摘要：高層建筑具有樓層多、高度高、施工作業面較小的特點，所以其在建設施工過程中會隨著施工高度的不斷增加，促使上層建筑對地面的荷載承受壓力不斷提高。因此，為保證高層建筑在施工過程中不出現地面塌陷、建筑結構不均勻沉降的問題，就必須對其地面基礎設計和施工進行嚴格控制。本文就高層建筑結構設計中的基礎設計進行理論概述，論述了高層建筑結構基礎設計中應注意的問題。

　　關鍵詞：高層建筑,結構基礎,設計理念,存在問題

　　1、基礎埋深要注意的問題

　　對于位于土質地基上的高層建筑，為了滿足穩定性要求，其基礎埋深應隨建筑物高度適當增大。在抗震設防區，筏形和箱形基礎的埋深不宜小于建筑物高度的1/15;樁筏或樁箱基礎的埋深(不計樁長)不宜小于建筑物高度的1/18。對位于巖石地基上的高層建筑，基礎埋深應滿足抗滑要求。受有上拔力的基礎如輸電塔基礎，也要求有較大的埋深以滿足抗拔要求。煙囪、水塔等高聳結構均應滿足抗傾覆穩定性的要求。

　　基礎應該要有一定的埋深，埋置深度可以從室外地坪一直算到基礎底面，對于獨立的高層建筑而言，基礎埋深比較容易確定，但當今多數高層建筑與地下車庫都是相互連接的，當地下車庫基礎采用筏板基礎或設有防水底板的獨立基礎時，高層建筑的基礎埋深可從室外地坪算起，此時高層建筑地下室頂板及地下車庫頂板應按嵌固層要求設計，地下車庫應有足夠的側向剛度作為高層建筑的側限。假如不滿足以上條件的時候，高層建筑的基礎埋深應該要從地下車庫地面算起。高層建筑通常設地下室來滿足埋深要求，主要有以下幾點優勢：

　　1.1當高層建筑采用天然地基時，地基承載力可進行修正。隨著基礎埋深的增加，修正后的地基承載力隨之增大，從而可滿足高層建筑對地基承載力的要求。

　　1.2高層建筑地下室外墻一般采用鋼筋鹼墻，地下室頂板厚不宜小于160mm，地下室具有較大的層間剛度，同時地下室外墻周邊土也提供了很大的側向剛度和約束。因此設地下室有利于上部結構的整體穩定，有利于協調結構整體變形，調整地基不均勻沉降。

　　2、應注意地下水的影響

　　有地下水時，基礎應盡量埋置在地下水位以上，以避免地下水對基坑開挖、基礎施工和使用期間的影響。實在無法避免時,對底面低于地下水位的基礎，設計時要考慮地下水對建筑物的水浮力影響,應進行整體的抗浮計算及局部的抗浮計算,計算不滿足時可采取抗浮樁或者抗浮錨桿等措施。同時,應考慮施工期間的基坑降水、坑壁圍護、是否可能產生流砂或涌土等問題，并采取保護地基土不受擾動的措施。 對于具有侵蝕性的地下水，應采用抗侵蝕的水泥品種和相應的措施。

　　3、高層建筑基礎的設計理論

　　高層建筑的上部結構具有很大的剛度，它和基礎結構及地基三者實際上構成了一個共同作用的體系。然而長期以來，由于人們認識上的局限性以及計算手段的缺乏，在設計計算中往往人為地切割了各部分之間的聯系，而把上部結構和基礎結構作為兩個獨立的單元分別進行考慮，亦即首先把基礎結構作為上部結構的固定支座，求得上部結構在荷載作用下的內力和基礎結構固定處的反力，然后把該反力作用于彈性地基的基礎上計算基礎的內力。這種方法沒有考慮上部結構與地基基礎的共同作用，忽略了上部結構對基礎的約束(亦即上部結構剛度的貢獻)作用。它所導致的結果：

　　(1)基礎彎矩和縱向彎曲過大，基礎設計偏于保守。

　　(2)沒有考慮基礎實際存在的差異沉降對上部結構引起的次應力，在某些部位低估了上部結構的內力，從而使這些部位計算結果偏于不安全。

　　3.1上部結構的剛度對基礎受力狀況的影響

　　假設上部結構為絕對剛性，當地基變形時，各豎向構件只能均勻下沉;如忽略豎向構件端部的抗轉動能力，則豎向構件支座可視為基礎梁的不動鉸支座，亦即基礎梁猶如倒置的連續梁，不產生整體彎曲，卻以基底分布反力為外荷載，產生局部彎曲。反之，假設上部結構為絕對柔性，對基礎的變形毫無約束作用，于是基礎梁在產生局部彎曲的同時，還經受很大的整體彎曲。于是，兩種情況下基礎梁的內力分布形式與大小產生很大的差別。實際結構物常介于上述兩種情況，其整體剛度的考慮非常困難，只能依靠計算軟件分析。在地基、基礎和荷載條件不變的情況下，增加上部結構的剛度會減少基礎的相對撓曲和內力，但同時導致上部結構自身內力增加，即是說，上部結構對減少基礎內力的貢獻是以在自身中產生不容忽視的次應力為代價的。還應注意的是上部結構的剛度貢獻也并不是無限。

