建筑基礎設計大全11篇

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Abstract: the basic design is a very complex and detailed work. In order to find the most reasonable, the most favourable scheme, we must consider these interrelated factors. This paper describes the contents and steps of the design of natural foundation.

Keywords: foundation design; structure; foundation

中圖分類號:[TU973+.35]文獻標識碼：A文章編號：

1、建筑基礎材料與基礎的結構形式

通常根據上部結構的要求、荷載大小和性質、工程地質情況以及施工條件等確定。根據基礎所用材料的性能可分為剛性基礎和柔性基礎。剛性基礎通常是指由磚、塊石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基礎。當剛性基礎尺寸不能同時滿足地基承載力和基礎埋深的要求,則改成柔性基礎，即鋼筋混凝土基礎。基礎根據在天然地基上的埋置深度分為淺基礎和深基礎。淺基礎根據它的形狀和大小可分為下面幾種類型：獨立基礎、條形基礎、閥板基礎、箱形基礎及殼體基礎。深基礎常見的類型:沉井基礎和樁基礎。

2、建筑基礎設計中應用理論

應用上部結構、基礎與地基共同作用的理論進行高層建筑的基礎設計，能夠比較真實地反映其實際工作狀態，此外，還可以利用共同作用理論提高和改善高層建筑基礎設計的水平和質量，取得更大的經濟效果。具體來說，可從下面幾方面入手：

（1）有效地利用上部結構的剛度，使基礎的結構尺寸減小到最小程度。例如，把上部結構與基礎作為一個整體來考慮，箱形基礎高度可大為減小；當上部結構為剪力墻體系時，有可能將箱形改為筏基。應注意的是，上部結構的剛度是隨著施工的進程逐步形成的，因此在利用上部結構剛度改善基礎工作條件時，應模擬施工過程進行共同作用分析，以免造成基礎結構的損壞。

（2）對建筑層數懸殊、結構形式各異的主樓與群房，可分別采用不同形式的基礎，經慎重而仔細的共同作用分析比較，可使主、裙房的基礎與上部結構全都連接成整體，實現建筑功能上的要求。

（3）運用共同作用的理論合理地設計地基和基礎，達到減少基礎內力與沉降、降低基礎造價的目的。例如在一定的地質條件下，考慮樁間土的承載作用，得以加大樁徑、減少樁數，合理布樁、減少基礎內力，從而在整體上降低基礎工程的造價。

3、基礎的埋置深度

基礎的埋置深度，應按下列條件確定：

（1）建筑物的用途和荷載大小及性質

某些建筑物需要具備一定的使用功能或宜采用某種基礎形式，這些要求常成為其基礎埋深選擇的先決條件，例如必須設置地下室或設備層的建筑物、半埋式結構物，須建造帶封閉側墻的筏板基礎或箱形基礎的高層或重型建筑、帶有地下設施的建筑物或具有地下部分的設備基礎等等。

位于土質地基上的高層建筑，由于豎向荷載大，又要承受風力和地震力等水平荷載,其基礎埋深應隨建筑高度適當增大，才能滿足穩定性要求。位于巖石地基上的高層建筑，常須依靠基礎側面土體承擔水平荷載,其基礎埋深應滿足抗滑要求。

輸電塔等受有上拔力的基礎,應有較大的埋深以提供所需的抗拔力。煙囪、水塔和筒體結構的基礎埋深也應滿足抗傾覆穩定性的要求。確定冷藏庫或高溫爐窯一類建筑物基礎的埋深時，應考慮熱傳導引起地基土的低溫(凍脹)或高溫(干縮)效應。

（2）工程地質和水文地質條件

選擇基礎埋深時應注意地下水的埋藏條件和動態。對底面低于潛水面的基礎，除應考慮基坑排水、坑壁圍護以及保護基土不受擾動等措施外,還應考慮可能出現的其他施工與設計問題，例如：出現涌土、流砂現象的可能性，地下水對基礎材料的化學腐蝕作用，地下室防滲，輕型結構物由于地下水頂托而上浮的可能性,地下水浮托力引起基礎底板的內力變化等。

（3）相鄰建筑物的基礎埋深

對靠近原有建筑物基礎修建的新基礎,其埋深不宜超過原有基礎的底面，否則新、舊基礎間應保留一定的凈距，其值依原有基礎荷載和地基土質而定,且不宜小于該相鄰基礎底面高差的1到2 倍，不能滿足上述要求時，應采取適宜措施以保證鄰近原有建筑物的安全。

（4）地基土凍脹和融陷的影響

季節性凍土是冬季凍結、天暖解凍的土層，在我國分布很廣。細粒土(粉砂、粉土和粘性土)凍結前的含水量如果較高、而且冰結期間的地下水位低于凍結深度不足1.5～2.0 m，則有可能發生凍脹。位于凍脹區內的基礎受到的凍脹力如大于基底以上的荷重，基礎就有被抬起的可能，土層解凍融陷，建筑物就隨之下沉。地基土的凍脹與融陷一般是不均勻的，容易導致建筑物開裂損壞。

4、基礎剛度對基底反力分布的影響

絕對柔性基礎當上部結構剛度可以忽略時，對荷載傳遞無擴散作用，如同荷載直接作用在地基上，反力分布p(x,y)則與荷載q(x，y)大小相等、方向相反。當荷載均勻時，基礎呈盆形沉降；如欲使基礎沉降均勻，則需使荷載從中部向兩端逐漸增大，呈不均勻狀。絕對剛性基礎對荷載傳遞起著“架越作用”。由于基礎為絕對剛性，迫使地基均勻沉降。由于土中塑性區的開展，反力將發生重分布。塑性區最先在邊緣處出現，反力將減小，并向中部轉移，形成馬鞍形分布。理論分析與試驗研究表明，基底反力的分布除與基礎剛度密切相關外，還涉及到土的類別與變形特性、荷載大小與分布、土的固結與蠕變特性，以及基礎的埋深和形狀等多種因素?；追戳Ψ植即笾路譃槿N類型：

（1）如果基底面積足夠大，有一定的埋深，荷載不大，地基尚處于線性變形階段，則基底反力圖多為馬鞍形；如圖（a)所示；當地基土比較堅硬時，反力最大值的位置更接近于邊緣。

（2）砂土地基上的小型基礎，埋深較淺或荷載較大，臨近基礎邊緣的塑性區逐漸擴大，這部分地基土所卸除的荷載必然轉移給基底中部的土體，導致中部基底反力增大，最后呈拋物線形，如圖（b）所示。

（3）當荷載非常大，以致地基接近整體破壞時，反力更加向中部集中而呈鐘形，如圖（c）所示；當兩端存在非常大的地面堆載或相鄰建筑的影響時，也可能出現鐘形的反力分布

5、地基土的承載力驗算

建筑物確定了基礎類型和基礎深度后,對于已知基礎底面尺寸，可以進行地基礎持力層承載力驗算。若地基受力層范圍內存在有承載力低于持力層的土層,這種土層稱為軟弱下臥層，這樣還必須對軟弱下臥層的承載力進行驗算。若基礎底面尺寸不知道,可以根據外荷載和地基承載力進行地基基礎設計，對于軸心荷載作用，可假定基礎底面形狀為正方形；對于偏心荷載，可假定基礎底面形狀為長方形，并根據偏心距的大小給出長邊和短邊的合適比例后，再進行設計。

6、地基條件對基礎受力狀況的影響

基礎受力狀況（乃至上部結構的受力狀況）還取決于地基土的壓縮性（即軟硬程度或剛度）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??；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?；A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?？紫端畨毫Φ淖兓?，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。

7、驗算基礎沉降

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中圖分類號：TU2文獻標識碼： A

一、前言

隨著經濟的發展和土地的減少，高層建筑也越來越普遍，越來越高。建筑師對外形的需求，出現了大量體型相對較復雜的建筑，寫字樓、商場、酒店、住宅等一體綜合建筑，由于使用功能的要求,同時需要大量的停車位,為解決足夠的汽車停放位置，就必須設置地下停車庫。也就形成了主、裙樓一體或主、裙樓很近的建筑。本文結合實際設計工程，就阿克蘇地區某綜合商業高層建筑基礎設計為例，簡要談談高層建筑基礎的設計。

二、工程簡介

2.1工程概況

本工程處于高烈度地區，抗震設防烈度8度，地震加速度0.20g，場地類別三類。地下室兩層，地上24層，地上高度94米，五層以上立面收進，五層以上平面不規則。結構選型采用框架剪力墻結構。

2.2工程地質情況

根據巖土工程勘察報告，場地土層分布自上而下分別為：①雜填土層，厚度1.4m~2.1m；②粉土層，厚度17.1m~19.7m，地基承載力特征值為160KPa；③圓礫層，厚度未揭穿，地基承載力特征值為300KPa。

三、基礎結構方案選擇

本工程塔樓基礎占地面積1576m2，塔樓總荷載重量為617792kN，即要求地基平均承載力為392kPa。基底標高-11.0m，基礎持力層的地基承載力特征值僅僅為160KPa，顯然天然地基不能滿足實際需要的地基承載力的需求。地質勘察單位的地勘報告結合當地施工經驗給出的方案是地基處理。本工程主樓層數較多，基底壓力大，地基沉降量也大，裙房和地下車庫層數較少，基底壓力也相對較小，地基沉降量較小，主、裙樓的差異沉降也較大。對于高層建筑，變形往往起著決定性的控制作用。本工程基礎設計中解決差異沉降是關鍵問題。

為避免沉降差造成房屋開裂甚至破壞，早期做法通常是在主、裙樓之間設置沉降縫來解決兩者間的沉降差，并采用雙柱或雙墻等措施是結構完全斷開，讓沉降兩側結構自由沉降。主樓的沉降較大，為避免裙樓基礎受到影響，采取如裙房不設地下室或減少裙房地下室層數以及增加主樓地下室的層數，是主樓基礎仍有一定的埋置深度及側向約束；考慮裙房基礎避讓，裙房基礎遠離主樓基礎等，主樓和裙樓間沉降縫的設置給建筑布局也帶來很大局限，雙柱、雙墻及裙樓懸挑也極不經濟。尤其在高烈度地震地區，由于碰撞產生的震害往往比一些地下整體地上分縫的建筑震害大。在本工程中設置沉降縫是實際情況不允許的，只能不設沉降縫，從布置和技術措施上減少沉降差。

