑基础设计过程中经常出现一些遗漏或错误。
1 高层建筑基础设计存在的问题
1.1 基础选型
基础方案选择时要使多个目标的要求都能较好的得到满足,并能对性能目标进行优化,即在满足经济技术性能要求的基础上,还要对施工性能及其与周边环境、上部结构、地震性质与基坑支护等的适应性等方面的性能进行考虑,同时,,非线性的相互作用甚至矛盾性的特征存在于许多的性能目标之间,首先要考虑主要问题兼顾协调次要性能是选型优化应遵循的原则,如果过分强调主要问题而忽视次要性能,性能的优化也很难实现。
扩展了地基处理技术与工程基础的内涵和外延后,地基处理方案的相互融合成为了一种趋势,对深基础的特点进行了吸收,拓宽与延伸了其适用范围和处理深度,从而可能对各类地基进行处理。地基基础的艰险程度随着地基基础技术的发展、地基处理方案和有关基础形式的相互渗透越来越模糊化,实际工程中出现了一些包括复合桩筏(箱)基础、复合桩基在内的性能优良的地基与基础融合体。
1.2 主、裙楼基础的处理
因建筑功能的要求层数较低的裙房会建在高层建筑主楼旁,在有的情况下沉降缝可以不予设置,比如通过计算确定差异沉降产生的基础及上部结构的内力与配筋,还有就是二者基础的沉降差在采取有效措施后控制在了允许范围内。如果主、裙楼层数的差额大于10层,那么地基基础设计的等级应为甲级,地基变形设计与变形验算也要根据具体的规范要求来操作。如果沉降缝要设置,依据地基土质情况主楼与裙房的基础埋深要有一般不低于2m的高差,钢筋混凝土墙要设置在沉降缝两侧,拆模板、防水层操作会影响缝隙宽度,要进行考虑,为了使高层主楼地下室产生侧向约束力,应用粗砂填实缝隙内室外地面以下的部分。
当筏板基础应用于主楼,独立基础或桩基础应用于裙楼基础时,可以把相邻处裙房的柱基置于筏板的上方,并要验算筏板的抗冲切力。在一定程度上,基坑开挖会受到基础埋深差异的影响,基础施工应按照先主楼后裙楼的次序进行。扰动了裙楼下地基土,在设计时可把受到扰动的地基土清除掉,还要填至设计标高,填充料为C15素混凝土,这样才可以开始裙房基础的施工。一旦主、裙楼基础施工完毕,就要及时采取回填措施,还要注意回填土的压实情况,压实系数要在0.94以上。
1.3 地基基础的计算
地基基础计算时需对岩土工程勘察报告中提供的天然地基承载力特征值进行修正,目前主裙楼一体的结构在建筑工程中大量存在,在修正其主体结构地基承载力时,应把基础底面以上范围内的荷载看作为基础两侧的超载,当超载宽度是基础宽度的两倍以上时,可通过换算为土层厚度的方式把超载变为基础埋深,基础两侧超载不一定相同,如不等取小值。当连成一体筏形基础的裙房分布在多高层主楼周围时,可取裙房基础底面以上所有竖向荷载(不计活载)标准值与土的重度之比作为基础埋置深度。
2 使用JCCAD软件进行高层建筑基础设计
2.1 地质资料的输入
建筑物周围场地地基状况的描述指的就是地质资料,其也可为基础设计提供重要信息。若要进行沉降计算,在JCCAD中输入地质资料是首先要做的,[结构物±0.000对应的地质次料标高]在地质资料输入中是一个重要的参数,可这样理解这个参数:可以按两种方法输入地质资料中的标高,与上部结构模型一致的坐标系或地质报告提供的绝对高程。若选择前者,地质资料输入中的所有标高都要按与上部结构模型一致的设计标高输入即把地质报告中的绝对高程数值进行换算;若选择后者,地质资料输入中的所有标高都要按绝对高程输入即把与上部结构模型一致的设计标高进行换算;无论选择前者还是后者,上部结构模型中的标高与基础交互输入中所有的标高在系统中应该是相同的。
2.2 地基承载力校核
《地基规范》第5.2.1条指出:基础底面的压力,在轴心荷载作用的情况下,Pk≤fa(其中Pk为相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值,fa为修正后的地基承载力特证值);Pk=(Fk+Gk)/A(其中Fk为相应于角载效应标准组合时,上部结构传至基础顶面的竖向力值,Gk为基础自重和基础上的土重,A为基础底面面积)。
应注意在做基础设计时满足规范上述规定是必要的。在不符合的情况下,可以采取提高地基承载力与增大基底面积两种措施。同时对于《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2002第12.1.6条的规定也是要考虑的:如果高层建筑的高度与宽度的比值没有超过4,基础底面与地基之间可以出现零应力区,但其面积应控制在基础底面面积15％以内;如果高层建筑的高度与宽度的比值大于4,就要避免基础底面零应力区的出现。主楼与质量偏心较大的裙楼要分开计算。设计人员应以[重心校核]输出的最大及最小基底反力为依据,把基础平面的尺寸调整到合理的范围内。
