1、高层建筑地基基础概念设计的思考摘要：随着社会的发展，高层建筑已经成为建筑结构设计中十分重要的组成部分，在进行地基基础额设计过程中不仅要考虑到本身的强度和刚度之外，还需要考虑上部结构的体系以及在运作过程中的环境和条件，同时施工条件以及周边的环境也都发挥着重要影响，因此，只有综合全面的考虑各种要素才能够设计出安全经济的地基形式。 关键词：结构设计；高层建筑；基础设计；概念设计 中图分类号：S611 文献标识码： A 一引言 大多数情况下，概念设计是指无需数值计算特别是在不能够轻易做出精确理性分析或者是在规范中难以定性的问题之中，依据整体结构和分体结构的力学联系和结构震害及破坏原理、实验的基本原则和
2、设计思想，从全局出发对建筑结构的整体布局和抗震措施进行控制。概念设计要求在设计的过程中每一个环节都要结合实际的应用来进行，可以说是一种定性的分析，在整个的控制和细部构造方面来看，概念设计是原理与实践相结合的思想概念。 二桩筏复合基础的概念设计理论 建筑地基基础设计规范中有规定，在桩基设计过程中，必须要综合考虑当地的土地情况，但是在桩基基础的计算方面却没有给出统一规定，在计算中更多的是依靠经验和实际情况来进行确定。 如下图所示，这是北京南银大厦桩筏基础沉降等值线。南银大厦的整体高度是 113 m，框筒结构，施工中使用 400 PHC 管桩，桩基的桩长 L=11 m，布桩分部十分均匀，筏板厚 2.
3、5 m;投入使用 1 年，出现的沉降最大值是 S=4.5 cm,S 0.002 L0，因为桩端之下是存在粘性土下卧层的，因此在桩的设置上就相对较短，这种情况下能够预测的最大沉降室 7.0 cm 左右, S 随之增加。 在计算中应该注意： 1.假设建筑物和重量都需要通过桩来传递到地基之中，但是承台板仅仅能够连接桩顶同时传递上部荷载，因此需要在群桩布置让每个桩的受力都均匀，促使桩群行心就能够与上部的构造荷载中心重合，保证施工需要。 2.而要充分的发挥桩土在承载力方面的作用，就需要利用天然的地基承载能力控制，通过控制沉降来促使桩与筏板工程承担上部荷载，这就使得桩的数量和筏板厚度不断降低。在这个过程中
4、，减少沉降的概念更多的是在软土地基或者是小高层建筑中进行应用。而桩在地基中不仅要承担外部的荷载更多的要承担减少控制沉降的重要作用，所以桩一定程度上是减少沉降的重要构件。 3.减沉设计的内容 3.1 减沉设计需要充分考虑到桩的长度和桩身断面的情况。选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层，桩端置于相对较好的持力层。 3.2 承台埋深和地面尺寸必须加以确定。首先按外荷载，全部由承台承担时其极限承载力仍有一定安全储备的原则，先初步确定承台的埋深及其底面尺寸，然后确定减沉设计的用桩量，再验算承台的初步尺寸，并给予调整。 3.3 计算中用桩数不同，需要对沉降进行计算。根据初定的承台埋深及其底面尺寸，原定若干种
5、不同的用桩数量方案，分别计算相应的沉降量。 4.减沉设计中要遵守的规范原则。 4.1 在减沉设计中可以在沉降控制条件的基础上进行沉降量的计算。在用桩数量确定后，再按已经选定的桩数和初步确定的承台埋深及底面尺寸计算其极限荷载，验算安全系数或调整承台埋深及底面尺寸，以确保合理的安全度。 4.2 在减沉设计中不能降低安全度，必须根据桩、土和承台共同作用的实际情况来进行验证。因而减沉桩基础也称之为控制变形疏桩基础。对于减沉桩筏基础的沉降计算则应结合当地经验考虑桩土共同作用。 4.3 要确保桩、土、和承台共同工作，必须使用摩擦型桩，从而保证桩基沉降的可控性，防止承台脱空，在桩基沉降的过程中能够增加抗力。