主要通過減小主樓沉降的同時加大裙樓沉降的技術措施，以達到減小差異沉降的目的?？蛇x用的技術措施有：1）減小主樓沉降：采用壓縮模量較高的中密以上砂類土或砂卵石作為基礎持力層，其厚度一般不小于4m，并均勻且無軟弱下臥層；主樓采用整體式基礎，擴大基礎底面面積，減小基底總壓力，從而減小基底附加壓力；主樓采用加固方法，適當提高地基承載力和減小沉降差；主樓可采用樁基礎或復合地基。2）加大裙樓沉降：裙樓基礎應盡可能控制底面積不致過大，采用整體性差，沉降量大的獨立基礎或條形基礎；地下水位較高時，可采用獨立基礎加防水板或條形基礎加防水板，防水板下應設置一定厚度的易壓縮材料，使之避免因獨立柱基或條形基礎沉降時與防水板成為滿堂底板；裙樓基礎埋置深度小于主樓，使裙樓基礎持力層土的壓縮性高于主樓基礎持力層的壓縮性；裙樓與主樓采用不同的基礎形式，主樓采用樁基礎或復合地基，裙樓采用天然地基。

結合實際情況本工程最后確定方案為地基采用CFG復合地基，主樓提高地基承載力特征值至400KPa，裙樓及地下車庫提高地基承載力特征值至250KPa。由于主樓層數較多，基底反力大，地基沉降量也大，決定主樓采用混凝土用量少，結構剛度大的梁板式筏形基礎，裙樓層數較少，基底壓力也相對較小，地基沉降量較小，并且其中的一個框架柱離主樓較近，裙樓采用條形基礎，其余主、裙樓外擴地下室采用獨立基礎。

四、梁板式筏基的結構設計

4.1 筏板基礎的平面布置

盡量使建筑物重心與筏基平面的形心重合。筏基邊緣宜外挑，挑出寬度應由地基條件、建筑物場地條件、柱距及柱荷載大小、使地基反力與建筑物重心重合或盡量減少偏心等因素綜合確定，一般情況下，挑出寬度為邊跨柱距的1/4～1/3。

4.2梁板式筏基截面的確定

筏板基礎的厚度由抗沖切和抗剪強度確定，同時要滿足抗滲要求，局部柱距及柱荷載較大時，可在柱下板底加墩或設置暗梁且配置抗沖切箍筋，來增加板的局部抗剪切能力，避免因少數柱而將整個筏板加厚。除強度驗算控制外，還要求筏板基礎有較強的整體剛度。一般經驗是筏板的厚度按地面上樓層數估算，每層約需板厚50mm~80mm。本工程主樓地上24層，估算梁板式筏基梁截面900×2000，筏板厚度為900mm；由于板跨較大，在板跨中加設次梁。

4.3基礎的內力分析

筏板基礎的內力分析常用簡化計算方法，其最基本的特點是將由上部結構、基礎和地基3部分構成的一個完整的靜力平衡體系，分割成3個部分，獨立求解。倒樓蓋法是應用得最廣泛的一種簡化計算方法。倒樓蓋法適用于地基比較均勻、筏板基礎和上部結構剛度相對較大、柱軸力及柱距相差不大；其缺點是完全不能考慮基礎的整體作用，也無法計算撓曲變形，夸大上部結構剛度的影響。

上部結構、基礎和地基三者的關系是相互影響、相互制約的關系。把上部結構、基礎和地基三者作為一個共同工作的整體的計算方法，其最基本的假定是上部結構與基礎、基礎與地基連接界面處變形協調，整個體系符合靜力平衡。對于基礎，由于考慮了上部結構剛度的貢獻，使其整體彎曲變形和內力減小，而取得較為經濟的效果；對于上部結構，由于考慮了因基礎變形引起的變形，這種變形將使上部結構產生次應力，考慮了這種次應力，結構將更安全。

本工程由于處理后的復合地基的地基承載力特征值的不同，基礎形式的差別，在實際設計中對梁板式筏基、條形基礎和獨立基礎分別分兩次進行計算基礎面積和配筋。

4.4后澆帶設置

由于本工程結構長度超出規范要求，為減少混凝土強度產生過程中的收縮應力和消除在施工中產生的不均勻沉降，在主樓內部和裙房一側設置用于控制收縮和沉降差的后澆帶，因為收縮后澆帶和沉降后澆帶的封帶時間不同，要根據實際工程的現場沉降實測值和計算的后期沉降差滿足設計要求后，方可進行后澆帶混凝土澆筑。

五、結語

高層建筑基礎設計是整個結構設計的重要一環，其設計合理與否，關系到建筑物的安全和使用及施工工期和投資額度。本文通過工程實例，對高層建筑基礎設計進行探討，重點介紹了解決主、裙樓差異沉降的問題和根據場地條件來確定基礎選型。

參考文獻：

[1] JGJ 3-2010高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.

[2]GB50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2011.

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基礎是房屋結構的重要組成部分，房屋所受的各種荷載都要經過基礎傳至地基。由于小高層建筑層數多、上部結構荷載較大，導致使其基礎具有埋置深度大，材料用量多，施工周期長，工程造價高等特點。為此，小高層建筑基礎設計時應滿足以下幾方面的要求：

（1）基礎的總沉降量和差異沉降量滿足規范規定的允許值；

（2）滿足天然地基或復合地基承載力及樁基承載力的要求；

（3）地下結構滿足建筑防水的要求；

（4）預先估計在基礎施工過程中對毗鄰房屋或市政設施的影響，并盡可能避免或減輕這種影響和干擾。

1 基礎的選型

應選用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節不均勻沉降的基礎形式。天然地基上的筏形基礎比較經濟，宜優先采用；必要時也可采用箱形基礎；當地質條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形的要求時，也可采用交叉梁基礎或其它基礎形式；當地基承載力和變形不能滿足設計要求時，可采用樁基或復合地基。

基礎是否發生傾斜是小高層建筑是否安全的關鍵因素。小高層建筑由于質心高、荷載大，對基礎底面一般難免有偏心，故在沉降過程中，建筑物總重量對基礎底面形心將產生新的傾覆力矩增量，而此傾覆力矩增量又產生新的傾斜增量，傾斜可能隨之增長，直至地基變形穩定為止。因此，為減少基礎產生傾斜，應盡量使結構豎向荷載重心與基礎平面形心相重合，當偏心難以避免時，應對其偏心距加以限制?！陡邔右幊獭芬幎?，在地基土比較均勻的條件下，箱形基礎、筏形基礎的基礎平面形心宜與上部結構豎向永久荷載重心重合。當不能重合時，偏心距e宜符合下式要求：

――與偏心方向一致的基礎地面邊緣抵抗矩（）；

A――基礎底面面積（）。

對低壓縮性地基或端承樁基的基礎，可適當放寬偏心距的限制。按上式計算時，裙房與主樓可分開考慮。

2 基礎的埋置深度

小高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度，這主要是考慮了以下幾方面的因素：

2.1 增大基礎埋深可保證高層建筑在水平荷載（風和地震作用）作用下的地基穩定性，減少建筑的整體傾斜，防止傾覆和滑移，利用土的側限形成嵌固條件，保證小高層建筑的穩定；

2.2 由于基礎增大埋深，可使地基的附加壓力減小，且地基承載力的深度修正也加大，則可以提高地基的承載力，減少基礎的沉降量；

2.3 增大基礎埋深，可使地下室外墻與土體之間的摩擦力和被動土壓力增大，從而限制了基礎在水平荷載作用下的擺動，使基礎底面上反力分布趨于平緩；

2.4 地震作用下結構的動力效應與基礎埋置深度關系較大，增大埋深，可使阻尼增大，結構的地震反應減小，而且土質越軟，埋置深度越大，地震反應減小得越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。實測表明，有地下室的建筑地震反應可降低（20―30）％。

基礎的埋置深度對房屋造價、施工技術措施、工期以及保證房屋正常使用等都有很大的影響?；A埋置太深，還會增加房屋的造價；而埋置太淺，通常又不能保證房屋的穩定性。因此，基礎設計時應根據實際情況選擇一個合理的埋置深度。當基礎直接擱置在基巖上時，可以不考慮埋深的要求，但一定要做好地錨，保證基礎不發生滑移。

3 小高層建筑常用基礎形式

3.1 筏形基礎設計

筏形基礎也稱為片筏基礎或筏式基礎，是小高層建筑中常用的一種基礎形式，它適用于小高層建筑地下部分用做商場、停車場、機房等大空間房屋。筏形基礎具有整體剛度大，能有效地調整基底壓力和不均勻沉降，并有較好的防滲性能；

3.1.1 筏形基礎尺寸的確定

筏形基礎的平面尺寸應根據地基土的承載力、上部結構的布置及其荷載的分布等因素確定。在確定基礎平面尺寸時，為避免基礎發生過大的傾斜和改善基礎受力狀況，應使基礎平面形心與上部結構豎向荷載重心之間的偏心距滿足要求。

當滿足地基承載力時，筏形基礎的周邊不宜向外有較大的伸挑擴大。當需要外挑時，其外挑長度一般不宜大于同一方向邊跨柱距的1/4―1/3,同時宜將肋梁伸至筏板邊緣；周邊有墻的筏形基礎，其外挑長度一般為1m 左右，也可不外伸。

3.1.2 筏形基礎的基底反力及內力計算

筏形基礎的設計方法，根據采用的假定不同可分為剛性板方法和彈性板方法兩大類。彈性板方法又可分為經典解析法、數值分析法（如有限差分法、有限單元法和樣條函數法）和等代交叉彈性地基梁法等；彈性板方法雖未考慮上部結構的作用，但考慮了地基與基礎的相互作用，與實際情況較為符合。

當地基土比較均勻，上部結構剛度較好，平板式筏形基礎的厚跨比或梁板式筏形基礎的肋梁高跨比不小于1/6，柱間距及柱荷載的變化不超過20％時，小高層建筑的筏形基礎可僅考慮局部彎曲作用，按倒樓蓋法（即剛性板方法）進行計算。按剛性板方法計算時，假定基礎底板相對于地基而言是絕對剛性的，則筏形基礎的內力可按基底反力直線分布進行計算。當不符合上述條件，如地基比較復雜、上部結構剛度較差，或柱荷載及柱間距變化較大時，筏形基礎的基底反力宜按彈性板方法進行計算。

梁板式筏形基礎內力計算當框架的柱網在縱橫兩個方向上尺寸的比值小于2，且在柱網單元內不再布置次肋梁時，可將筏形基礎近似地視為一倒置的樓蓋，地基凈反力作為荷載，筏板按雙向多跨連續板計算，肋梁按多跨連續梁計算，如下圖所示。由于基礎與上部結構的共同作用，致使基礎端部處的基底反力增加，

3.2 箱形基礎設計

箱形基礎是由鋼筋混凝土頂板、底板、外墻和內墻組成的空間整體結構，是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式。它具有很大的剛度和整體性，能有效地調節基礎的不均勻沉降，常用于上部結構荷載大，地基軟弱且分布不均勻的情況；由于箱形基礎的埋置深度較大，周圍土體對其具有嵌固作用，因而可以增加建筑物的整體穩定性，并對結構抗震有較好的效果。

3.2.1 箱形基礎的一般規定

箱形基礎的高度應滿足結構的承載力和剛度要求，并根據建筑使用要求確定。為了使箱形基礎具有一定的剛度，能適應地基的不均勻沉降，滿足使用功能上的要求，減少不均勻沉降引起的上部結構附加應力，一般不宜小于箱基長度（不計墻外懸挑板部分）的1/20，且不宜小于3m。

