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摘 要：当前社会经济取得了较快的发展，这也加快了城市化建设的进程，随着城市人口数量的增加，城市用地较为紧张，在这种情况下，高层及超高层建筑成为城市的主要建筑形式。在当前高层建筑建设过程中，需要做好基础结构设计工作，以此来确保基础本身的强度和刚度，确保高层建筑工程的整体质量。
关键词：高层建筑 基础结构设计 影响因素 设计要点
中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0143-02
近年来高层建筑在城市中较为普遍，高层建筑基础作为其结构体系中非常重要的组成部分，越来越被业内人士所重视。因此在当前的高层建筑基础结构设计过程中，需要重视其强度和刚度，确保基础的稳定性和具有较好的抗变形能力，在具体设计时要对上部结构、基础和地基进行综合考虑，全面提高基础设计的合理性。
1 高层建筑基础设计影响因素
1.1 上部结构的刚度对基础受力的影响
当上部结构为绝对刚性时，一旦地基变形，则各竖向构件就会均匀下沉。这其中在忽视竖向构件端部抗转动能力的情况下，可以将竖向构件支座视为基础梁的不动铰支座，可以将基础梁视为倒置的连续梁，以基底分布反力作为外荷载，有局部弯曲产生。假设上部结构为绝对柔性情况下，对基础变形则无约束作用，在基础梁产生局部弯曲的同时，还要承受较大的整体弯曲。在这两种情况下，基础梁的内力分布形式和大小具有较大的差异性。在实际高层建筑基础结构设计中，实际结构物通常会介于这两种情况之间，对于整个刚度考虑时需要依靠计算软件进行分析。在保证地基、基础和荷载条件不变的情况下，通过增加上部结构的刚度会减少基础的相对挠曲和内力，导致上部结构自身内力增加。
1.2 基础刚度对基底反力分布的影响
对于绝对柔性基础，当忽视上部结构刚度的情况下，荷载传递无扩散作用，这种情况下就等同于荷载直接作用在地基上，反力分布与荷载大小相等，但方向呈现相反性。荷载较为均匀时，基础呈现出盆形沉降，要想达到基础沉降的均匀分布，则需要确保荷载从中部向两端不断增大，使其呈现也不均匀状况。对于绝对刚性基础，由于其迫使地基均匀沉降，但对于土中塑性区域，反力首先出现在边缘处，反力会减小并向中部转移，形成马鞍形分布。對于基底反力的分面，其与基础刚度具有较为密切的关系，同时还与土的类别、土变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性、基础埋深和形态等诸多因素存在一定的关系。基底反力分布可以分为3种类型，具体如下。
（1）当基底面积较大而且具有一定埋深、荷载不大，同时地基处于线性变形阶段的情况下，则基底反力图以马鞍形为主，在坚硬地基土情况下，边缘位置多为反力最大值出现的位置。
（2）对于砂土地基上的一些小型基础，埋深浅及荷载大，而且临近基础边缘的塑性区呈现出逐渐扩大的趋势，这部分地基土荷载在卸除时必然会向基底中部的土体进行转移，这必然会增加中部基底的反力，使其呈现出抛物线形。
（3）当荷载大至致使地基接近到整体破坏的情况下，反力则向中部集中并呈现出钟形，这种情况下，如果两端存在较大的地面堆载或是相邻建筑影响的情况下，也会出现钟形反力分布。
1.3 地基条件对基础受力的影响
地基土的压缩性和分布的均匀性直接关系到基础受力状况。对于不可压缩的地基土，其基础结构不会有整体弯曲现象产生，而且局部弯曲相对也较小，在不均匀沉降产生时，上部结构也不会产生次应力。只有当地基土具有一定可压缩性且分布不均匀的情况下，由于基础弯矩分布截然不同，上部结构在不均匀沉降下会产生次应力。同时基础与地基界面处还会有摩擦特性显示出来，但基于土强度有限，因此所产生的摩擦力也相对有限，不会超出土的抗剪强度。另外，当孔隙水压力发生变化时，极易对压缩过程中摩擦力大小和分布带来一定的改变。