2.3 主体偏心距e的验算
《地基规范》第8.4.2条指出:筏形基础的平面尺寸,在地基比较均匀的条件下,基底平面形心要与结构竖向永久荷载重心重合。在不能重合的情况下,在荷载效应准永久组合下,偏心距e应不大于0.1W/A(其中W为偏心距方向一致的基础底面边缘抵抗矩,A为基础底面积)。
质心高,荷载重是高层建筑楼身的特点,如筏形等整体式基础不保持原来的状态而产生倾斜,基础底面形心将受到建筑物总重的作用而产生新的倾覆力矩增量,随着时间的增加倾斜可能会增长,地基变形稳定后才会停止。为对基础在永久荷载作用下的倾斜进行控制,对于单栋建筑的筏形等整体式基础要求控制偏心距的要求在规范8.4节高层建筑筏形基础中要详细的表述,建议当高层建筑采用如桩承台这样的非整体式基础时也要控制偏心距,基础底板布置在比值e/(0.1w/A)小于1时就不用调整了,反之,基础底板布置在比值e/(0.1W/A)大于1时必须调整。筏板基础正下方所提供的总竖向荷载(含基础自重)作用点坐标(X,Y)和筏板形心坐标(X,Y)是我们调整底板布置是的重要依据。在e/(0.1W/A)大于1时,两者坐标的差异往往会比较大并且Y向坐标是问题的关键,这时需对筏板外挑尺寸进行修正,主要是通过“修改板边”菜单来完成,从而大大缩小两坐标的差异,最终使e/(0.1W/A)小于1。
3 结束语
在我国经济快速发展的形势下,我国的工程建设中的高层建筑变的越来越普遍,同时业内人士也对高层建筑基础这一高层建筑结构体系的关键组成部分越来越重视。
参考文献：
[1] 赵建宁.高层建筑基础设计的几点体会[J].甘肃科技,2009(11).
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1.1 高层基础如果设计方法不对或者选型不当，将严重影响建筑物的安全性。不恰当的基础设计，可能因承载力不足引起建筑物的不均匀沉降，导致建筑物开裂或倾斜，引起难以修复的工程质量问题。
1.2 选择合理的基础形式是降低工程造价的一个有效措施。基础工程在建筑工程造价中占有很大的比重，通常情况下可以达到25%左右，在结构复杂或者地质情况复杂时，所占比重还会有所增加。因此，选择合理的基础形式能够有效降低工程造价。
1.3 合理选择基础形式对缩短施工工期具有重要意义。据统计，基础工程的施工工期可以占到土建工程工期的30%左右，因此正确选择合理的基础形式对节省施工工期有很大的意义。
2 高层建筑基础设计分析方法
经过工程技术人员多年的实践与研究，高层建筑地基、基础共同作用的事实已被人们所认同。目前,最理想的分析方法是上部结构与地基、基础共同作用的分析方法。在这种方法中，地基、基础、上部结构之间，同时满足接触点的静力平衡和接触点的变形协调两个条件，即将上部结构、基础和地基三者看成是一个彼此协调的整体进行分析。
3 高层建筑基础选型
3.1 基础选型的依据。在一般情况下，高层建筑基础设计选型时应考虑以下因素的影响：
①地质条件的影响。地质条件是影响高层基础选型的一个非常重要因素，虽然建设场地的地质条件在多数情况下是隐蔽的、复杂的和可变的，但目前的工程勘察和技术手段，一般能做到相对的准确。作为设计人员，对提供的地质资料要能够进行准确分析和正确判断，进而能够合理地进行基础设计，并在施工过程中根据具体的地质条件变化修改设计。②上部建筑结构形式的影响。不同的上部结构，对地基不均匀沉降的敏感程度也不相同，对地基不均匀沉降越敏感的上部结构，则应选择刚度较大的基础形式。因此要根据上部结构的不同结构形式(框架、框架剪力墙、剪力墙结构等)选配合理的基础型式。③要根据建筑结构的特点，荷载大小，建筑物层数，高度、跨度大小等因素来选择最佳的基础形式。④高层建筑基础设计应满足建筑物使用上的具体要求。
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高层建筑由于具有层数多，高度大，重量大等特点，所以其竖向荷载大而集中，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。这就对基础的设计提出了更高、更严的要求。本文主要就高层建筑结构基础设计要点进行论述。
一、高层建筑基础设计影响要素分析
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。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，结果导致基础弯矩和纵向弯曲过大，基础设计偏于保守。