3.2.2 箱形基礎基底反力計算

確定基底反力是箱形基礎設計的關鍵問題，由于影響基底反力的因素較多，如土質、上部結構的剛度、荷載分布和大小、基礎埋深、尺寸和形狀等，精確地確定箱形基礎基底反力是一非常復雜和困難的問題，可以按照彈性地基上的梁板理論計算，不僅工作量大，且計算結果與實測值比較差別較大，因此，至今尚沒有一種可靠而實用的計算方法。

實測結果表明，在軟土地區，縱向基底反力一般呈馬鞍形，反力最大值離基礎端部的距離約為基礎長邊的1/9―1/8，最大值為平均值的1.06―1.34 倍（圖(a)）；在第四紀粘性土地區，縱向基底反力分布曲線一般呈拋物線形，最大反力值約為平均值的1.25―1.37 倍（圖(b)）

3.2.3 箱形基礎內力分析

箱形基礎頂板和底板在地基反力和水壓力及上部結構傳下來的荷載作用下，上部結構剛度對基礎內力有較大影響，由于上部結構參與共同作用，分擔了整個體系的整體彎曲應力，基礎內力將隨上部結構剛度的增加而減小，但這種考慮共同作用的分析方法計算上比較復雜，距實際應用還有一定的距離。目前在實際工程中是根據具體的上部結構體系分別采用下述兩種計算方法。

（1）按局部彎曲計算

考慮到整體彎曲的影響?？v橫方向支座鋼筋尚應有1/3 至1/2 的鋼筋連通，且連通鋼筋的配筋率分別不小于0.15％（縱向）、0.10％（橫向），跨中鋼筋按實際需要的配筋全部連通。

（2）同時考慮局部彎曲和整體彎曲計算

對不符合上述要求的箱形基礎，應同時考慮局部彎曲和整體彎曲作用。計算整體彎曲時應考慮上部結構與箱形基礎的共同作用。

3.3 樁基礎設計

樁基礎是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式，適用于上部結構荷載較大，地基在較深范圍內為軟弱土且采用人工地基無條件或不經濟的情況下。樁基礎由承臺和樁身兩部分組成，承臺承受上部結構傳來的荷載，并把它分布到各根樁，在通過樁傳到深層土上；因此，在承受豎向荷載時，樁基礎的作用是將上部結構的荷載通過樁尖傳到深層較堅硬的地基中，或通過樁身傳給樁身周圍的地基中；對于水平荷載，主要是依靠承臺側面以及樁上段周圍土體的擠壓力來抵抗。

樁基承臺是上部結構與樁之間相聯系的結構部分，樁基承臺的構造，除滿足抗沖切、抗剪切、抗彎承載力和上部結構的要求外，承臺的寬度不應小于500mm。邊樁中心至承臺邊緣的距離不宜小于樁的直徑或邊長，且樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不小于150mm；對于條形承臺梁，樁的外邊緣至承臺梁邊緣的距離不小于75mm。承臺的最小厚度不應小于300mm。承臺的配筋，對于矩形承臺其鋼筋應按雙向均勻通長布置(圖(a))，鋼筋直徑不宜小于10mm，間距不宜大于200mm；對于三樁承臺，鋼筋應按三向板帶均勻布置，且最里面的三根鋼筋圍成的三角形應在柱截面范圍內(圖(b))；承臺梁的主筋除滿足計算要求外，尚應符合混凝土結構設計規范關于最小配筋率的規定，主筋直徑不宜小于12mm，架立筋不宜小于10mm，箍筋直徑不宜小于6mm(圖(c))。承臺混凝土強度等級不應低于C20，縱向鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于70mm，當有混凝土墊層時不應小于40mm。

4 小高層基礎設計實例

4.1 工程概況

某住宅樓，地下一層，地上8層（其中地下一層為人防地下室；地上均為住宅）。住宅樓為框架―剪力墻結構，建筑總面積為5665。建筑物耐久年限為50年；建筑類別為一類；建筑耐火等級為一級；建筑抗震烈度為8度。

4.2 基礎設計

4.2.1 基礎選型

本設計上部結構荷載適中，但地基土軟弱，持力層較深，用天然淺基礎或僅作簡單的人工地基加固仍不能滿足要求，該上部建筑物對沉降要求嚴格。因此選用樁基礎，又由于上部結構是框架―剪力墻結構，承受荷載的既有框架柱又有剪力墻，故優先考慮樁筏基礎。本設計采用平板式樁筏基礎。

4.2.2 樁筏基礎設計

此樁筏基礎采用不考慮共同作用的計算方法，即上部結構視為柱底（墻底）固端約束的獨立結構，用結構力學方法求出外荷載作用下結構內力和柱底及墻底反力，然后將求出的柱底（墻底）固端力作用于基礎，假設外荷載全部由樁承擔，由外荷載和單樁承載力確定樁數，再按材料力學要求或構造要求確定承臺的尺寸和配筋。

4.2.3 樁型選擇、施工工藝和承臺埋深

樁型選擇端承摩擦樁，施工工藝選擇鉆孔灌注樁（采用泥漿護壁），承臺底面埋深6.3m。

4.3 初步選擇樁斷面及持力層，估算單樁承載力，確定樁數并進行平面布置

4.3.1 選擇樁端持力層，估算單樁承載力

樁基持力層宜選擇在壓縮性較低的土層中，且需綜合考慮樁基承載力的要求以及布樁條件。分別選擇第層（粉質粘土）、第層（粉質粘土）、第層（粉質粘土）作為樁端持力層，樁長分別為20m、26m、33m。按照《建筑樁基技術規范》JGJ94―94中的經驗公式確定單樁承載力標準值。

然后分別計算個樁長下所需樁數

4.3.2 樁數的初步確定及其平面布置

按照以下原則進行樁的平面布置①盡可能使群樁橫截面的形心與長期荷載的合力作用點重合；②盡量將樁布置在靠近承臺（筏板）的邊緣部分，以增加樁基的慣性矩；③保持樁矩=（3～4）d左右為宜，樁在平面上的布置多采用行列式。初步選定樁長10m，樁徑400mm的樁，極限承載力為629.9kN，樁數20根。

4.3.3 筏板尺寸

板厚取1.4m（待沖剪驗算后最終確定），縱向外伸350mm（到外柱外邊緣），橫向外伸取800mm（到外柱外邊緣）。其下設100mm后的素混凝土墊層。

4.4 樁頂作用效應驗算

4.4.1 上部荷載及基礎自重完全由樁來承擔（即不考慮底板下土的分擔作用），樁頂反力按直線型分布計算

樁頂作用效應滿足

4.4.2 群樁中單樁豎向承載力的驗算

在荷載作用下，存在群樁效應問題，群樁承載力并不等于單樁承載力之和。根據《建筑樁基技術規范》JGJ94-94的規定

（式7）

經計算10m的樁不能滿足要求，改選12m長的樁滿足要求。單樁承載力為735.6kN。

4.5 樁筏基礎沉降驗算

對于樁-筏基礎的整體沉降計算，現行規范沒有給出明確的規定。目前主要有兩類計算方法。一類是從樁-筏基礎的受力機理出發得到“簡易理論法”；一類是從彈性理論出發得到的半經驗半理論公式。本設計采用的沉降計算的簡易理論方法。首先根據外荷P與地基總抗力T的大小關系確定計算模式。 一種模式為P>T的實體深基礎模式；一種模式為P≤T 的復合地基計算模式。經計算知本設計為P≤T的復合地基計算模式。整體最終沉降量

其中：為樁身壓縮量; 為樁段平面一下壓縮厚度范圍內的壓縮量。按軸心受壓構件軸力按三角形分布計算；按分層總和法計算。計算結果為7.84cm，滿足規范中要求高層建筑整體沉降量不大于20cm的要求。

5 結論

小高層建筑由于既能適應現代居住生活要求，又可以在一定的程度上提高土地利用率、節約土地資源，得到人們的青睞。建筑基礎作為上部結構和地基之間的紐帶，其質量優劣直接關系到上部結構的安全與否。設計人員在進行小高層基礎設計時應當根據建筑物所處的地區、業主的要求以及地質條件，在滿足國家規范及強制性條文的要求下，進行恰當的選型，科學的計算和驗證分析進行基礎的設計。隨著人們對地基基礎研究的不斷深入，小高層建筑基礎設計也會取得新的發展。

參考文獻

[1]李紅偉. 淺議多高層建筑的基礎設計[J]. 黑龍江科技信息, 2011,(16).

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一、高層建筑基礎設計選型的重要性

1、高層基礎如果設計方法不對或者選型不當，將嚴重影響建筑物的安全性。不恰當的基礎設計，可能因承載力不足引起建筑物的不均勻沉降，導致建筑物開裂或傾斜，引起難以修復的工程質量問題。

2、選擇合理的基礎形式是降低工程造價的一個有效措施。基礎工程在建筑工程造價中占有很大的比重，通常情況下可以達到25%左右，在結構復雜或者地質情況復雜時，所占比重還會有所增加。因此，選擇合理的基礎形式能夠有效降低工程造價。

3、合理選擇基礎形式對縮短施工工期具有重要意義。據統計，基礎工程的施工工期可以占到土建工程工期的 30%左右，因此正確選擇合理的基礎形式對節省施工工期有很大的意義。

二、高層建筑基礎設計分析方法

經過工程技術人員多年的實踐與研究，高層建筑地基、基礎共同作用的事實已被人們所認同。目前，最理想的分析方法是上部結構與地基、基礎共同作用的分析方法。在這種方法中，地基、基礎、上部結構之間，同時滿足接觸點的靜力平衡和接觸點的變形協調兩個條件，即將上部結構、基礎和地基三者看成是一個彼此協調的整體進行分析。

三、高層建筑基礎選型

1、基礎選型的依據

在一般情況下，高層建筑基礎設計選型時應考慮以下因素的影響。

①地質條件的影響。地質條件是影響高層基礎選型的一個非常重要因素，雖然建設場地的地質條件在多數情況下是隱蔽的、復雜的和可變的，但目前的工程勘察和技術手段，一般能做到相對的準確。作為設計人員，對提供的地質資料要能夠進行準確分析和正確判斷，進而能夠合理地進行基礎設計，并在施工過程中根據具體的地質條件變化修改設計。

②上部建筑結構形式的影響。不同的上部結構，對地基不均勻沉降的敏感程度也不相同，對地基不均勻沉降越敏感的上部結構，則應選擇剛度較大的基礎形式。因此要根據上部結構的不同結構形式（框架、框架剪力墻、剪力墻結構等）選配合理的基礎型式。

