高层建筑及复杂和超高层建筑的基础设计.doc

高层建筑及复杂和超高层建筑的基础设计摘要：为保证高层建筑使用过程的安全性，延长使用寿命，提出加强高层建筑基础设计的建议。本文首先浅谈高层建筑基础设计的特征，其次探讨了嵌岩桩、平板式筏形、桩筏等基础形式的特征及施工工艺等，最后分析了建筑基础设计的相关注意事项。希望与同行共同分享施工经验，共同优化高层建筑基础设计效果，推动建筑行业健稳、持久发展进程。在当代生活中，高层建筑与超高层建筑逐渐兴起，与传统建筑不同的是，高层建筑与超高层建筑在结构设计上均有着不同程度的复杂性。人们的居住需求和审美需求，同时对复杂高层和超高层建筑提出了相当高的要求。本文主要针对复杂高层和超高层建筑的结构设计进行分析。关键词：高层建筑；基础设计；基础形式；施工工艺；复杂高层；超高层建筑；结构设计1高层建筑基础设计特征在对任何建筑物基础设计之前，一定要获得足够的材料，这些材料包括两大部分，即地质资料、与上部结构相关的资料。高层建筑通常需要更详细的资料，在分析地质材料过程中，应对地基类型作出科学判断并考虑其可能出现的问题，重点研究土层的分布规律，探查地下、地面水的活动情况；在分析上部结构过程中应重视建筑物体型的复杂性、结构类型及其传力体系。所有的成功的基础工程均应符合如下各项稳定性及变形要求1：（1）深埋足以防止基础底部物质朝向侧面挤出，这对优化单独基础及筏形基础施工质量均有很大现实意义。（2）埋深应在冻融以及植物生长诱发的季节性体积改变区段以下。（3）基础结构在抗倾覆、转动、滑动或防止土破坏等方面必需是安全的。（4）基础结构有较大能力去应对后续在场地或施工规格尺寸方面作出的改变，并且在出现重大改变时便于调整。（5）从基础设计采用的方法进行分析，其应具有经济性。2高层建筑基础设计时的常用形式2.1嵌岩桩基础又被叫做嵌岩墩，桩体下段带有浇筑在岩体内的钻孔灌注桩，且其长度适宜。桩端嵌入岩体内的桩被叫做嵌岩桩。在对高层建筑基础设计过程中，已知上部结构传导到基础地面的载荷处于较高水平，故而通常会把结构相对稳定的微风化岩层或一定厚度的中风化岩层设为持力层，上部结构荷载传导至岩层过程中嵌岩桩发挥媒介作用。采用嵌岩桩基础设计高层建筑基础结构，桩尖承载能力较大，且桩侧与土两者之间还会形成一定摩擦力，促进持力层变形量趋于零，很容易符合上部结构荷载对基础承载能力提出的要求，且设计期间计算流程相对简易，但施工周期相对较长，桩身施工结束后一定要等到混凝土强度达到设计要求强度时，方可检测桩身质量，这会进一步延长工期，增加造价成本2。2.2平板式筏形基础平板式筏形是以天然地面为基础发展起来的一种基础形式，其施工期间对施工场地进行平整处理，使用压路机碾压地表土碾压，确保其密实度符合设计要求，在较密实的持力层，对钢筋混凝土平板进行浇筑施工，该平板是建筑物的基础。筏形基础是现阶段高层建筑中常用的基础形式，其具有刚度大、结构完整性优良等特征，可以实现对上部结构荷载的有效分散，进而降低基底压力，实现对不匀称沉降的有效调整，还能够跨越地基土局部软弱区或溶洞，其在抗渗透性方面体现出很大优越性。在现实施工实践中，筏形基础常用的形式主要有平板、梁板两类。梁板式筏形内的基础梁既能正放还能反放，正梁筏具有板面平整度高、利于排水、便于使用等优点，但其施工流程较繁杂；反梁筏板尽管施工流程较简单，但在排水与使用时需安设架空地坪3。整体分析，平板式筏形基础施工便捷、模板样式简单、卷材防水施工较简单，故而在高层建筑基础设计施工中有较宽广的应用前景。