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【摘要】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根据地基土质情况、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。本文对高层建筑基础设计的几点思考进行分析。
【关键词】高层建筑；基础设计；筏型基础
引言
高层建筑基础是高层建筑结构体系中一个重要组成部分，逐渐被业内人士重视起来。地基基础设计时，首先保证基础具有足够的刚度和强度，其次考虑地基的稳定性、承载力及变形要求等，进一步确定合适的基础形式。
一、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。
二、高层建筑基础选型
在高层建筑基础设计中，常用的基础类型有嵌岩桩基础、天然地基钢筋混凝土块式或筏式基础以及桩筏基础等。在基础选型时必须考虑建设场地的地质条件，合理选择基础持力层，同时还应考虑施工周期，工程投资等综合因素。
2.1嵌岩桩基础
在高层建筑基础设计中，由于上部结构传至基础的荷载大，故常用的设计方法是选择以一定厚度的中风化岩层或稳定的微风化岩层作持力层，通过嵌岩桩将上部结构荷载传至岩层。采用嵌岩桩基础持力层变形几乎趋向于零，桩尖承载力大，同时还可考虑桩侧与土的摩擦力，按经验公式计算，单桩承载力高，较容易满足上部结构荷载对基础承载力要求，且设计计算简单，但亦存在着施工周期较长，特别是桩施工完后要等桩的混凝土强度达到设计要求的强度时方可对桩身质量进行检测，对施工工期有一定的影响，工程造价也略微偏高。
2.2天然地基钢筋混凝土块式或筏式基础
基础的结构设计一般可选择钢筋混凝土块式基础或筏式基础。采用块式基础较为简便，中筒部分可考虑由筏板承托，基础之间结合地下室底板结构布置刚度较大的连梁，并考虑平面刚度极大的地下室底板的连接，基础整体性良好，具有极佳的抗不均匀沉降能力。天然地基块式或筏式基础具有施工方便、工期短、节约投资等优点，建议设计人员在条件允许情况下尽量选用。
2.3桩筏基础
在我国沿海城市如上海、海口、汕头等，其岩土地层结构的特点是基岩层埋深较深，嵌岩桩基础几乎无法实施，只能采用摩擦桩基础，但摩擦桩承载力较低，不一定能满足高层建筑上部结构荷载对基础承载力的要求，因此桩筏基础是这部分地区高层建筑基础设计的重要选择。桩筏基础的基本原理是桩土的协同工作，桩与土在沉降及收缩固结过程中相互协调达到稳定的平衡状态，筏板底土层与摩擦桩共同承担上部结构荷载。一般来说，考虑地下室开挖后地基补偿等因素，筏板底土层具有一定的承载力。所以设计时可根据筏板底土层情况，考虑土承担上部结构荷载的比例。通过对筏板的分析，筏板四周的应力最大，因此在设计时在筏板四周应均匀布置桩且桩距应加密，中部各竖向构件桩的布置宜采用梅花形布置。
三、高层建筑桩筏复合基础设计
3.1桩筏复合基础的设计理论
目前，我国现行规范GB50007-2002建筑地基基础设计规范第8.5.14条规定，桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。相关规范对桩筏复合基础的计算方法并未做出统一规定，采用的计算方法也不尽相同，多根据当地情况和经验确定，大致有以下两种计算方法：
方法1：假定整个建筑物和重量全部由桩传到地基中去，而承台板只起连接桩顶和传递上部荷载的构造作用。在群桩布置中使桩的受力均匀，桩群形心与上部结构传给基础的荷载重心尽量重合。对于框架结构，可按荷载大小，在柱下集中布桩。对于框剪结构或框筒结构，柱下布桩与框架结构相同，剪力墙或筒体下沿墙布桩。当桩数较多时，也可均匀布桩。
方法2：参考桩土共同作用，利用天然地基的承载力，使桩基与天然地基互补，采用控制沉降的方法将上部荷载由桩和筏板共同互补承担，使桩的数量及筏板厚度得以减少。
3.2减沉设计
1）减沉设计的基本原理。减沉设计是指按沉降控制原则设计桩筏基础。减沉设计概念主要应用于软土地基上多层建筑设计，在软土地基的基础设计中，有时决定采用桩基主要并不是因为邻近地表的土层强度不足，而是较深处的软弱土层产生过大沉降的缘故，这时可采用数量较少的桩使沉降量减小到允许的范围内，这种桩一般是摩擦桩，在承台产生一定沉降的情况下，桩可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力，能有效地减小沉降量。同时，承台或筏板也能分担部分荷载，与按桩承担全部荷载设计的桩基相比，根据不同的容许沉降量要求，用桩量有可能大幅度减少，桩的长度也可能减短，因而可以获得较好的经济效果。