③要根據建筑結構的特點，荷載大小，建筑物層數，高度、跨度大小等因素來選擇最佳的基礎形式。

④高層建筑基礎設計應滿足建筑物使用上的具體要求。例如要滿足人防、地下車庫、地下商場等各種建筑類型的具體要求。

⑤高層建筑基礎設計還要滿足構造的要求。例如箱型基礎，要滿足埋深、高度，基底平面形心與結構豎向靜荷載重心相重合，偏心距、沉降控制等要求。

⑥抗震性能對基礎選型的影響。高層建筑對地震作用更加敏感，在地震作用下，基礎可能出現過大變形、不均勻沉降和傾覆，所以在基礎選型時，一定要充分考慮到地震作用的影響。

⑦周圍已有建筑物對基礎選型的影響。周圍已有建筑物對基礎選型影響也很大，如與已建建筑物間距過小時，若采用筏型或箱型基礎，在深基坑開挖時，是否會對已有建筑物的基礎或主體造成局部下沉、開裂等；如基礎采用預制樁，打樁時的震動能否造成已有建筑物開裂或女兒墻、雨篷等構件的傾覆、倒塌、墜落等。

⑧施工條件對基礎選型的影響。施工隊伍素質能否保證施工質量；材料、設備、機具等能否就近購買或租賃；施工期間的氣候條件等都是影響基礎選型的因素。

⑨工程造價對基礎選型的影響。應在滿足功能的前提下，選用造價最經濟的基礎設計方案。

2、幾種常見基礎類型的適用條件分析。

2.1筏型基礎。是高層建筑常用的基礎形式之一。它的適用條件為：①對于軟土地基，當使用條形基礎不能滿足上部結構的容許變形和地基容許承載力時；②當高層建筑的柱距較小，而柱子的荷載較大，必須將基礎連成一整體，才能滿足地基容許承載力時；③風荷載或地震荷載起主要作用的高層建筑，欲使基礎有足夠的剛度和穩定性時。

2.2箱形基礎。箱形基礎是高層建筑中廣泛使用的一種基礎，具有很大的剛度和整體性。對地基的不均勻沉降起到調節或減小的作用。因此適用于上部荷載大而地基土又比較軟弱的情況。

2.3樁基礎。樁基礎也是高層建筑中常用的一種基礎形式。它的適用條件為：①淺表土層軟弱，在較深處有能承受較大荷載土層作為樁基礎的持力層時；②在較大深度范圍內，土層均較軟弱，且承載力較低時；③高層建筑結構傳遞給基礎的垂直和水平荷載很大時；④高層建筑對于不均勻沉降非常敏感和控制嚴格時；⑤地震區采用樁基礎可提高建筑物的抗震能力時。

2.4柱下獨立基礎。它的適用條件為：當上部結構為框架結構、無地下室、地基土質較好、荷載較小、柱網分布較均勻時，可采用柱下獨立基礎。在抗震設防區，其縱橫方向應設連系梁，連系梁可按柱垂直荷載的 10%引起的拉力和壓力分別驗算。

2.5十字交叉鋼筋混凝土條形基礎。它的適用條件為：①當上部結構為框架剪力墻結構、無地下室、地基條件較好時；②當上部結構為框架剪力墻結構、有地下室、無特殊防水要求、柱網、荷載及開間分布比較均勻、地基較好時；③當上部結構為框架或剪力墻結構、無地下室、地基較差、荷載較大時，為了增加基礎的整體性和減少不均勻沉降。

2.6其它基礎形式，如板式、樁箱基礎、樁筏基礎等，可根據各種影響因素的具體情況，合理地進行比選，由設計者自行選擇。

四、結論

設計人員在進行高層建筑基礎選型設計時，一定要綜合考慮各方面因素的影響，針對具體情況選擇合理的基礎形式，采用正確的設計方法，這樣才能保證結構的安全與穩定，也會給建筑工程的質量、造價和工期帶來效益。

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中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：

1 基礎設計要點

任何建筑物基礎設計前必須掌握足夠的資料，這些資料包括兩大部分: 一部分是地質資料，另一部分是有關上部結構資料。對這些資料的要求可根據需要而有所區別。對于高層建筑一般要求更詳細的資料，在分析地質資料時應注意對地基類型進行判別并考慮可能發生的問題，要研究土層的分布，查明地下水及地面水的活動規律，調查擬建建筑物周圍及地下的情況，在分析上部結構時應特別注意建筑物的重要性、建筑物體型的復雜程度和結構類型及其傳力體系。任何一個成功的基礎工程都必須能滿足以下各項穩定性及變形要求:

1) 埋深應足以防止基礎底面下的物質向側面擠出，對單獨基礎及筏形基礎尤為重要。

2) 埋深應在凍融及植物生長引起的季節性體積變化區以下。

3) 體系在抗傾覆、轉動、滑動或防止土破壞( 抗剪強度破壞) 方面必須是安全的。

4) 體系對土中的有害物質所引起的銹蝕或腐蝕方面必須是安全的，在利用垃圾堆筑地時，這點尤為重要。

5) 體系應足以對付以后在場地或施工幾何尺寸方面出現的某些變化，并在萬一出現重大變化時能便于變更。

6) 從設置方法的角度看，基礎應是經濟的。

7) 地基總沉降量及沉降差應為基礎構件和上部結構構件所容許。

8) 基礎及其施工應符合環境保護標準的要求。

2 基礎的選型

基礎結構的形式很多。設計時應選擇能適應上部結構使用、滿足地基基礎設計兩項基本要求以及技術上合理的基礎結構方案。作為整體結構之一的基礎，其不可替代的功能決定了基礎設計除需滿足強度和上部結構的其他要求之外，還應滿足上部結構對基礎結構的強度、剛度和耐久性要求。合理選擇基礎形式是結構設計很重要的階段，天然地基上的筏形基礎比較經濟，宜優先采用，另外依據地質勘察情況還可采用箱基、樁基或采取復合地基形式?；A是否發生傾斜是高層建筑是否安全的關鍵因素。高層建筑由于質心高、荷載大，對基礎底面一般難免有偏心，故在沉降過程中，建筑物總重量對基礎底面形心將產生新的傾覆力矩增量，而此傾覆力矩增量又產生新的傾斜增量，傾斜可能隨之增長，直至地基變形穩定為止。因此，為減少基礎產生傾斜，應盡量使結構豎向荷載重心與基礎平面形心相重合，當偏心難以避免時，應對其偏心距加以限制?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》中規定，在地基土比較均勻的條件下，箱形基礎、筏形基礎的基礎平面形心宜與上部結構豎向永久荷載重心重合。當不能重合時，偏心距 e 宜符合式( 1) 要求:e ≤ 0. 1W / A ( 1)式中 W―――與偏心距方向一致的基礎底面邊緣抵抗距，m3;A―――基礎底面積，m2。

3 基礎的埋深

高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度，這主要是考慮了以下幾方面的因素:

1) 增大基礎埋深可保證高層建筑在水平荷載( 風和地震荷載) 作用下的地基穩定性，減少建筑的整體傾斜，防止傾覆和滑移，利用土的側限形成嵌固條件，保證高層建筑的穩定。

2) 由于基礎增大埋深，可使地基的附加壓力減小，且地基承載力的深度修正也加大，則可以提高地基的設計承載力，減少基礎的沉降量。

3) 增大基礎埋深，可使地下室外墻與土體之間的摩擦力和被動土壓力增大，從而限制了基礎在水平荷載作用下的擺動，使基礎底面上反力分布趨于平緩。

4) 地震作用下結構的動力效應與基礎埋置深度關系較大，增大埋深，可使阻尼增大，結構的地震反應減小，而且土質越軟，埋置深度越大，地震反應減小的越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。實測表明，有地下室的建筑地震反應可降低 20% ～30%。在確定基礎埋深時，應結合建筑物的高度、體型并綜合考慮地質條件及使用功能等條件的影響?；A埋深需滿足如下規定:

1) 天然及復合地基，宜取1H/15( H 為房屋總高度) 。

2) 樁基礎不計樁長，宜取1H/18。

3) 基礎的埋深對房屋造價、施工技術措施、工期以及保證房屋正常使用等都有很大的影響?；A埋置太深，會增加房屋的造價; 而埋置太淺，通常又不能保證房屋的穩定性。因此，基礎設計時應根據相關規范及實際情況選擇一個合理的埋置深度。當基礎直接擱置在基巖上時，在滿足地基承載力、穩定性要求及其他要求的前提下，基礎埋深可適當放松。當地基可能產生滑移時，應采取有效的抗滑移措施。

4) 箱型基礎的埋深還應考慮抗浮設計水位的影響。

4 高層建筑基礎常用類型的選取及比較

1) 筏型基礎。筏基是目前高層建筑中常見的一種基礎形式。其選取條件如下: ①當基礎持力層無法滿足上部結構的容許變形及地基容許承載力要求時，采用筏基可以增大其基底面積從而提高基礎承載力、減小基底變形; ②高層建筑在水平荷載( 如: 風荷載、地震荷載等) 的作用下，采取筏基可以提高整體結構的剛度和穩定。

2) 樁基礎。樁基礎是目前高層建筑中另一種常見的基礎形式。其選取條件如下: ①當淺表土層地基承載力無法滿足上部結構承載力要求，而符合承載力要求的持力層土層在較深處時，宜采用樁基; ②天然地基承載力和變形不能滿足要求的高重建筑物，或者天然地基承載力基本滿足要求、但沉降量過大，需利用樁基礎減少其沉降的影響，或在使用上、生產上對沉降量要求比較嚴格的高層建筑物。

3) 柱下獨基。獨立基礎主要適用于小高層框架結構，當地基承載力較大，地基土性質分布均勻，柱間傾斜變形較小時采用。同時為增強整體結構及基礎的剛度和穩定性，在縱橫方向設置連系梁，連系梁按偏拉、壓構件進行計算。

其他基礎形式如箱形基礎、十字交叉鋼筋混凝土條形基礎、樁筏基礎等，可根據各種影響因素的具體情況，合理地進行選擇。

5 基礎設計的注意事項

隨著經濟的發展高層建筑的數量及其形式的多樣化、復雜化也隨之增長，這勢必給高層建筑基礎設計帶來若干問題和困難，以下為基礎設計中常見的幾個問題。

1) 不重視地基基礎的設計等級。 《地基規范》3. 0. 1條規定，根據地基復雜程度、建筑物規模和功能特征等條件，將地基基礎的設計統一分為三個等級。而在 3. 0. 2 條規定，根據高層建筑地基基礎的設計等級同時考慮地基變形( 在長期荷載作用下) 對上部結構的影響，地基基礎設計

須滿足如下要求: ①所有建筑物的地基承載力設計須滿足要求; ②屬于甲、乙級設計等級的建筑，應進行地基變形驗算; ③屬于丙級的建筑有 《地基規范》規定的 5 種情況