2.3桩筏基础基岩层所处地层相对较深是国内沿海城市的岩土地层结构主要特点，因为嵌岩桩基础基本上不能实现，故而只能选用桩基础，但由于摩擦桩的承载能力偏低，部分情况下难以迎合高层建筑上部结构荷载对基础承载能力提出的要求，因此该区段高层建筑基础设计可选择桩筏基础形式。桩筏基础为桩基与筏板基础的总称，桩基绝非是基础结构，其属于人工地基，筏板为组成基础的重要结构之一，部分有地下室的建筑经常使用筏板基础，在荷载相对较大、地基土承载能力无法符合上部结构荷载或沉降要求时，建议选用桩筏基础，桩土的协同合作是该种基础形式的运行机制。在地基土沉降、收缩、固结等物化过程中和桩体形成良好的协调关系，进而构件稳定的平衡状态，此时筏板底土层和摩擦桩同时承担了上部结构传递荷载。对筏板基础进行整体分析，发现其四周应力水平处于最大层面上，所以在设计基础时应确保筏板四周桩均匀布置，加密桩体的间距，筏板内部最好使用梅花形布置4。分析到摩擦桩的特点，应加强桩身内径的适宜性，结合冲切、抗弯、抗剪要求等规划筏板厚度。2.4沉管灌注桩沉管灌注桩是建筑基础中一种多种桩基础。该基础形式使用振动沉桩或锤击打桩设备，把附有钢筋混凝土的桩尖、带有活瓣式桩靴的钢管送入土内，形成桩孔，钢筋笼置入其中并对混凝土进行浇筑，继而将套管拔出，借用拔管过程中产生的振动作用振捣混凝土，最后形成符合设计要求的灌注桩。和常规钻孔灌注桩相比较，沉管灌注桩规避了由桩尖浮土引起的持力不足、桩身沉降等问题，并较明显的改善桩体表层浮浆现象，使用该种基础形式有益于减少材料的耗用量。但施工质量控制难度较大，如果拔管过快可能会诱发桩身缩颈现象。因为采用的挤土桩，那么很可能在挤土效应的作用下导致预先浇注的桩身出现倾斜、断裂甚至错位等不良情况。该种工艺在土质较复杂、疏松的地区中体现出较好适用性，但若土层内存有体积较大的孤石，则就会造成该工艺难以运行，此时需要调整其他工艺穿过孤石。3高层建筑基础设计的注意事项（1） 重视地基基础等级的设计。有关规范中，结合地基复杂程度、建筑物规模及功能特征等条件，把地基基础的设计分为三个等级，并明确地基基础设计时应满足如下要求：全部建筑物的地基承载力设计一定要符合要求；针对属于甲、乙等级的建筑，应对其地基变形量进行验算。（2）抗浮设计时要区分现实情况进行抗浮验算：验算建筑物抗浮能力应符合：建筑物永久荷载/水浮力1.0，其中，永久荷载取标准值。若高层建筑主体基础、裙房地下结构空间两者合二为一时，均应用桩基，可利用抗拔桩去应对抗浮问题5。（3）设置地下时，对基础设计与整体结构形成的影响有全面了解。比如，挖掘地下室的深基坑，其会对天然地基或复合地基的基础能发挥很大的卸载、补偿作用，进而降低地基的附加压力，增加了地基承载力的计算值。1复杂高层与超高层建筑特点复杂高层是指建筑物带有转换层、加强层、错层、连体结构和多塔楼结构等，属于比较复杂的建筑高层。具有超高的容纳量，形状独特，是现代生活的产物，可以满足当代现代人的审美观，在主流审美中备受欢迎。而超高层建筑，一般是指200m以上的建筑物，一般用于办公等。为了缓解土地矛盾，时代下的产物。不同于普通的建筑工程，复杂高层和超高层的建筑设计都要更加复杂一些，考虑的因素也要更多一些，这也就导致了复杂高层和超高层建筑在施工上的困难。若想在复杂高层和超高层建筑安全的基础上，满足居民的舒适体验和审美体验，必须要对复杂高层和超高层建筑的影响因素、设计重点进行深入分析，才能保证建筑物能够满足人们的各项需求，受到人们青睐。