2）减沉设计的内容。桩长及桩身断面选择：选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层，桩端持力层压缩性应相对较低。在承台产生一定沉降时桩仍可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力。选择桩身断面应使桩身结构强度确定的单桩容许承载力与地基土对桩的极限承载力二者匹配，以充分发挥桩身材料的承载能力。
3.3变刚度调平设计
1）变刚度调平设计的内容。
在桩筏变刚度调平设计中，群桩刚度与单一筏板刚度的比值kpr最为关键。最合适的kpr值与桩筏面积比有关，且当有关桩筏面积比范围为16%～25%时， kpr值接近于1。当桩筏面积比较大时，为减小沉降差， kpr值应稍微增大。考虑到桩的非线性，比完全弹性分析所得到的稍大（约50%），kpr值可能更为合适。为减小桩的承载能力明显发挥（大于50%）后的沉降差，只要kpr=1的条件满足，任何实际桩长都可采用。当然，为获得桩承载特性的合理发挥，桩的承载力应以侧摩阻力为主，而不是桩端阻力。研究表明，桩的总承载力发挥的强度与桩的极限承载力的比值m不应超过0.8，以避免沉降差明显增加，在m<0.8范围内，最合适群桩实际分担荷载相当于2.5倍～3倍群桩区域上的总荷载，仅为整个筏板上总外荷载的40%～70%。
2）变刚度调平设计的步骤。
按建筑物性质、荷载、地质条件等进行初始布桩并确定板厚，对上部结构、桩筏基础与地基共同作用进行分析，绘制沉降等值线。对沉降等值线进行分析，当天然地基总体沉降不大而局部沉降过大时，根据具体条件对沉降过大部分采用局部加强处理，如采用筏底布桩或复合地基，在桩基沉降较小部位，应抽掉一部分桩，或视土层情况适当缩短桩长或减小桩径。对沉降较大的部位，应适当加密布桩或视土层情况，适当增加桩径桩长，重新形成刚度体系，进行共同工作迭代计算，直至沉降差减到最小。
四、结束语
基础工程造价在整个工程造价中比例很大，不同的基础型式造价相差也较大，针对工程地质及建筑物结构形式不同，合理选择基础形式的意义重大。
参考文献：
[1]姜海菊.江浙地区高层建筑基础的选型与优化设计——以某高层住宅楼工程为例[J].建筑.2011（08）
[2]张玉鑫，王素花.浅谈高层建筑基础设计的内在潜力[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2009（02）
【关键词】高层建筑；基础设计；筏型基础
引言
高层建筑基础是高层建筑结构体系中一个重要组成部分，逐渐被业内人士重视起来。地基基础设计时，首先保证基础具有足够的刚度和强度，其次考虑地基的稳定性、承载力及变形要求等，进一步确定合适的基础形式。
一、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。
二、高层建筑基础选型
在高层建筑基础设计中，常用的基础类型有嵌岩桩基础、天然地基钢筋混凝土块式或筏式基础以及桩筏基础等。在基础选型时必须考虑建设场地的地质条件，合理选择基础持力层，同时还应考虑施工周期，工程投资等综合因素。
2.1嵌岩桩基础
在高层建筑基础设计中，由于上部结构传至基础的荷载大，故常用的设计方法是选择以一定厚度的中风化岩层或稳定的微风化岩层作持力层，通过嵌岩桩将上部结构荷载传至岩层。采用嵌岩桩基础持力层变形几乎趋向于零，桩尖承载力大，同时还可考虑桩侧与土的摩擦力，按经验公式计算，单桩承载力高，较容易满足上部结构荷载对基础承载力要求，且设计计算简单，但亦存在着施工周期较长，特别是桩施工完后要等桩的混凝土强度达到设计要求的强度时方可对桩身质量进行检测，对施工工期有一定的影响，工程造价也略微偏高。
2.2天然地基钢筋混凝土块式或筏式基础
基础的结构设计一般可选择钢筋混凝土块式基础或筏式基础。采用块式基础较为简便，中筒部分可考虑由筏板承托，基础之间结合地下室底板结构布置刚度较大的连梁，并考虑平面刚度极大的地下室底板的连接，基础整体性良好，具有极佳的抗不均匀沉降能力。天然地基块式或筏式基础具有施工方便、工期短、节约投资等优点，建议设计人员在条件允许情况下尽量选用。
2.3桩筏基础