之一時，應作變形驗算。

2) 抗浮設計時不區分實際情況即進行抗浮驗算: ①抗浮驗算時上部結構永久荷載須乘以分項系數，分項系數可根據 《荷載規范》或當地地區標準取值，驗算建筑物抗浮能力應滿足:建筑物永久荷載水浮力≥1. 0，其中，永久荷載取標準值，永久荷載與水浮力的分項系數按 《荷載規范》或參照 《北京細則》取值。②當結構基礎設計需要采取抗浮措施時，應按工程具體情況區別對待。當高層建筑主體基礎與裙房地下結構空間連成整體，均采用樁基，可采取抗拔樁來解決抗浮問題; 當主體與裙房地下結構空間未連成整體，采用天然地基會產生沉降差，則抗浮常采取配重( 配重材料通常采用素混凝土，重度大于等于 30kN/m3鋼渣混凝土或砂石料) 的方法。

3) 設置地下室對基礎設計與整體結構的影響不了解。①高層建筑設置地下室除了能增加建筑物的使用空間功能( 如作停車庫、設備機房等) 外，還會對地基基礎和地面以上的整體結構的受力性能有很大的貢獻。地下室深基坑的開挖，對天然地基或復合地基的基礎能起到很大的卸載和補償作用，從而減少了地基的附加壓力，增強了地基承載力的計算值。②地下室周邊后期夯實的回填土對埋深較大的地下室外圈混凝土墻施加了被動土壓力的同時，還對外圈擋土墻產生摩阻力，使基礎的穩定性得以增強。同時使基礎板底反力平緩分布。根據結構設計經驗，通常將地下室埋置深度不小于高層建筑總高度的 1/11~1/9時，可不考慮由于偏壓引起的整體傾覆問題。所以，對于高層建筑的基礎設計，必須加強對地下室周邊回填土的質量要求和控制，土回填越密實，抗剪強度越高，提供的被動土壓力也就越大，對基礎的穩定越有保證。

結語:

隨著高層建筑在我國的日益普遍，高層建筑基礎作為高層建筑結構體系中的重要組成部分必然受到設計人員的重視。論文就高層建筑基礎設計的重要性和基礎設計前的準備內容、基礎選型、基礎埋深及常見基礎類型的適用條件進行簡單的分析介紹，并對基礎設計過程中容易誤解和忽視的內容進行介紹、總結，避免設計人員在基礎設計過程中出現類似問題。

參考文獻:

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篇（6）

基礎是房屋結構的重要組成部分，房屋所受的各種荷載都要經過基礎傳至地基。由于小高層建筑層數多、上部結構荷載較大，導致使其基礎具有埋置深度大，材料用量多，施工周期長，工程造價高等特點。為此，小高層建筑基礎設計時應滿足以下幾方面的要求：(1)基礎的總沉降量和差異沉降量滿足規范規定的允許值；（2）滿足天然地基或復合地基承載力及樁基承載力的要求；（3）地下結構滿足建筑防水的要求；（4）預先估計在基礎施工過程中對毗鄰房屋或市政設施的影響，并盡可能避免或減輕這種影響和干擾。

1、基礎的選型

應選用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節不均勻沉降的基礎形式。天然地基上的筏形基礎比較經濟，宜優先采用；必要時也可采用箱形基礎；當地質條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形的要求時，也可采用交叉梁基礎或其它基礎形式；當地基承載力和變形不能滿足設計要求時，可采用樁基或復合地基。

基礎是否發生傾斜是小高層建筑是否安全的關鍵因素。小高層建筑由于質心高、荷載大，對基礎底面一般難免有偏心，故在沉降過程中，建筑物總重量對基礎底面形心將產生新的傾覆力矩增量，而此傾覆力矩增量又產生新的傾斜增量，傾斜可能隨之增長，直至地基變形穩定為止。

2、基礎的埋置深度

小高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度，這主要是考慮了以下幾方面的因素：

（1）增大基礎埋深可保證高層建筑在水平荷載（風和地震作用）作用下的地基穩定性，減少建筑的整體傾斜，防止傾覆和滑移，利用土的側限形成嵌固條件，保證小高層建筑的穩定；

（2）由于基礎增大埋深，可使地基的附加壓力減小，且地基承載力的深度修正也加大，則可以提高地基的承載力，減少基礎的沉降量；

（3）增大基礎埋深，可使地下室外墻與土體之間的摩擦力和被動土壓力增大，從而限制了基礎在水平荷載作用下的擺動，使基礎底面上反力分布趨于平緩；

（4）地震作用下結構的動力效應與基礎埋置深度關系較大，增大埋深，可使阻尼增大，結構的地震反應減小，而且土質越軟，埋置深度越大，地震反應減小得越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。實測表明，有地下室的建筑地震反應可降低（20―30）％。

基礎的埋置深度對房屋造價、施工技術措施、工期以及保證房屋正常使用等都有很大的影響?；A埋置太深，還會增加房屋的造價；而埋置太淺，通常又不能保證房屋的穩定性。因此，基礎設計時應根據實際情況選擇一個合理的埋置深度。當基礎直接擱置在基巖上時，可以不考慮埋深的要求，但一定要做好地錨，保證基礎不發生滑移。

3、小高層建筑常用基礎形式

（1）筏形基礎設計

筏形基礎也稱為片筏基礎或筏式基礎，是小高層建筑中常用的一種基礎形式，它適用于小高層建筑地下部分用做商場、停車場、機房等大空間房屋。筏形基礎具有整體剛度大，能有效地調整基底壓力和不均勻沉降，并有較好的防滲性能力。

（2）箱形基礎設計

箱形基礎是由鋼筋混凝土頂板、底板、外墻和內墻組成的空間整體結構，是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式。它具有很大的剛度和整體性，能有效地調節基礎的不均勻沉降，常用于上部結構荷載大，地基軟弱且分布不均勻的情況；由于箱形基礎的埋置深度較大，周圍土體對其具有嵌固作用，因而可以增加建筑物的整體穩定性，并對結構抗震有較好的效果；同時，因挖除了相當厚度的土層，減少了基礎底板的附加壓力，使高層建筑可以建造在比較軟弱的天然地基上，形成所謂補償性基礎，從而取得較好的經濟效果。

1）箱形基礎的一般規定

箱形基礎的高度應滿足結構的承載力和剛度要求，并根據建筑使用要求確定。為了使箱形基礎具有一定的剛度，能適應地基的不均勻沉降，滿足使用功能上的要求，減少不均勻沉降引起的上部結構附加應力，一般不宜小于箱基長度（不計墻外懸挑板部分）的1/20，且不宜小于3m。當建筑物有多層地下室時，可以僅將最下面一層或兩層地下室設計為箱形基礎，也可將全部多層地下室設計成箱形基礎。

2）箱形基礎基底反力計算

確定基底反力是箱形基礎設計的關鍵問題，由于影響基底反力的因素較多，如土質、上部結構的剛度、荷載分布和大小、基礎埋深、尺寸和形狀等，精確地確定箱形基礎基底反力是一非常復雜和困難的問題，可以按照彈性地基上的梁板理論計算，不僅工作量大，且計算結果與實測值比較差別較大，因此，至今尚沒有一種可靠而實用的計算方法。

3）箱形基礎內力分析

箱形基礎頂板和底板在地基反力和水壓力及上部結構傳下來的荷載作用下，上部結構剛度對基礎內力有較大影響，由于上部結構參與共同作用，分擔了整個體系的整體彎曲應力，基礎內力將隨上部結構剛度的增加而減小，但這種考慮共同作用的分析方法計算上比較復雜，距實際應用還有一定的距離。目前在實際工程中是根據具體的上部結構體系分別采用兩種計算方法進行校驗。

（3）樁基礎設計

樁基礎是小高層建筑中廣泛采用的一種基礎形式，適用于上部結構荷載較大，地基在較深范圍內為軟弱土且采用人工地基無條件或不經濟的情況下。樁基礎由承臺和樁身兩部分組成，承臺承受上部結構傳來的荷載，并把它分布到各根樁，在通過樁傳到深層土上；因此，在承受豎向荷載時，樁基礎的作用是將上部結構的荷載通過樁尖傳到深層較堅硬的地基中，或通過樁身傳給樁身周圍的地基中；對于水平荷載，主要是依靠承臺側面以及樁上段周圍土體的擠壓力來抵抗。

篇（7）

中圖分類號：U213.1+3 文獻標識碼：A

引言：廣東梅州位于粵東北山區,北鄰贛南,東連閩西,地形復雜；梅州市地質構造比較復雜，主要由花崗巖、噴出巖、變質巖、砂頁巖、紅色巖和灰巖六大巖石構成臺地、丘陵、山地、階地和平原五大類地貌類型。全市山地面積占24.3%;丘陵及臺地、階地面積占56.6%;平原面積占13.7%;河流和水庫等水面積占5.4%.在梅州有很多建筑坐落在山地丘陵間，在基礎設計中如果處理復雜的坡地地基基礎就擺在結構設計人員眼前，如何合理、經濟的選擇基礎類型以及如何防止地質災害的發生是設計的關鍵，而根據工程地質勘察報告及地質災害評估報告，并結合工程特點因地制宜的進行基礎設計是根本。下面通過幾個工程實例來探討坡地建筑基礎設計和地質災害防治。

1.案例：某高層住宅基礎設計及邊坡圍護

本工程位于梅州某度假村西部，基地東面、南面靠山坡，北面靠道路，西面靠村莊，地貌上屬丘陵，場地不平，高差較大，東部、南部靠較陡山坡，場地開挖,易引起山體滑坡；西北部地勢低，靠近村莊，填土高8左右，大量填土，易引起填土坍塌，危及村莊安全。土層結構情況為：1.人工素土層，平均約4.50m；

1.1粉質粘土層，平均約2.0m；,3.淤泥質粘土，少數鉆探孔有分布；4.粉細砂，少數鉆探孔有分布；5.粉質粘土層，平均厚度4.50m;6.前泥盆系全風化混合巖，場地內分布厚度與埋深變化較大，平均厚度3.30m;7.前泥盆系強風化混合巖，場地內分布厚度與埋深變化較大，平均厚度15m;8.前泥盆系中風化混合巖，巖心上部呈破碎狀、砂粒狀，下部呈破碎狀、少量短柱狀，裂隙極發育，巖石上部極破碎，局部夾薄層強風化軟弱層，下部破碎、較破碎；場地內分布厚度與埋深變化較大。地質勘察報告顯示地下水水位較深。工程概況為：主樓為4棟25層剪力墻結構住宅，裙樓為3層框架結構，地下一層。主樓與裙樓層數相差大，荷載相差大。經多方案比較確定基礎類型為鉆孔灌注樁基礎，主樓部分樁徑選用1000-1600mm,樁端進入中風化層3-8米，樁長約25-35m,裙樓部分樁徑選用800-1000mm,樁端進入強風化層3-6m,樁長約15-20米；驗算基礎的沉降滿足設計規范要求。由于場地高差比較大，樁端持力層中風化層厚度與埋深變化加大，要求在樁基礎施工前進行超前鉆，同時在施工過程中加強對樁端持力層的檢查和記錄統計，確實保證按設計的入巖深度施工。東部南部緊鄰陡坡，高差約10米，開挖土層為粉質粘土，結合施工現場土質情況選用土釘墻對基坑進行臨時支護，方案分兩級放坡，沒級5米，平臺6米，土釘孔徑選擇120mm,上一級長度6米，水平間距1米，豎向間距2米，下一級長度5米，水平間距1米，豎向間距1.5米，采用HRB400鋼筋,直徑18mm,C25細石混凝土灌孔。面層采用HPB270直徑8，間距100mm,厚度120mm,C25混凝土澆搗。西北部靠近村莊，填土高8米左右，在基礎施工前進行邊坡支護，采用衡重式毛石擋土墻方案。