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 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。
1.3 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。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；如图（a）所示；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，如图（b）所示。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，如图（c）所示；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。
图a） 图b） 图c）
1.3 上部结构与基础和地基共同作用的概念
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。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。
二、高层建筑基础设计共同作用理念的应用
对上部结构、基础与地基共同作用的理论进行高层建筑的基础设计，能够比较真实地反映其实际工作状态，此外，还可以利用共同作用理论提高和改善高层建筑基础设计的水平和质量，取得更大的经济效果。具体来说，可从下面几方面入手：
（1）有效地利用上部结构的刚度，使基础的结构尺寸减小到最小程度。例如，把上部结构与基础作为一个整体来考虑，箱形基础高度可大为减小；当上部结构为剪力墙体系时，有可能将箱形改为筏基。应注意的是，上部结构的刚度是随着施工的进程逐步形成的，因此在利用上部结构刚度改善基础工作条件时，应模拟施工过程进行共同作用分析，以免造成基础结构的损坏。
（2）对建筑层数悬殊、结构形式各异的主楼与群房，可分别采用不同形式的基础，经慎重而仔细的共同作用分析比较，可使主、裙房的基础与上部结构全都连接成整体，实现建筑功能上的要求。
（3）运用共同作用的理论合理地设计地基和基础，达到减少基础内力与沉降、降低基础造价的目的。例如在一定的地质条件下，考虑桩间土的承载作用，得以加大桩径、减少桩数，合理布桩、减少基础内力，从而在整体上降低基础工程的造价。
三、高层建筑基础设计中应注意的问题
（1）保证荷载的可靠传递
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。
（2）参与变形协调，减少不均匀沉降
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 e 符合下式要求：
E≤0.1W/A
式中W――与偏心距方向一致的基础底面边缘的抵抗矩；
A――基础底面积。
对低压缩性地基或端承桩基的基础，可适当放松上述偏心距的限制。按上式计算时，高层建筑的主楼和裙房可以分开考虑。
（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%。
四、结语
总之，高层建筑的上部结构，基础及地基组成了一个共同作用的体系，在高层建筑基础设计中，要有效利用上部结构刚度，充分考虑地基条件对基础受力的影响，合理选择基础形式，运用共同作用的理论设计地基和基础，达到减少基础内力与沉降、降低基础造价的目的。
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1.基础选型的主要依据
在基础工程设计中，根据各地区不同的地质条件，选择合理的基础形式，是个关键问题。一般情况下应考虑以下条件；高层建筑基础首先应满足基础本身的强度要求，上部荷载分布应尽量均匀；基础应支承在较坚固或较均匀的地基上，应考虑持力层及其下卧层的整体稳定性，同一栋建筑不宜采用多种不同类型的基础形式；应满足建筑物使用上的要求，例如人防要求、设置地下车库、地下酒吧、地下商场、地下餐厅等要求；应满足构造的要求，如高层建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心与结构竖向静荷载重心相重合，对偏心距的要求、沉降控制等；根据上部结构的不同结构形式选配合理的基础形式；高层建筑基础，一般埋置较深，因此，应考虑深基坑开挖和地下水抽排对周围建筑物的影响，以及地下水造成施工难度的增加和对工程质量的影响。