　　3.2地基條件對基礎的影響

　　基礎受力狀況還取決于地基土的壓縮性及其分布的均勻性。當地基土不可壓縮時(例如基礎坐落在未風化的基巖上)，基礎結構不僅不產生整體彎曲，局部彎曲亦很小;上部結構也不會因不均勻沉降產生次應力。實踐中最常遇到的情況卻是地基土有一定的可壓縮性，且分布不均，這樣，基礎彎矩分布就截然不同。基礎與地基界面處往往顯示出摩擦特征。由于土的強度有限，形成的摩擦力也有限，不會超過土的抗剪強度。孔隙水壓力的變化，可能改變壓縮過程中摩擦力的大小與分布。此外，外荷載的分布和性質、基礎的相對柔度以及土的蠕變等涉及時間變化的效應等都會影響到界面條件。因此，應從完全光滑一直到完全粘著這兩種極端情況之間來慎重估計界面摩擦的影響。

　　3.3上部結構與基礎和地基共同作用的概念及分析方法

　　上部結構與地基和基礎三者是彼此不可分離的整體，每一部分的工作性狀都是三者共同作用的結果。共同作用分析，就是把上部結構、基礎和地基看成是一個彼此協調工作的整體，在連接點和接觸點上滿足變形協調的條件下求解整個系統的變形與內力。在共同作用分析中，上部結構和基礎通常是由梁、板組成，因此可以采用有限單元法、有限條法、有限差分法或解析方法建立上部結構和基礎的剛度矩陣，并利用變形協調條件與地基的剛度矩陣耦合起來。地基首先需確定采用何種地基模型：線彈性地基模型，非線彈性地基模型還是彈塑地基模型。然后建立地基的剛度矩陣。當然也可以采用有限單元法、有限差分法或解析法建立地基的剛度矩陣。但是習慣上用所謂的結構力學法來建立各種地基模型的柔度矩陣，然后求逆得到它們的剛度矩陣，與上部結構和基礎的剛度矩陣耦合起來，從而求得地基反力和沉降。在共同作用分析中，可以根據實測結果把基礎和上部結構的實際剛度進行共同作用分析，并考慮施工過程的影響，把結構荷載和剛度形成情況分別考慮來進行共同作用分析。

　　4、高層建筑基礎設計存在的問題

　　4.1基礎結構應具有必要的強度和剛度，以保證將高層建筑上部結構作用于基礎頂面的巨大豎向、水平向荷載與力矩，可靠地傳給地基土或樁頂。

　　4.2基礎結構介于上部結構與地基土之間，其剛度大小及其在平面上的分布，對調整不均勻沉降、減少整體和局部撓曲至關重要。例如：多、高層建筑中，當采用條形基礎不能滿足上部結構對地基承載力和變形的要求，或當建筑物要求基礎具有足夠的剛度以調節不均勻沉降時，可采用筏型基礎。筏型基礎的平面尺寸，在地基土比較均勻的條件下，基底平面形心宜與上部結構豎向永久荷載的重心重合。當不重合時，在荷載效應準永久組合下，宜通過調整基底面積使偏心距符合要求。

　　4.3內力分析中，應盡可能考慮基礎結構與上部結構和地基土的共同作用基礎結構與上部結構和地基土三者之間的共同作用是客觀存在的。當然，在實際工程設計中往往不可能都做到，特別是地基模型及其參數的選取，對共同作用的結果影響甚大;但在構造和配筋上反映對共同作用結果的考慮，是完全可能和必要的。例如：在同一大面積整體筏型基礎上建有多幢高層和低層建筑時，筒體下筏板厚度和配筋宜按上部結構、基礎與地基土的共同作用的基礎變形和基底反力計算確定。帶裙房的高層建筑下的大面積整體筏型基礎，其主樓下筏板的整體撓度值不應大于0.5‰，主樓與相鄰的裙房柱的差異沉降不應大于1‰，裙房柱間的差異沉降不應大于2‰。

　　5、結語

　　由于建筑物高聳，不僅豎向荷載大而集中，而且風荷載和地震荷載引起的傾覆力矩成倍增長，因此要求基礎和地基提供更高的豎直和水平承載力，同時使沉降和傾斜控制在允許的范圍內，并保證建筑物在風荷載與地震荷載下具有足夠的穩定性。這就對基礎的設計和施工提出了更高、更嚴的要求。