2.案例：某風景區多層酒店基礎設計優化

本工程位于梅州某縣風景區內，框架結構6層，局部5層，柱網比較規則，柱底軸力較?。换乇泵媾徑?，原有5米左右毛石擋土墻，有4米回填土；土層分布情況為：1.填土，厚度3-6米；2.粉質粘土層，埋深與分布厚度相差較大4-8米；3.卵石層，4-5米，含水較大；4.強風化花崗巖，10-15米；5.中風化花崗巖，20米左右。設計任務書要求在不破壞原毛石擋土墻的情況下選擇基礎類型。由于擬建工程緊鄰河道，基坑開挖難于保證原擋土墻的安全，原有設計基礎類型選擇鉆孔灌注樁，樁徑800mm,樁端持力層為中風化花崗巖，樁長約20-25m。由于經濟指標的問題，原有方案被業主否決了，基礎設計方案進行優化。在基礎優化工程中考慮到粉質粘土層埋置深度不大（3-6米），上部結構柱網規則，柱底軸力不大，本層土層承載力能滿足要求（未進行深寬修正前150KPa），決定選用天然擴展基礎，持力層選取粉質粘土層；根據地勘報告顯示，持力層分布深度差別較大，基礎設計時因地制宜將基礎按兩個臺地設計，為保證地基土的穩定性，在臺地相鄰的基礎最小間距滿足1.5倍高差。在與施工單位交流意見之后，為了保證原有擋土墻的穩定性，決定在基坑開挖過程中分段開挖，開挖之后及時進行下一道工序施工，及早回填，在施工過程中根據實際情況選擇不同的支護方案，同時制定嚴密的基坑觀測方案，專人負責，確保安全。經過優化后的基礎方案較原有方案大大節省了造價，且有效地縮短了工期。

3.案例：某石灰巖地區樁基礎處理

本工程為板柱-剪力墻結構6層，建筑功能為倉庫，處于某廠區之內，屬于坡地建筑。土層分布情況為：1.填土層，約1.5m厚，2.細沙層，約4.5m厚，3.卵石層，約4米后，4.強風化石灰巖層，35-45米厚，5.中風化石灰巖層。中風化石灰巖層溶洞、夾層發育。原基礎設計為鉆孔灌注樁，持力層為中風化石灰巖層，要求樁底3倍樁徑及5m范圍內無夾層、空洞、破碎帶。設計樁長約55米，由于持力層夾層、溶洞較多，實際樁長超出設計樁長。原基礎設計中，樁長過大，造價過高，且因為樁端持力層情況較難弄清，施工難度大，所以對原有基礎方案進行優化。由于單樁承載力較大，超過了5000KN，按規范要求進行施工超前鉆，更準確得摸清溶洞、夾層的位置和厚度，發現夾層、溶洞所在位置處于中分化層較深位置，樁端可利用中分化層上部做持力層，減小樁長。一般情況由于進入中分化的長度變短了，就需增大樁徑，加大樁身摩擦力，這樣容易造成造價增大，但本工程原設計加大進入中分化深度是為了跨越溶洞、夾層，并不是單樁承載力計算不足所致?，F按照地質情況，利用強風化層較厚的特點按摩擦樁設計，通過認真計算確定利用樁身卵石層和強分化層的摩擦力能滿足單樁承載力的要求，設計樁端進入中風化層只是為了滿足沉降和穩定要求。優化后的基礎方案，大大縮短了樁長，減低了成本，也大大減低了樁基的施工難度。在施工過程中，要求施工單位認真做好施工記錄，與施工超前鉆資料認真比對，確保樁側土層與設計土層相符，確保樁基滿足設計要求。基礎項目施工結束后，進行樁基的檢測，結果都能夠滿足規范要求，順利驗收。本工程現已通過整體驗收并投入使用，主體結構安全可靠。

4.結語

梅州地區地處山區，較多坡地建筑，為了建筑結構的安全性、經濟性，對坡地結構的基礎進行多方案比較，認真優化具有現實意義。建筑隨著社會的發展與進步，越來越多的建筑師希望借助坡地的優勢來凸顯建筑的功能和效果。重視坡地建筑結構設計對于現實生活中具有重要的意義。 隨著當代社會經濟起飛，我國城市化進程高速發展，土地資源日趨緊張，對坡地的開發日趨受到重視，開發及合理利用坡地可以節約土地資源，減少占用耕地，為人類開拓新的生存空間。結構設計人員在進行基礎設計時應多方位收集地質資料、水文資料，仔細分析工程所在場地的特點和難點，還要結合施工技術，考慮施工的難易度，綜合考慮選用合適的基礎方案，做到安全、經濟。

參考文獻：

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中圖分類號： TU208 文獻標識碼： A.

引言：基礎是整個建筑工程的重要部分，其重要性在結構、占比、造價、工時上有著全面的體現，是建筑設計、建設和施工單位高度重視的關鍵部位和環節。超高層建筑基礎設計工作中只有通過全面了解情況、優化基礎選型、全面科學計算等工作才能夠確保超高層建筑基礎的安全性和功能，同時確保超高層建筑基礎工程造價的可控和降低。在超高層建筑基礎實際的設計工作中要對基礎選型影響因素進行控制，堅持基礎選型的原則，通過對超高層建筑框架結構、箱(筏)和樁箱(筏)種類基礎的有效設計和全面控制，實現超高層建筑基礎設計的目標，促進超高層建筑基礎功能的完善，真正完成超高層建筑基礎設計的系統性、全面性的目標。

一、超高層建筑結構設計原則

（1）選擇適合的基礎方案

應該根據工程的上部載荷分布和結構類型，地質條件，施工條件以及相鄰的建筑物影響等各種因素進行綜合性分析，選擇既合理又經濟的方案，必要時要進行地基變形演算，在進行設計時要最大限度地發揮地基的潛力。在進行基礎設計時，應該參考臨近建筑資料和進行現場查看，要有詳細的地質勘查報告，一般情況下，在一個結構單元內部適合用兩種不同的類型。

（2）對計算結構進行正確分析

高層建筑結構設計普遍運用計算機技術，但是，往往不同的軟件會得出不同的計算結果。所以，對于程序的適用條件、范圍等設計師應該進行全面的了解。因為軟件本身有缺陷、人工輸入有誤或者程序與結構的實際情況不相符合，在計算機輔助設計時，都會造成錯誤的計算結果，所以，在拿到電算結構時要求結構工程師要慎重校對，認真進行分析，做出合理的判斷。

（3）選用適當的計算簡圖

.為了保證結構的安全，在選擇計算簡圖時要選擇適當的計算簡圖。如果計算簡圖選用不當，則會造成結構安全隱患，要有相應的構造措施來保證計算簡圖。為了減少計算簡圖的誤差，實際結構的節點應該保證在設計所允許的范圍之內，因為其不能是純粹的剛結點。

（4）采取相應的構造措施

強剪弱彎、強柱弱梁、強壓若拉、. 強節點弱構件、.注意構件的延性性能原則是在結構設計中要始終牢記的。要注意鋼筋的錨固長度，特別是鋼筋執行段錨固的長度。要加強薄弱部位，考慮溫度應力的影響。

（5）合理選擇結構方案

要選擇一個切實可行的結構體系與結構形式，一個經濟合理的結構方案是一個合理設計的保證。結構體系應該傳力簡捷，受力明確。地震區應力求平面和豎向規則，同一結構單元不宜混用不同結構體系?？傊仨毦C合分析工程的材料、施工條件、設計要求、地理環境等，并且要與水、電、建筑等專業進行充分的協商，以此為基礎確定結構方案，為結構選型，最好進行多方案比較后選用較為優秀的.

二、超高層建筑基礎選型工作的要點

2.1超高層建筑基礎選型的影響因素

2.1.1超高層建筑上部結構對基礎選型的影響

上部結構對超高層建筑基礎類型、深度、浮力等參數存在著直接的影響，由于上部結構種類的不同，會引起超高層建筑基礎荷載大小和分布的不同，要在設計超高層建筑基礎予以注意。同時，不同類型的超高層建筑上部結構會因自身的類型不同而產生不同的沉降幅度和變形幅度，因此，帶來超高層建筑基礎形式上的不同。地下室的種類和形狀也會對基礎選型有一定影響，要在設計超高層建筑基礎時做以重點考量。

2.1.2地質條件對超高層建筑基礎選型的影響

地質條件中兩項情況對超高層建筑基礎選型影響最為顯著，一是，地基持力層情況，持力層是承受超高層建筑基礎負荷的土層，要根據持力層承載能力大小和壓縮模量變化幅度選擇超高層建筑基礎類型；二是，穿越土層基本狀況，應該根據土層中地下水影響和樁基穿越能力的大小選擇超高層建筑基礎的類型。

2.1.3周圍環境因素對超高層建筑基礎選型的影響

一是，超高層建筑施工的振動和噪聲要對基礎帶來各種影響，因此需要對此加以控制和預防，以便超高層建筑基礎能夠持久、穩定和安全。二是，超高層建筑施工中的空間因素也會給基礎類型帶來一定的影響，要選擇既利于施工有利于穩定的超高層建筑基礎類型。三是，超高層建筑施工中擠土效應，超高層建筑基礎樁基的入土和擠土會產生擠土效益，這會對周邊建筑和地下管網造成影響，應該從最小影響原則出發，優先選擇擠土效應最小的樁基方式進行超高層建筑基礎施工。

2.1.4超高層建筑基礎樁種類的影響

不同種類的基礎樁有著不同的尺寸，應該從持力層性質、安全性要求、超高層建筑負荷等主要方面確定基礎樁的類型和規格，使其滿足超高層建筑總體施工建設的需要。

2.1.5超高層建筑基礎施工的工期

工期是設計超高層建筑基礎類型的重要參考參數，要在確保超高層建筑基礎施工速度、施工質量和施工效益的基礎上形成最為科學的施工

工期，實現超高層建筑總體價值的全面兼顧。

2.2超高層建筑基礎選型的基本原則

超高層建筑基礎選型應該堅持的原則有：一是，多樣式原則，超高層建筑基礎設計單位應該全面掌握各種超高層建筑基礎類型，并有針對性地選擇社會和綜合價值較高的超高層建筑基礎類型。二是，經濟性原則，超高層建筑基礎設計要追求最佳的經濟效益，因此，設計超高層建筑基礎時要考慮到成本控制、施工進度的重要因素，全面提高超高層建筑基礎設計和施工的經濟性。三是，總體優化原則，超高層建筑基礎設計單位要對各種設計綜合起來，將各種設計的優勢集中起來，形成優化的超高層建筑基礎設計，以實現超高層建筑建設的基本目標。