2 高层建筑基础结构设计要点分析
2.1 基础方案选择
在高层建筑基础结构设计过程中，需要严格按照工程地质条件，并考虑施工条件及相邻建筑物的影响，通过对上部结构类型和荷载分布进行具体分析，以此来确保基础设计方案的经济性和合理性。在具体设计过程中，为了能够更大限度地发挥出地基的潜力，则需要验算地基变形。而且在基础设计时，还需要以详尽的地质勘察报告作为依据，必要时还可以参考临近建筑资料和现场勘察报告。
2.2 基础的埋深
高层建筑其垂直高度较大，这也要求其基础要具备一定的埋深，在计算埋置深度时，需要从室外地坪算至基础底面。独立的高层建筑的基础埋深容易确定。但当前高层建筑建设过程中，多是与地下车库相连，针对于采用筏板基础或是设有防水底板独立基础的地下车库基础，在确定高层建筑基础埋深时，也可以将室外地坪作为起始点，同时高层建筑地下室顶板和地下车库顶板设计时要按照嵌固层要求进行设计，地下车库要具备足够的侧向刚度，如果无法满足以上条件时，高层建筑基础埋深则需要以地下车库地面作为起始点进行计算。在具体对埋置深度进行确定时，要对建筑物高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等诸多因素进行考虑，埋置深度计算时要从室外地坪至基础底面，而且要与下列要求相符：其一，对于天然地基或是复合地基则要求取房屋高度的1/15；对于桩基础，可以取房屋高度的1/18。对于采用岩石基础的建筑物，在其满足要地基承载力和稳定性要求的基础上，基础埋深不必受上限两点限制，对于可能产生滑移的地基则要求采取抗滑移措施。
2.3 嵌固端设置
当前高层建筑建设过程中，通常情况下都是会带有人防和地下室，所以嵌固端一般设置在人防顶板或地下室顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了如结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调、嵌固端上下层抗震等级的一致性以及嵌固端楼板的设计等由嵌固端的设置而带来的一系列需要注意的问题。这其中如果忽视其中任何一个方面，那么其必然会对后期设计工作带来严重的影响，无法有效地保证高层建筑结构的质量和安全。
2.4 轴向形变
由于低层建筑结构其轴力项影响较小，因此在设计时只需要考虑弯矩项即可，而不需要考虑剪切项。但高层建筑结构则不同，其不仅层数较多而且垂直高度大，轴力值相对也较大，随着高度积累，其轴向变形也较为显著，这必然会造成高层建筑结构分布与内力数值发生较大的变化。因此在进行高层建筑结构设计过程中，需要考虑轴向变形所带来的影响。当结构完成后，结构所受到的竖向荷载通常都是逐层施加，即在施工过程中轴向压缩变形即已分阶段完成。因此在考虑轴向变形的分层施加竖向荷载这一因素时，不能按一次加载，这样会造成计算结果的不合理性。另外，当楼层逐渐增加时，高层建筑结构的侧向变形也会在水平荷载的作用下快速增大。
3 结语
当前高层建筑已成为城市的主要建筑形式，人们对高层建筑的质量越来越重视。因此在高层建筑结构设计过程中，需要确保其设计的合理性，这是确保高层建筑质量的关键所在。因此需要努力提高高层建筑结构设计人员的整体水平，使其在具体设计过程中能够高效地利用上部结构刚度和地基条件，并通过选取合理的基础形式，同时各方在项目实施过程中紧密配合，以此来全面提高高层建筑的质量，更好地推动建筑行业的健康、持续发展。
参考文献
[1] 郭惠，李晋民.关于高层建筑基础设计的几点思考[J].金陵科技学院学报，2000（1）：49-51.