2影响复杂高层和超高层结构设计的因素2.1地基因素地基因素是建筑物建设的基础。虽然我国土地资源辽阔，但具体情况具体分析，不同地区之间的地质差异还是相当明显的。不同的地质条件，施工条件不同，设计方案也不同。在进行复杂高层和超高层建筑设计时，必须首先考虑地基因素，对地基的复杂程度进行模拟，然后将可能受影响的因素在模拟的建筑物上表现出来，以此来推断建设条件。另外，要严格审查地质勘查报告，分析地质各种数据，比如地基的稳定性、承载力、变形程度等方面，都要有一个明确的认知和数据，以此为依托，为建筑物设计提供数据支持。根据建筑地基基础设计规范当中所规定的抗力限制以及作用效应，进行合理的建筑工程基础选型，保障建筑工程的安全性。地基与建筑物的使用质量存在直接关系，无论是开展什么建筑，地基都是首先要考虑的因素之一。2.2施工技术与建筑材料因素科学技术越来越发达，复杂高层和超高层建筑也越来越常见，建设复杂高层和超高层建筑离不开科学技术的支持。正是科学技术的发展，为复杂高层和超高层建筑的建设提供了先决条件，这也正是影响其建筑结构的一个重要因素。而建筑材料因素，假若在建造过程中“偷工减料”，或者是应用劣质材料，对建筑物的安全造成了非常大的威胁。因此，建造人员在建造过程中应选择优质材料，应用新科技技术，提高建筑结构设计水平，促进复杂高层与超高层建筑结构的优化。2.3其他建筑功能需求的影响相对于普通建筑，高层建筑和超高层建筑的要求要更高一点，在使用过程中，尤其使受风力因素影响严重，楼层越高，受风因素影响越大。所以在建造（超）高层建筑时，就应该提前做好有关风荷载的相关措施。另一方面，需求比较突出的就是地震，虽然我国地震灾害发生频率并不是很严重，但在建筑物设计过程中，地震因素是必须要考虑进去的一个重要因素。随着科学技术的发展，对这些因素考虑的范围也越来越周到，设计的建筑物功能愈加完善，且更符合我国当下所倡导的“绿色环保”理念，紧跟时代潮流步伐，满足人们生活需求。3复杂高层与超高层建筑结构设计理念3.1首先要选择合适的建筑结构方案和类型不管是开展哪一种建筑物的设计与建造，都要为其选择一种合适的建筑结构方案和类型。复杂高层和超高层建筑的设计方案选择具有复杂性和特殊性，必须立足实际情况，进行实地考察研究，根据所得的数据进行分析，才能选择出一种合适的建筑结构方案和类型。如果不进行实地考察，只纸上谈兵，那么很可能会造成实际情况与建筑结构方案不符合的情况，后期会造成巨大的损失，若想对其调整，势必会造成大量的人力物力资源浪费，严重甚至会影响到整个施工过程的进度。所以在选择建筑结构方案时，一定要深入实地考察，立足于实际情况，结合专业知识再去确认建筑结构方案。我国虽然土地资源辽阔，可地区与地区之间存在相当大的差异，真正能适合复杂高层与超高层建筑的地方并不多。在开展复杂高层与超高层建筑时，要确定建筑结构类型，对当地土壤进行全面分析，判断此土壤是否适合建设复杂高层和超高层建筑。根据土壤的实际情况，选择相应的施工机械与建筑材料，还可以有效的减少工程的成本造价，以便于发挥更好的资金利用。3.2抗测力体系因素抗测力体系的合适与否直接关系着建筑物的安全质量。抗侧力体系选择不合适，很容易对建筑物造成安全隐患，影响建筑物的安全性和稳定性。复杂高层和超高层建筑楼层较高，结构建筑也比较复杂，所以在选择抗侧力体系时，要针对当前的实际情况，针对高层建筑的楼层高度，选择合适的抗侧力体系。举个例子，假如建筑物高度比较高，则可以考虑采用框架核心筒体系。