三、超高層建筑基礎設計的方法

當前超高層建筑基礎設計采用上部結構與地基、基礎共同作用的分析方法,這種方法中地基、基礎、上部結構之間同時滿足接觸點的靜力平衡以及接觸點的變形協調兩個條件,即將上部結構、基礎和地基三者看成是一個彼此協調的整體。這種從整體上進行相互作用的分析方法難度較大,計算量龐大,對計算機的性能及存儲量要求較高,只在較復雜或大型基礎設計時,按目前可行的方法考慮地基-基礎-上部結構的相互作用。共同作用分析方法的進步之處僅在于它考慮了上部結構的剛度，這一優勢是傳統設計方式所不具備的。

四、做好超高層建筑基礎設計的要點

1框架結構基礎設計的要點

在超高層框架結構基礎設計時,基礎宜柔不宜剛;若地基土為高壓縮性,則基礎宜剛;當采用樁基時,可考慮采用變剛度布樁的方式(如改變基礎中部樁徑或樁長、加密中部布樁),以調整地基或樁基的豎向支承剛度,使差異沉降減到最小,從而減小基礎或承臺的內力。

2箱(筏)基礎設計的要點

對超高層建筑箱(筏)基礎設計時,考慮上部結構參與工作有利于降低箱基的整體彎曲應力。建議采用共同工作整體分析進行計算,這樣算得的整體彎曲箱基底板鋼筋應力才比較符合實際;另外,共同作用使得上部結構下面幾層邊柱(墻)出現較大內力,采用常規設計方法時應提高邊柱(邊墻)的內力。

3樁箱(筏)基礎設計的要點

超高層建筑樁箱(筏)基礎上部荷載滿布，可采用變剛度布樁的方式,調整樁基的豎向支承剛度,從而調整樁頂反力分布;若考慮利用樁間土分擔上部荷載,充分發揮箱(筏)底樁間土的承載力,可適當增加基礎中部樁的間距;另外,若上部結構為剪力墻,則樁宜沿剪力墻軸線布置,這樣與

滿堂布樁相比可以大大減小底板的厚度。

參考文獻

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[2]王榮彥,徐玲俊,張亞敏.鄭州東區超高層建筑基礎選型探討[J].巖土工程界,2005(12)

篇（9）

引言

高層建筑基礎是高層建筑結構體系中一個重要組成部分，逐漸被業內人士重視起來。地基基礎設計時，首先保證基礎具有足夠的剛度和強度，其次考慮地基的穩定性、承載力及變形要求等，進一步確定合適的基礎形式。

一、高層建筑基礎選型的主要依據

在基礎工程設計中，根據各地區不同的地質條件，選擇合理的基礎形式，是個關鍵問題。一般情況下應考慮以下條件：高層建筑基礎首先應滿足基礎本身的強度要求，上部荷載分布應盡量均勻；基礎應支承在較堅固或較均勻的地基上，應考慮持力層及其下臥層的整體穩定性，同一棟建筑不宜采用多種不同類型的基礎形式；應滿足建筑物使用上的要求，例如人防要求、設置地下車庫、地下酒吧、地下商場、地下餐廳等要求；應滿足構造的要求，如高層建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心與結構豎向靜荷載重心相重合，對偏心距的要求、沉降控制等；根據上部結構的不同結構形式選配合理的基礎形式；高層建筑基礎，一般埋置較深，因此，應考慮深基坑開挖和地下水抽排對周圍建筑物的影響，以及地下水造成施工難度的增加和對工程質量的影響。

二、高層建筑基礎選型

在高層建筑基礎設計中，常用的基礎類型有嵌巖樁基礎、天然地基鋼筋混凝土塊式或筏式基礎以及樁筏基礎等。在基礎選型時必須考慮建設場地的地質條件，合理選擇基礎持力層，同時還應考慮施工周期，工程投資等綜合因素。

2.1嵌巖樁基礎

在高層建筑基礎設計中，由于上部結構傳至基礎的荷載大，故常用的設計方法是選擇以一定厚度的中風化巖層或穩定的微風化巖層作持力層，通過嵌巖樁將上部結構荷載傳至巖層。采用嵌巖樁基礎持力層變形幾乎趨向于零，樁尖承載力大，同時還可考慮樁側與土的摩擦力，按經驗公式計算，單樁承載力高，較容易滿足上部結構荷載對基礎承載力要求，且設計計算簡單，但亦存在著施工周期較長，特別是樁施工完后要等樁的混凝土強度達到設計要求的強度時方可對樁身質量進行檢測，對施工工期有一定的影響，工程造價也略微偏高。

2.2天然地基鋼筋混凝土塊式或筏式基礎

基礎的結構設計一般可選擇鋼筋混凝土塊式基礎或筏式基礎。采用塊式基礎較為簡便，中筒部分可考慮由筏板承托，基礎之間結合地下室底板結構布置剛度較大的連梁，并考慮平面剛度極大的地下室底板的連接，基礎整體性良好，具有極佳的抗不均勻沉降能力。天然地基塊式或筏式基礎具有施工方便、工期短、節約投資等優點，建議設計人員在條件允許情況下盡量選用。

2.3樁筏基礎

在我國沿海城市如上海、?？?、汕頭等，其巖土地層結構的特點是基巖層埋深較深，嵌巖樁基礎幾乎無法實施，只能采用摩擦樁基礎，但摩擦樁承載力較低，不一定能滿足高層建筑上部結構荷載對基礎承載力的要求，因此樁筏基礎是這部分地區高層建筑基礎設計的重要選擇。樁筏基礎的基本原理是樁土的協同工作，樁與土在沉降及收縮固結過程中相互協調達到穩定的平衡狀態，筏板底土層與摩擦樁共同承擔上部結構荷載。一般來說，考慮地下室開挖后地基補償等因素，筏板底土層具有一定的承載力。所以設計時可根據筏板底土層情況，考慮土承擔上部結構荷載的比例。通過對筏板的分析，筏板四周的應力最大，因此在設計時在筏板四周應均勻布置樁且樁距應加密，中部各豎向構件樁的布置宜采用梅花形布置。

三、高層建筑樁筏復合基礎設計

3.1樁筏復合基礎的設計理論

目前，我國現行規范GB50007-2002建筑地基基礎設計規范第8.5.14條規定，樁基設計時，應結合地區經驗考慮樁、土、承臺的共同工作。相關規范對樁筏復合基礎的計算方法并未做出統一規定，采用的計算方法也不盡相同，多根據當地情況和經驗確定，大致有以下兩種計算方法：

方法1：假定整個建筑物和重量全部由樁傳到地基中去，而承臺板只起連接樁頂和傳遞上部荷載的構造作用。在群樁布置中使樁的受力均勻，樁群形心與上部結構傳給基礎的荷載重心盡量重合。對于框架結構，可按荷載大小，在柱下集中布樁。對于框剪結構或框筒結構，柱下布樁與框架結構相同，剪力墻或筒體下沿墻布樁。當樁數較多時，也可均勻布樁。

方法2：參考樁同作用，利用天然地基的承載力，使樁基與天然地基互補，采用控制沉降的方法將上部荷載由樁和筏板共同互補承擔，使樁的數量及筏板厚度得以減少。

3.2減沉設計

1）減沉設計的基本原理。減沉設計是指按沉降控制原則設計樁筏基礎。減沉設計概念主要應用于軟土地基上多層建筑設計，在軟土地基的基礎設計中，有時決定采用樁基主要并不是因為鄰近地表的土層強度不足，而是較深處的軟弱土層產生過大沉降的緣故，這時可采用數量較少的樁使沉降量減小到允許的范圍內，這種樁一般是摩擦樁，在承臺產生一定沉降的情況下，樁可充分發揮并能繼續保持其全部極限承載力，能有效地減小沉降量。同時，承臺或筏板也能分擔部分荷載，與按樁承擔全部荷載設計的樁基相比，根據不同的容許沉降量要求，用樁量有可能大幅度減少，樁的長度也可能減短，因而可以獲得較好的經濟效果。

2）減沉設計的內容。樁長及樁身斷面選擇：選擇樁長應盡可能穿過壓縮性高的土層，樁端持力層壓縮性應相對較低。在承臺產生一定沉降時樁仍可充分發揮并能繼續保持其全部極限承載力。選擇樁身斷面應使樁身結構強度確定的單樁容許承載力與地基土對樁的極限承載力二者匹配，以充分發揮樁身材料的承載能力。

3.3變剛度調平設計

1）變剛度調平設計的內容。

在樁筏變剛度調平設計中，群樁剛度與單一筏板剛度的比值kpr最為關鍵。最合適的kpr值與樁筏面積比有關，且當有關樁筏面積比范圍為16%～25%時， kpr值接近于1。當樁筏面積比較大時，為減小沉降差， kpr值應稍微增大。考慮到樁的非線性，比完全彈性分析所得到的稍大（約50%），kpr值可能更為合適。為減小樁的承載能力明顯發揮（大于50%）后的沉降差，只要kpr=1的條件滿足，任何實際樁長都可采用。當然，為獲得樁承載特性的合理發揮，樁的承載力應以側摩阻力為主，而不是樁端阻力。研究表明，樁的總承載力發揮的強度與樁的極限承載力的比值m不應超過0.8，以避免沉降差明顯增加，在m

2）變剛度調平設計的步驟。

按建筑物性質、荷載、地質條件等進行初始布樁并確定板厚，對上部結構、樁筏基礎與地基共同作用進行分析，繪制沉降等值線。對沉降等值線進行分析，當天然地基總體沉降不大而局部沉降過大時，根據具體條件對沉降過大部分采用局部加強處理，如采用筏底布樁或復合地基，在樁基沉降較小部位，應抽掉一部分樁，或視土層情況適當縮短樁長或減小樁徑。對沉降較大的部位，應適當加密布樁或視土層情況，適當增加樁徑樁長，重新形成剛度體系，進行共同工作迭代計算，直至沉降差減到最小。

四、結束語

基礎工程造價在整個工程造價中比例很大，不同的基礎型式造價相差也較大，針對工程地質及建筑物結構形式不同，合理選擇基礎形式的意義重大。

篇（10）

高層建筑基礎工程的特點高層建筑層數多、建筑造型復雜、主樓與裙樓高低懸殊；豎向重力荷載、水平風荷載以及地震荷載大；結構上要求一定的埋置深度以及使用上要求設置多層地下室，還要考慮場地地基土質和水文的不同情況。同時由于高層建筑在地震災害時遭受到破壞，將會導致嚴重后果，因此高層建筑基礎抗震設計也特別關鍵。

