高层建筑结构设计中基础设计分析李娜

李娜

河北安业建筑工程有限公司河北省廊坊市065800

摘要：城市建设对于高层建筑发展来说是比较重要的，由于高层就能够显著改善城市用地问题，而且可以显著改善城市人口增长的问题，这对于城市建筑物来说是比较重要的。不过因为高层建筑的垂直高度比较大，而且层数比较多，重量较大，因此所承受的荷载力也会持续增加，如此就需要确保基础的承载力，而且需要增强对于沉降以及倾斜的控制，如此可以显著提升建筑的安全性以及稳定性。

关键词：高层建筑；结构设计；基础设计

引言

高层建筑是当前房屋建筑的主要建筑，重量较大、层数较多以及垂直高度较大是高层建筑本身不能够忽视的特点，因此倾斜力矩受到自身荷载力的影响会呈现成倍增长的趋势。针对这种情况，为了能够有效的控制高层建筑的倾斜与沉降，高层建筑基础的荷载力必须足够，只有这样高层建筑才能保持良好的稳定性来应对地震荷载与风荷载。因此在房屋建筑结构设计中就需要对设计人员严格要求，应该认真细致的进行基础设计以，虽然基础工程在整个工程中造价比重不是特别大，但是整体工程的质量与基础工程的质量密不可分，可以说，基础质量决定了整体工程的质量，对于工程的投资效益有着决定性的作用。

1高层建筑基础设计中存在的主要问题

1.1基础选型方面的问题

高层建筑选择基础形式时一定要满足各个方面的相关要求，同时要能够对相应性能指标实施优化。就是要在满足经济技术指标的同时，也要充分考虑到适应性等方面的性能要求，例如场地的地质情况，周围的环境、施工性能、上部结构、抗震能力以及基坑支护等等。所以要将工程基础的内涵和地基处理技术进行充分的融合，形成综合性的地基处理方案，这是高层建筑基础的发展趋势。但是现阶段很多高层建筑基础设计还是采用某种单一的基础形式，并没有将多种处理方案进行充分融合，这就在很大程度上限制了高层建筑的进一步发展。

1.2主、裙楼基础处理方面的问题

受到高层建筑功能等方面的限制，一般情况下层数相对较低的裙房会设置在高层建筑的主楼侧边，这就造成了两楼之间存在沉降差，可能危害到建筑物上部结构的安全。在某些情况下可以不用设置沉降缝，例如两楼基础沉降差通过相应措施后能够控制在许可范围内、经过计算能够明确因为沉降所产生的基础和上部结构出现的内力以及配筋等。若是主、裙楼的层数相差在10层以上的话，就要确保地基基础按照甲级进行设计，同时要按照实际规范进行地基变形设计和验算，并且要进行沉降缝的设置。但是，在一些实际工程中，沉降缝并不适用于高层建筑。因为高层建筑本身的结构压力会使建筑地基基础设计十分复杂，而沉降缝的设计会对地下室在土层中的嵌固作用产生一定的影响，产生额外的压力负担，不利于高层建筑的安全性与稳定性，并且高层中沉降缝对于设备、安装以及后期使用都会带来不便，所以在高层建筑中，尽量不留沉降缝，而是用不同的基础类型或采用不同的地基处理方式来协调不同地地基条件引起的沉降差异。

2高层建筑结构设计中基础设计要点

2.1上部结构的刚度对基础受力状况的影响

地基发生变形的情况下，各竖向构件在上部结构保持绝对刚性的情况下，会发生均匀下沉的情况。基础梁的不动铰支座在对构件端部忽视抗转动的能力时由竖向构件支座充当，也就是基础梁与倒置的连续梁类似，外荷载由基座分布反力承担，通常情况下会发生局部弯曲，但是并不会发生整体弯曲的情况。相反，如果上部结构的柔性过大，不会对基础的变形有影响，所以基础梁如果产生局部弯曲，整体还会形成较大的弯曲。所以，基础梁的内力大小与分布形式在两种情况下会出现很大的差别。不过在实际施工中，结构物的情况会处于两者之间，考虑整体刚度并不容易，刚度计算分析只能借助软件进行。上部结构的刚度在荷载、基础以及地基的条件不变的情况下对于基础的内力以及相对挠曲会降低，同时上部结构会因此而发生内力的增加，所以产生的次应力对于自身不可忽视，但是能够减少基础内力，不过对于上部结构的影响在刚度上表现并不明显。