2.案例分析
2.1工程概况
某主楼建筑总高度为239m，地下3层，地上46层；裙房4层。主楼采用框架-核心筒结构体系，地下一层及二层结构梁板采用钢筋混凝土结构，一层采用钢骨混凝土梁及钢筋混凝土楼板，主楼桩基采用桩端后注浆钻孔灌注桩，桩基承台采用厚板式承台，主楼底板厚度为3.5m，裙房底板2.0m。基坑开挖深度：主楼17.35m，裙房15.85m。由于基地地处陆家嘴金融中心，周边高层建筑、地下管线众多，环境保护要求高。
本工程场地地势较平坦，场地表层填土分布广，厚度大。杂填土遍布，基坑东边界地段和南边界的杂填土和素填土，厚度达3.0m。本工程场地存在粘质粉土，土质不均，粉性砂性重，渗透性强。本场地埋深约37m下存在第7层为承压含水层。
2.2支护结构设计总体方案
2.2.1方案选择
本基坑支护设计方案阶段进行多方案的技术经济分析比较，主要有两种：
1）采用设置临时基坑支护结构的设计方案，顺作法施工，采用钻孔灌注桩结合外侧SMW工法水泥土搅拌桩止水帷幕作为临时围护结构，坑内设置三道临时钢筋混凝土支撑，支撑采用对撑及角撑布置，并结合坑内地基加固的设计方案；2）采用超高层建筑地下主体结构与支护结构相结合的深基坑设计方案，逆作法施工，采用地下连续墙作为围护结构，利用地下主体结构的梁板作为支护结构的水平支撑，利用结构柱和桩承受施工期间的竖向荷载，原则上采用一柱一桩钢立柱型式，并结合坑内地基加固的设计方案。
2.2.2设计思路
经综合研究分析，最后确定采用超高层建筑地下主体与支护结构相结合的深基坑设计方案，地下各层梁板结构采用由上而下的逆作法施工方式。施工阶段为方便土方工程施工，加快施工速度，方便主体结构施工，保证主体结构的工程质量，核心筒体采用顺作法施工方案，因而可以利用核心筒部位以及车道部位作为逆作法施工的出土口，便于土方工程施工，这种施工方法较为文明，节约材料，且基坑围护结构变形较小且经济效益十分显著。地下连续墙厚度为1.0m，主楼和裙房区域地墙槽段有效长度分别为34.0m和30.35m。鉴于地质条件的特殊性，对地下连续墙两侧采用水泥土搅拌桩进行槽壁加固。
2.3支护结构设计具体方案
2.3.1水平支撑设计
利用地下主体结构的梁板作为基坑开挖阶段的水平支撑，其支撑刚度大，对水平变形的控制极为有效，同时也避免了临时支撑拆除过程中围护墙的二次受力和二次变形对环境造成的进一步影响，最大的优势在于避免了大量临时支撑的设置和拆除，对于资源的节省和环境的保护意义重大。本工程利用地下主体结构共设置四道水平支撑，其中地下室顶板、地下一层梁板、地下二层梁板分别为第一、二、三道水平支撑，其中第四道支撑为设置在底板。在逆作法施工过程中，利用主体结构梁板作为开挖阶段时的水平支撑必然承受较大的水平力，这种在水平力作用下梁板结构的受力分析在必须考虑梁板结构的相互作用，由于基坑四周与围檩长度方向正交的水平荷载为不均匀分布，支承刚度在平面内分布也不均匀，为避免模型整体平移或者转动，必须设置必要的边界条件限制其平面内的。刚体运动。通常可采用三种计算边界条件：1）在局部设置固定支座；2）法向弹簧支座边界，法向弹簧边界是一种工程经验方法，也是空间杆系模型分析时经常采用的边界条件；3）切向弹簧边界，切向弹簧边界的弹簧刚度系数按照地墙与土体之间的摩擦阻力的刚度确定，采用功能强大的有限元分析软件ANSYS分析水平荷载较大的地下一层梁板不同的边界条件下梁板结构的内力和变形特性。
由于本工程主楼和裙房底板厚度相差2m，如何利用底板厚度差异在地下室底板内部设置第四道钢筋混凝土支撑，减小最后一道支撑与坑底的间距，对本工程安全和降低施工难度是非常重要的，本道支撑设置分析比较了三种不同方案，方案一是设置在主楼和裙房整个底板范围内设置第四道混凝土支撑，支撑范围大，给整个地下室底板钢筋和混凝土施工带来很大的施工难度；方案二是部分利用裙房区域的底板主要在主楼底板范围内设置第四道混凝土支撑，该方案使得裙房底板与主楼底板必须分两次浇筑，土方工程和钢筋混凝土工程必须分次进行，土方开挖机械需要二次进场，施工工期较长，且主楼区域与裙房底板变板厚区域钢筋施工难度较大，支撑范围也较大；方案三是利用裙房区域的底板垫层与主楼底板范围内临时混凝土支撑相结合作为第四道混凝土支撑，充分发挥混凝土垫层的作用，且支撑范围较小，并使得整个地下室底板土方施工、钢筋施工和混凝土施工都可以连续施工，有利于施工合理安排，与方案二相比，本方案工期缩短约一个月，考虑地下室底板垫层与支撑协同作用的第四道混凝土支撑有限元内力和变形分析，第四道支撑斜撑轴力最大计算值约为6000kN，实测最大轴力为5493kN，二者接近。
2.3.2竖向支撑设计