一、高層建筑基礎工程的特點與重要性

高層建筑基礎的設計與施工應有更高、更嚴的要求。在多數情況下，多層房屋常用的基礎形式、設計理論和施工方法不能簡單地在高層建筑中套用，必須研究與上述要求相適應的基礎形式、設計理論和施工方法。

高層建筑基礎工程具有下列一些特點：（1）高層建筑屬安全等級為一級的建筑物，除對地基進行承載力計算，使基底附加壓力不超過地基承載力或樁的承載力外，還應進行變形計算，使基礎總沉降量和差異沉降量控制在允許限值范圍內，以確保高層建筑安全可靠。（2）在高層建筑總造價中，基礎工程占有相當大的比重，為確定安全穩定經濟合理的基礎方案，應根據高層建筑上部結構類型和荷載（有無抗震設防）以及工程地質勘察報告和現場施工條件，對不同類型的基礎方案進行技術經濟比較。（3）高層建筑由于結構上和使用功能上的要求，基礎往往埋置很深，而城市房屋密集，道路縱橫，一般不可能放坡施工，需對基坑坑壁進行圍護，要預先估計到在基坑開挖過程中對毗鄰房屋的影響。工程實踐表明，基坑的圍護工程對基礎工程的工期和造價都有相當大的影響。（4）高層建筑的基礎，大多屬于大體積混凝土結構；在施工過程中要求控制好溫度及溫度應力，防止有害裂縫產生。大體積混凝土工程的裂縫控制是高層建筑基礎工程施工的一項重要技術關鍵。

高層建筑基礎的設計中如果任何一方面考慮不周或處理不當，都將導致不良的、甚至嚴重的后果。輕則產生過大的沉降、傾斜（不均勻沉降），造成結構局部損壞，影響功能和美觀；重則導致建筑整體傾覆或破壞。高層建筑基礎工程的造價和施工工期在建筑總造價和總工期中占的比例，與上部結構的形式和層數、基礎結構類型以及地質復雜程度和環境條件等因素有關。基礎工程的設計與施工對高層建筑本身及其周圍環境的安全十分重要，其造價和工期對高層建筑的總造價和總工期也有舉足輕重的影響。

二、高層建筑基礎抗震設計

地震對高層建筑的破壞作用是十分復雜的。首先，地震時的地面運動是多維的，地震動的各方向分量對建筑物都起破壞作用。世界各地強震儀已經多次記錄到地面運動的三個正交平動分量，即一個豎向分量和兩個水平分量。地面運動的轉動分量雖然尚未取得儀器記錄，但已為地震工作者觀察到，且已有了人工合成轉動分量的方法，同樣也對建筑物起破壞作用。再者，地面運動的各個分量又都包含著多種破壞因素，而這些因素又都與震源特性、傳播介質、場地條件（地形、土質條件）等有關。按照現有認識，表征地震動特性及其破壞作用的要素有三：①最大加速度；②頻譜成份；③持續時間。

據已往地震經驗表明，砂土液化引起地基不均勻沉陷，導致上部結構破壞或整體傾斜。在具有深厚較弱沖積土層的場地上，高層建筑的破壞率顯著增高。當高層建筑的基本周期與場地自振周期相近時，破壞程度將因共振效應而加重。

相對于多層建筑而言，高層建筑破壞和倒塌的后果更為嚴重。當今，地震工程的科學研究尚處于較低水平，試驗手段和技術還不能確切模擬地震對建筑的破壞作用，因而地震區建筑物的破壞狀況便成為探索地震破壞作用和結構震害機理最直接和最全面的大型結構試驗。因此，有必要在充分吸取歷史地震經驗和教訓的基礎上，研究改進高層建筑的抗震設計技術，以提高高層建筑的抗震可靠度。在地震作用下，土既是結構物的地基，支承上部結構傳來的各種荷載；又是波傳播的介質，土層條件將影響地表地震動的大小和特征，即具有放大和濾波效應。在很多情況下，這種作用將成為地震作用的主要部分，它在抗震設計中是通過場地分類和設計反應譜加以考慮的。

所謂“地基土”是指建筑物基礎之下持力層的土而言，它在地震期間及震后的表現，直接影響上部結構的破壞程度。對它的要求是地震作用下承載力不顯著降低，地基不失效，保證上部結構在地震作用后能正常使用。與土的雙重作用有聯系的是兩種性質不同的結構物震害。結構物的震害可以分成兩類：一類是由振動破壞引起的，另一類結構物的震害是由地基失效引起的。為了減輕這類震害，有效的措施是通過各種方法加固地基，或避免采用容易失效的地基，而不是采用措施加強上部結構。

高層建筑的破壞狀況和破壞程度，一方面取決于地震動特性，另一方面還取決于結構自身的力學特性。每一次地震，高層建筑的破壞狀況各有特點。地基破壞的原因較集中和明確。雖然由地基失效導致上部結構產生的損壞，從外表上看存在各種各樣的破損現象。只要作比較深入具體的調研即可發現，上述這些破壞現象的產生原因不外乎砂性土的震動液化、軟粘土震動軟化和不均勻地基引起的差異沉降。

建筑物的地震破壞應區分為振動破壞和地基失效影響。振動破壞不外乎三種原因：或因建筑物未作抗震設計；或因建筑物雖作了抗震設計，但遭遇的地震作用比預期的地震作用大得多；或地震作用雖不太大，但由于建筑物周期與地震動卓越周期相近、結構變形因共振而一再放大，從而使建筑物因喪失整體性或強度不足，或變形過大而破壞。地基失效的原因不外乎發震斷裂引起的地表位錯、構造性地裂、大面積砂性土震動液化和軟粘土震動軟化引起的震陷和滑移、不均勻地基的差異沉降和滑移、采空區和洞穴塌陷等。地震是一種隨機事件，地震發生的時間、地點和強度尚難以可靠預報；由于震源機制、地震波的傳播途徑、場地條件的復雜性和不確定性，設計地震動的大小（強度）、頻譜特性和持續時間也難以可靠確定；以目前的地震科學認識水平，要準確預測建筑物和地基在未來地震作用下的抗震能力，尚難以做到。因此，應著眼于建筑物和地基整體抗震能力的概念設計，再輔以必要的計算分析和構造措施，從根本上消除建筑物和地基中的抗震薄弱環節，才有可能使設計出的高層建筑及地基基礎具有良好的抗震性能和足夠的抗震可靠度。

參考文獻

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引言

高層建筑由于具有層數多，高度大，重量大等特點，所以其豎向荷載大而集中，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。這就對基礎的設計提出了更高、更嚴的要求。本文主要就高層建筑結構基礎設計要點進行論述。

一、高層建筑基礎設計影響要素分析

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。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，結果導致基礎彎矩和縱向彎曲過大，基礎設計偏于保守。

1.1 上部結構的剛度對基礎受力的影響

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。

1.2 地基條件對基礎受力的影響

基礎受力狀況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??；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?？紫端畨毫Φ淖兓赡芨淖儔嚎s過程中摩擦力的大小與分布。

1.3 基礎剛度對基底反力分布的影響

絕對柔性基礎當上部結構剛度可以忽略時，對荷載傳遞無擴散作用，如同荷載直接作用在地基上，反力分布 p（x，y）則與荷載 q（x，y）大小相等、方向相反。當荷載均勻時，基礎呈盆形沉降；如欲使基礎沉降均勻，則需使荷載從中部向兩端逐漸增大，呈不均勻狀。理論分析與試驗研究表明，基底反力的分布除與基礎剛度密切相關外，還涉及到土的類別與變形特性、荷載大與分布、土的固結與蠕變特性，以及基礎的埋深和形狀等多種因素?；追戳Ψ植即笾路譃槿N類型：1）如果基底面積足夠大，有一定的埋深，荷載不大，地基尚處于線性變形階段，則基底反力圖多為馬鞍形；如圖（a）所示；當地基土比較堅硬時，反力最大值的位置更接近于邊緣。2）砂土地基上的小型基礎，埋深較淺或荷載較大，臨近基礎邊緣的塑性區逐漸擴大，這部分地基土所卸除的荷載必然轉移給基底中部的土體，導致中部基底反力增大，最后呈拋物線形，如圖（b）所示。3）當荷載非常大，以致地基接近整體破壞時，反力更加向中部集中而呈鐘形，如圖（c）所示；當兩端存在非常大的地面堆載或相鄰建筑的影響時，也可能出現鐘形的反力分布。

圖a） 圖b） 圖c）

1.3 上部結構與基礎和地基共同作用的概念

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。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。

二、高層建筑基礎設計共同作用理念的應用

對上部結構、基礎與地基共同作用的理論進行高層建筑的基礎設計，能夠比較真實地反映其實際工作狀態，此外，還可以利用共同作用理論提高和改善高層建筑基礎設計的水平和質量，取得更大的經濟效果。具體來說，可從下面幾方面入手：

（1）有效地利用上部結構的剛度，使基礎的結構尺寸減小到最小程度。例如，把上部結構與基礎作為一個整體來考慮，箱形基礎高度可大為減??；當上部結構為剪力墻體系時，有可能將箱形改為筏基。應注意的是，上部結構的剛度是隨著施工的進程逐步形成的，因此在利用上部結構剛度改善基礎工作條件時，應模擬施工過程進行共同作用分析，以免造成基礎結構的損壞。

（2）對建筑層數懸殊、結構形式各異的主樓與群房，可分別采用不同形式的基礎，經慎重而仔細的共同作用分析比較，可使主、裙房的基礎與上部結構全都連接成整體，實現建筑功能上的要求。

（3）運用共同作用的理論合理地設計地基和基礎，達到減少基礎內力與沉降、降低基礎造價的目的。例如在一定的地質條件下，考慮樁間土的承載作用，得以加大樁徑、減少樁數，合理布樁、減少基礎內力，從而在整體上降低基礎工程的造價。

三、高層建筑基礎設計中應注意的問題

（1）保證荷載的可靠傳遞

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。

（2）參與變形協調，減少不均勻沉降

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 e 符合下式要求：

E≤0.1W/A

式中W――與偏心距方向一致的基礎底面邊緣的抵抗矩；

A――基礎底面積。

對低壓縮性地基或端承樁基的基礎，可適當放松上述偏心距的限制。按上式計算時，高層建筑的主樓和裙房可以分開考慮。

（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%。

四、結語

總之，高層建筑的上部結構，基礎及地基組成了一個共同作用的體系，在高層建筑基礎設計中，要有效利用上部結構剛度，充分考慮地基條件對基礎受力的影響，合理選擇基礎形式，運用共同作用的理論設計地基和基礎，達到減少基礎內力與沉降、降低基礎造價的目的。