2.2平面结构布置要求

因为高层建筑的机构通常都是平面的布置，在这种情况下，简洁、谨慎、符合建筑规则，就成为结构布置的基本要求。在建筑设计中，由于要求构成中的质心与建筑的刚心必须保持一致，所以在不规则对称技术的过程中，需要将建设构成进行功能性的划分，这样才能够在建筑物内形成独立的设计构成，以避免扭转事件的发生。如果发生了扭转事件，就会对构件部件有很大影响，很容易造成部件的位移情况，这样就非常可能导致出现应力集中的情况，从而对建筑物造成损坏。通常情况下，扭转事件的发生有两种情况，而这两种情况都是可以通过具体的构成设计方法进行避免的。这种避免方法就是概念设计法。这种设计办法需要设计人员在平面布置的设计时，通过计算得到质心与刚心之间的距离。再通过不规则对称的设计原理，将距离抹平，从而使质心和刚心无距离重合。

2.3竖向结构布置要求

通常情况下，高层建筑的竖向结构布置都要求明确、匀称和遵守构成设计规则。这里的匀称一般都是指高层建筑主体的上下构成，不仅在体型上，在刚度、承受力和质量情况下，都是将质量分布均匀的进行，最终达到建设构成匀称的目标。在高层建筑的上下结构上来说，体型是需要循序渐进的缩进，在尺寸的把握上要注意数值的递减情况，不可以出现忽大忽小的情况。在体型进行匀称的缩进后，建设的平面布置也会进行相应的改动。不但布置会有减少的变化，对于高振的情况也会有着一定的影响。在高层建筑的竖向结构中，一旦较高层数的布置构成较为广泛，就会加大扭转情况的发生的概率，因为上重下轻的建筑构成，一定会在很大程度上影响该建筑结构的稳定性。如果建筑低层的刚度设计的比较小，也会对建筑物的稳定情况有所影响。因为建筑低层薄弱层已经形成，就很容易造成该建筑主体底部变形。

2.4地下室底板受力情况

在高层建筑中地下室是比较常见的，在开展地基基础设计工作的时候，需要充分所存在的地下室底板受力情况，大多数的工作人员在计算地下室底板的时候，仅仅考虑底板的水浮力以及活荷载。在选择常规桩基础的过程中，会选择认为底板和土处于一个脱离的情况，在这个时期就是充分掌握底板地面所存在的荷载情况。通过研究能够看出，因为实际情况下土和底板底部存在接触的情况，所以底板承受荷载能够达到20～30%左右，所以在计算底板的时候需要充分考虑这个问题。

2.5进行桩基础设置

桩基础属于一种承载能力强、变形比较小的基础形式。一般情况下，桩基础主要用在地质情况较差、施工要求较高的情况下。如果地基情况较差，就可以设置桩基础降低沉降差。按照受力情况不同，可以将桩基础分成承载桩和摩擦桩。对于主楼来说，桩基可以采用承载桩的形式，其具有较强的承载能力，变形相对较小；对于裙房来说，桩基可以采用摩擦桩的形式，通过对摩擦桩长度的调节来处理主裙楼沉降差的问题。

结束语

随着高层建筑物的不断增多，高层建筑的结构设计也是至关重要的。在建筑物的设计思路、力学模型和建设采用都多元化的现代社会，更需要设计人员保持初心，坚持更加合理的力学模型和设计思路。这样才能设计出更加稳定更加美观的高层建筑，对我国的城市化进程增添一份靓丽的颜色。

参考文献：

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[2]马安宝.浅析房屋建筑结构设计中的基础设计[J].科技风，2011（11）.

[3]魏利全.建筑结构设计常与问题与对策[M].北京：中国电力出版社，2009（1）.