在我国沿海城市如上海、海口、汕头等，其岩土地层结构的特点是基岩层埋深较深，嵌岩桩基础几乎无法实施，只能采用摩擦桩基础，但摩擦桩承载力较低，不一定能满足高层建筑上部结构荷载对基础承载力的要求，因此桩筏基础是这部分地区高层建筑基础设计的重要选择。桩筏基础的基本原理是桩土的协同工作，桩与土在沉降及收缩固结过程中相互协调达到稳定的平衡状态，筏板底土层与摩擦桩共同承担上部结构荷载。一般来说，考虑地下室开挖后地基补偿等因素，筏板底土层具有一定的承载力。所以设计时可根据筏板底土层情况，考虑土承担上部结构荷载的比例。通过对筏板的分析，筏板四周的应力最大，因此在设计时在筏板四周应均匀布置桩且桩距应加密，中部各竖向构件桩的布置宜采用梅花形布置。
三、高层建筑桩筏复合基础设计
3.1桩筏复合基础的设计理论
目前，我国现行规范GB50007-2002建筑地基基础设计规范第8.5.14条规定，桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。相关规范对桩筏复合基础的计算方法并未做出统一规定，采用的计算方法也不尽相同，多根据当地情况和经验确定，大致有以下两种计算方法：
方法1：假定整个建筑物和重量全部由桩传到地基中去，而承台板只起连接桩顶和传递上部荷载的构造作用。在群桩布置中使桩的受力均匀，桩群形心与上部结构传给基础的荷载重心尽量重合。对于框架结构，可按荷载大小，在柱下集中布桩。对于框剪结构或框筒结构，柱下布桩与框架结构相同，剪力墙或筒体下沿墙布桩。当桩数较多时，也可均匀布桩。
方法2：参考桩土共同作用，利用天然地基的承载力，使桩基与天然地基互补，采用控制沉降的方法将上部荷载由桩和筏板共同互补承担，使桩的数量及筏板厚度得以减少。
3.2减沉设计
1）减沉设计的基本原理。减沉设计是指按沉降控制原则设计桩筏基础。减沉设计概念主要应用于软土地基上多层建筑设计，在软土地基的基础设计中，有时决定采用桩基主要并不是因为邻近地表的土层强度不足，而是较深处的软弱土层产生过大沉降的缘故，这时可采用数量较少的桩使沉降量减小到允许的范围内，这种桩一般是摩擦桩，在承台产生一定沉降的情况下，桩可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力，能有效地减小沉降量。同时，承台或筏板也能分担部分荷载，与按桩承担全部荷载设计的桩基相比，根据不同的容许沉降量要求，用桩量有可能大幅度减少，桩的长度也可能减短，因而可以获得较好的经济效果。
2）减沉设计的内容。桩长及桩身断面选择：选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层，桩端持力层压缩性应相对较低。在承台产生一定沉降时桩仍可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力。选择桩身断面应使桩身结构强度确定的单桩容许承载力与地基土对桩的极限承载力二者匹配，以充分发挥桩身材料的承载能力。
3.3变刚度调平设计
1）变刚度调平设计的内容。
在桩筏变刚度调平设计中，群桩刚度与单一筏板刚度的比值kpr最为关键。最合适的kpr值与桩筏面积比有关，且当有关桩筏面积比范围为16%～25%时， kpr值接近于1。当桩筏面积比较大时，为减小沉降差， kpr值应稍微增大。考虑到桩的非线性，比完全弹性分析所得到的稍大（约50%），kpr值可能更为合适。为减小桩的承载能力明显发挥（大于50%）后的沉降差，只要kpr=1的条件满足，任何实际桩长都可采用。当然，为获得桩承载特性的合理发挥，桩的承载力应以侧摩阻力为主，而不是桩端阻力。研究表明，桩的总承载力发挥的强度与桩的极限承载力的比值m不应超过0.8，以避免沉降差明显增加，在m<0.8范围内，最合适群桩实际分担荷载相当于2.5倍～3倍群桩区域上的总荷载，仅为整个筏板上总外荷载的40%～70%。
2）变刚度调平设计的步骤。
按建筑物性质、荷载、地质条件等进行初始布桩并确定板厚，对上部结构、桩筏基础与地基共同作用进行分析，绘制沉降等值线。对沉降等值线进行分析，当天然地基总体沉降不大而局部沉降过大时，根据具体条件对沉降过大部分采用局部加强处理，如采用筏底布桩或复合地基，在桩基沉降较小部位，应抽掉一部分桩，或视土层情况适当缩短桩长或减小桩径。对沉降较大的部位，应适当加密布桩或视土层情况，适当增加桩径桩长，重新形成刚度体系，进行共同工作迭代计算，直至沉降差减到最小。
四、结束语
基础工程造价在整个工程造价中比例很大，不同的基础型式造价相差也较大，针对工程地质及建筑物结构形式不同，合理选择基础形式的意义重大。
参考文献：
[1]姜海菊.江浙地区高层建筑基础的选型与优化设计——以某高层住宅楼工程为例[J].建筑.2011（08）
[2]张玉鑫，王素花.浅谈高层建筑基础设计的内在潜力[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2009（02）