[2] 金子巍.高层建筑基础设计探讨[J].煤炭工程，2012（S2）：75-76.
[3] 李明艳.浅析高层建筑的基础设计[J].工程建设与设计，2013（3）：72-74.
关键词：高层建筑 基础结构设计 影响因素 设计要点
中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0143-02
近年来高层建筑在城市中较为普遍，高层建筑基础作为其结构体系中非常重要的组成部分，越来越被业内人士所重视。因此在当前的高层建筑基础结构设计过程中，需要重视其强度和刚度，确保基础的稳定性和具有较好的抗变形能力，在具体设计时要对上部结构、基础和地基进行综合考虑，全面提高基础设计的合理性。
1 高层建筑基础设计影响因素
1.1 上部结构的刚度对基础受力的影响
当上部结构为绝对刚性时，一旦地基变形，则各竖向构件就会均匀下沉。这其中在忽视竖向构件端部抗转动能力的情况下，可以将竖向构件支座视为基础梁的不动铰支座，可以将基础梁视为倒置的连续梁，以基底分布反力作为外荷载，有局部弯曲产生。假设上部结构为绝对柔性情况下，对基础变形则无约束作用，在基础梁产生局部弯曲的同时，还要承受较大的整体弯曲。在这两种情况下，基础梁的内力分布形式和大小具有较大的差异性。在实际高层建筑基础结构设计中，实际结构物通常会介于这两种情况之间，对于整个刚度考虑时需要依靠计算软件进行分析。在保证地基、基础和荷载条件不变的情况下，通过增加上部结构的刚度会减少基础的相对挠曲和内力，导致上部结构自身内力增加。
1.2 基础刚度对基底反力分布的影响
对于绝对柔性基础，当忽视上部结构刚度的情况下，荷载传递无扩散作用，这种情况下就等同于荷载直接作用在地基上，反力分布与荷载大小相等，但方向呈现相反性。荷载较为均匀时，基础呈现出盆形沉降，要想达到基础沉降的均匀分布，则需要确保荷载从中部向两端不断增大，使其呈现也不均匀状况。对于绝对刚性基础，由于其迫使地基均匀沉降，但对于土中塑性区域，反力首先出现在边缘处，反力会减小并向中部转移，形成马鞍形分布。對于基底反力的分面，其与基础刚度具有较为密切的关系，同时还与土的类别、土变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性、基础埋深和形态等诸多因素存在一定的关系。基底反力分布可以分为3种类型，具体如下。
（1）当基底面积较大而且具有一定埋深、荷载不大，同时地基处于线性变形阶段的情况下，则基底反力图以马鞍形为主，在坚硬地基土情况下，边缘位置多为反力最大值出现的位置。
（2）对于砂土地基上的一些小型基础，埋深浅及荷载大，而且临近基础边缘的塑性区呈现出逐渐扩大的趋势，这部分地基土荷载在卸除时必然会向基底中部的土体进行转移，这必然会增加中部基底的反力，使其呈现出抛物线形。
（3）当荷载大至致使地基接近到整体破坏的情况下，反力则向中部集中并呈现出钟形，这种情况下，如果两端存在较大的地面堆载或是相邻建筑影响的情况下，也会出现钟形反力分布。
1.3 地基条件对基础受力的影响
地基土的压缩性和分布的均匀性直接关系到基础受力状况。对于不可压缩的地基土，其基础结构不会有整体弯曲现象产生，而且局部弯曲相对也较小，在不均匀沉降产生时，上部结构也不会产生次应力。只有当地基土具有一定可压缩性且分布不均匀的情况下，由于基础弯矩分布截然不同，上部结构在不均匀沉降下会产生次应力。同时基础与地基界面处还会有摩擦特性显示出来，但基于土强度有限，因此所产生的摩擦力也相对有限，不会超出土的抗剪强度。另外，当孔隙水压力发生变化时，极易对压缩过程中摩擦力大小和分布带来一定的改变。
2 高层建筑基础结构设计要点分析
2.1 基础方案选择