如果是超高层建筑，甚至一度超过了300m，那就需要对巨住框架、核心筒、巨型支撑等多种抗侧力体系共同作用，共同保证建筑物的安全性。而如果是复杂高层，建筑物还不到100m的时候，可以主动关注一下剪力墙体系，对工作人员要求比较严格，需要工作人员具备一定的知识储备，根据不同的接触情况，选择不同的抗测力体系。3.3优化抗震结构设计一般建筑物的重心较低，在地震等灾害降临的时候，会更加安全一些。但复杂高层和超高层建筑的特殊性，楼层较高，受地震等灾害影响也较大，危险指数也会相对高一些。为了确保这些建筑物的安全性，必须要从设计上就要考虑这些因素所造成的影响。首先是建筑材料，可以选择一些抗震性能好的建筑材料，从根本上保证建筑物的安全性。建筑构建上也可以选择承载力较大一些的构建，可以有效避免地震能量扩散，降低地震的危害程度。在涉及建筑结构时，要对现场的地震指数进行勘探，应用现代化信息技术，综合分析抗震指数，与抗震措施，使建筑物拥有良好的抗震功能。3.4坚持经济适用理念因为复杂高层与超高层建筑的特殊性、复杂性，就决定了在建造复杂高层与超高层建筑时，施工难度加大。在设计两者建筑结构是，不仅是需要的图纸复杂多样，其中所掺杂的人员因素与影响因素更是参差不齐，如此一来，复杂高层与超高层建筑的施工成本在本来就不低的基础上，必然会上升。而一旦施工成本预算过高，建筑行业的收益肯定要下降，降低了建筑行业的利润，不利于建筑行业的健康发展。所以在设计建造复杂高层与超高层建筑过程中，要坚持经济适用原则，在坚持质量的原则下，选择性价比最高的产品。比如，选择最优的设计方案，降低图纸设计难度，从而降低建筑结构整体的复杂性，就可以减少施工成本，人力成本，物力成本。在人力成本上，专精不专多，要选择综合素质较高的工作人员，以防造成不必要的成本浪费还有偷工减料的现象。在建筑材料的选择上，在保证质量的原则下，选择物美价廉、性价比高的材料。根据材料的使用周期，分批次进行材料选购，最大程度保证材料的使用率，以此来充分提高资金的利用率，减少预算成本，增加建筑行业的效益，促进建筑行业的发展。4结束语在高层建筑施工中，基础工程在整个工程中的造价占据很大比重，不同基础形式造价之间存在较大差距。故而，在现实施工实践中，应严格结合工程地质、建筑物结构形式的特征，有针对性的选择基础形式。设计人员在对高层建筑基础选型设计期间，应结合多方因素，进而采用正确的方法去设计，以保证基础结构的稳定性、安全性，优化高层建筑施工质量，协助施工单位获得良好效益。在当今社会，复杂高层和超高层建筑越来越兴起，人们对复杂高层和超高层建筑也越来越关注。复杂高层和超高层建筑具备一定的设计复杂性，所以在建造起来要比其他建筑施工难度更大一些，如何在保证质量的基础上，满足人们的舒适体验与审美体验，是建筑行业下一步应该思考的问题。在建造过程中，坚持经济适用理念，应用新科技新手段，确保复杂高层与超高层的建筑能与时俱进，切实满足人们的各项需求。参考文献1张长浩.关于带地下室高层建筑桩基础设计中稳定水浮力的合理应用J.福建建材，20192钟桂松.论高层建筑混凝土结构中的桩基础设计J.建材与装饰，20193李京光.论述高层建筑结构设计中的基础设计J.建材与装饰，20194范小倩.高层建筑地基基础设计探讨J.居舍，20195卢泽.高层建筑基础设计的优化分析J.低碳世界，2019，96王越.复杂高层与超高层建筑结构设计要点分析J.住宅与房地产，20197严锐.复杂高层与超高层建筑结构设计研究J.建材与装饰，20198刘楠.复杂高层与超高层建筑结构设计研究J.工程技术研究，2019，4