6、三对变刚度的调平设计 1.关于变刚度调平的设计范围。在无限大地基上的局部区域，沉降度应该与对应区域的荷载形成正比，但是要与刚度保持反比关系。在局部沉降较大的区域，刚度小荷载大是重要原因。因此减少荷载或者加大刚度就能降低沉降。 对于高层建筑桩筏基础的荷载来说，决定性因素是上部结构。在上部结构中，由于功能的局限，所以调整很难，仅仅能够对基础刚度进行调节，而对桩筏基础，则可以通过变化板厚、设置肋梁，来降低墙距，调节刚度。不过这样会导致成本上升，所以降低某处的沉降或者调平设计更多的是在筏底布桩与筏底地基土中应用。 2.变刚度调平设计的步骤。 2.1 根据相关的材料，按照上部结构的实际性质和荷载情况，结
7、合地质以及基础深度等对于布板的厚度进行确定。 2.2 根据上部结构、桩筏基础与地基作用，回执沉降图。 2.3 通过对沉降图进行分析，根据“强化主体，弱化裙房”的原则展开设计。如果自然地基沉降小于局部沉降时，就需要对主体沉降的大部分进行加强处理。而如果使用筏底布桩以及复合地基，那么在桩基沉降比较小的位置，就需要减少部分桩，或者降低桩径。如果是沉降较大的位置，则应该适当的增加密布桩形成新的刚度系统。而在桩的布置、数量以及刚度方面的选择是要根据技术是否可行和设计是否经济合理来确定的，通常情况，桩筏基础中桩是主导性的，因此基桩的改变能够产生很大的影响。 2.4 在设计工作中进行共同的迭代计算，一直到沉
8、降差降低到最小，在这个过程中，可以根据沉降的图表来对裙楼之间是否需要设置设置后浇带或沉降缝进行判定。因此，很明显，在调平设计中，最关键的是必须对桩筏基础沉降的分部和差异进行计算，并在此基础上进行设计。 2.5 变刚度调平设计的独特优势。变刚度调平设计能够极大的降低核心筒冲切力，让整个承台的弯矩降低；完善承台的设计方案，降低成本，降低地基的变形和差异，增加上部结构的耐久性，充分发挥桩、土、承台三者的共同作用。 变刚度调平的应用实例中，中信国际大厦在设计中采用高度达 11.8m的双层箱基，而北京某大厦采用高度 4m 的箱基，但是如图 1、图 2 所示，二者的沉降等值线的最大差别超过了相关规定范围。
9、 在自然形成的地基中，要确保基础能够传布荷载，在地基变形中起到协调作用，承载冲、剪、弯内力，就必须要保证荷载与柱墙布置相匹配，而且有足够刚度的箱筏基础，这也是传统设计的基本理念。但是，天然地基方案的选择和传统设计理念在共同作用下出现的问题也带来了更广阔的的研究空间。 四在概念设计中对上部结构、地下室、地基基础三者关系的研究 在高层建筑中，基础上部整体是与很多的框架、剪力墙或筒体结构相连接的，在地下室四周有较厚的挡土墙，同时还有密实的回填土，而下部却连通着深度变化很大的地基。因此，不管是竖向荷载还是水平荷载，都是共同发生作用的，二力协调变化，虽然这方面，相关的设计理论还不足，但是如果将基础从上下
10、结构的边界条件中分离出来，却又不能完成设计目的。当前，大多数设计任运使用的一体化计算机结构设计程序仅仅是采用常规的办法进行计算，而通过设计得到的计算结果，通畅与实际的测量结果差距很大，在很多工程中都发现，高层建筑基础底板真正负载的弯曲内力要比通过计算得到的数值小很多，具有很大的设计潜力。 五结束语 通过研究发现，在设计中还存在很多的不能通过计算来得到的结构构件，影响设计进程，但是这些问题也能够通过优秀的概念设计和结构措施来达到设计的需要，这也是对现在结构设计理论与计算理论之间差异过大的补充。 参考文献 1乔志炜.控制差异沉降的复合桩基优化设计方法J;地下空间与工程学报;2006 年 05 期 2亓宾.江娟;模拟试验法确定桩基承载力J;吉林大学学报(地球科学版);2004 年 S1 期 3 吴永红,刘树林,张景恒,翁鹿年.地基基础上部结构共同作用分析方法研究与应用J. 城市勘测. 1997(03) 4 刘冬林,郑刚,刘金砺,李金秀.基于减小筏板差异沉降的刚性桩复合地基试验研究J. 岩土工程学报. 2007(04) 5 郭院成,王会杰,张四化.复合地基基础空间变刚度调平设计方法的数值模拟J. 郑州大学学报(工学版). 2008(03)