在高层建筑基础结构设计过程中，需要严格按照工程地质条件，并考虑施工条件及相邻建筑物的影响，通过对上部结构类型和荷载分布进行具体分析，以此来确保基础设计方案的经济性和合理性。在具体设计过程中，为了能够更大限度地发挥出地基的潜力，则需要验算地基变形。而且在基础设计时，还需要以详尽的地质勘察报告作为依据，必要时还可以参考临近建筑资料和现场勘察报告。
2.2 基础的埋深
高层建筑其垂直高度较大，这也要求其基础要具备一定的埋深，在计算埋置深度时，需要从室外地坪算至基础底面。独立的高层建筑的基础埋深容易确定。但当前高层建筑建设过程中，多是与地下车库相连，针对于采用筏板基础或是设有防水底板独立基础的地下车库基础，在确定高层建筑基础埋深时，也可以将室外地坪作为起始点，同时高层建筑地下室顶板和地下车库顶板设计时要按照嵌固层要求进行设计，地下车库要具备足够的侧向刚度，如果无法满足以上条件时，高层建筑基础埋深则需要以地下车库地面作为起始点进行计算。在具体对埋置深度进行确定时，要对建筑物高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等诸多因素进行考虑，埋置深度计算时要从室外地坪至基础底面，而且要与下列要求相符：其一，对于天然地基或是复合地基则要求取房屋高度的1/15；对于桩基础，可以取房屋高度的1/18。对于采用岩石基础的建筑物，在其满足要地基承载力和稳定性要求的基础上，基础埋深不必受上限两点限制，对于可能产生滑移的地基则要求采取抗滑移措施。
2.3 嵌固端设置
当前高层建筑建设过程中，通常情况下都是会带有人防和地下室，所以嵌固端一般设置在人防顶板或地下室顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了如结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调、嵌固端上下层抗震等级的一致性以及嵌固端楼板的设计等由嵌固端的设置而带来的一系列需要注意的问题。这其中如果忽视其中任何一个方面，那么其必然会对后期设计工作带来严重的影响，无法有效地保证高层建筑结构的质量和安全。
2.4 轴向形变
由于低层建筑结构其轴力项影响较小，因此在设计时只需要考虑弯矩项即可，而不需要考虑剪切项。但高层建筑结构则不同，其不仅层数较多而且垂直高度大，轴力值相对也较大，随着高度积累，其轴向变形也较为显著，这必然会造成高层建筑结构分布与内力数值发生较大的变化。因此在进行高层建筑结构设计过程中，需要考虑轴向变形所带来的影响。当结构完成后，结构所受到的竖向荷载通常都是逐层施加，即在施工过程中轴向压缩变形即已分阶段完成。因此在考虑轴向变形的分层施加竖向荷载这一因素时，不能按一次加载，这样会造成计算结果的不合理性。另外，当楼层逐渐增加时，高层建筑结构的侧向变形也会在水平荷载的作用下快速增大。
3 结语
当前高层建筑已成为城市的主要建筑形式，人们对高层建筑的质量越来越重视。因此在高层建筑结构设计过程中，需要确保其设计的合理性，这是确保高层建筑质量的关键所在。因此需要努力提高高层建筑结构设计人员的整体水平，使其在具体设计过程中能够高效地利用上部结构刚度和地基条件，并通过选取合理的基础形式，同时各方在项目实施过程中紧密配合，以此来全面提高高层建筑的质量，更好地推动建筑行业的健康、持续发展。
参考文献
[1] 郭惠，李晋民.关于高层建筑基础设计的几点思考[J].金陵科技学院学报，2000（1）：49-51.
[2] 金子巍.高层建筑基础设计探讨[J].煤炭工程，2012（S2）：75-76.
[3] 李明艳.浅析高层建筑的基础设计[J].工程建设与设计，2013（3）：72-74.