对高层建筑基础设计优化方案的探讨

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摘要：社会的发展和人们日益增长的对住宅的需求使得城市中的高层建筑不断增多，成为了建筑建设中的主流。而高层建筑的地基设计决定了整个建筑物的稳定性和安全性，是保证高层建筑结构的关键。本文将通过对高层建筑的基本要求入手，探讨高层建筑基础设计的优化方案。

关键词：高层建筑 基础设计优化方案要点

中图分类号：TU208文献标识码： A

高层建筑缓解了我国日益增长城市人口住房压力，也满足了大部分人口对居住的需求。针对日益增长的高层建筑需求，基础设计更是成为增强建筑稳定性、提高建筑安全性的重要保障。下面将对高层建筑基础设计中涉及到的问题和要点进行分析，并提出基础设计的优化方案。

一、高层建筑基础设计的要点

1、基础设计要点

在基础设计之前，不论是什么类型的建筑设计必须对相关的资料进行了解，主要包括地质资料和建筑上部结构资料。对资料的要求可根据实际情况的不同而有所区别，尤其是高层建筑应提供更加详细的资料，在制定设计方案的时候要根据地基类型的不同来预测可能发生的问题，研究土层的分布和地下水的活动规律，以及对周围的建筑物进行调查。详细的来说，每一个成功的基础工程都离不开如下几方面的因素：

（1）埋深应能够防止基础地面下的物质向侧面挤出；

（2）如果建筑的土质中有季节性体积变化去，应使埋深在其以下；

（3）确保建筑基础能够抵抗滑动、土破坏、倾覆、转动等方面的破坏；

（4）确保土壤中尽量不含有锈蚀或腐蚀的物质，并且具有安全性；

（5）基础设计方案应能具有变化的空间，以便再出现重大变化时能够进行变更；

（6）基础设计方案应是经济、合理的；

（7）基础施工中使用的材料或工艺应符合环境保护的基本要求。

二、高层建筑基础设计的模型

从我国的地理环境上分析，很多的软土、液化土等分布在城市房屋建设的地带上，给高层建筑的基础设计带来了更多的挑战和难题。当前我国的设计规范还没有统一，因此必须借助模型的帮助，来为设计师做出各种精确计算，确保基础设计的正确性和稳定性。当前最常使用的地基基础计算的模型工具为文克尔模型和弹性半无限体模型。

文克尔模型主要针对基底反力与变形的线性关系进行系数计算。弹性半无限体模型将地基作为弹性连续介质，考虑到土的扩散能力。设计师普遍对文克尔模型的接受度较高，而弹性半无限体模型由于计算起来较复杂，在实际的基础设计中并不是很实用，接受度较低。其中需要注重指出的是，虽然地基受到重力的作用可以被看做弹性匀质体，但是一些特殊的软土质结构在建筑上部的重压下，也会产生一定的变形，因此不能够按照静态来分析的情况。

上面介绍的两种模型虽然存在着些许的不足，无法计算出最科学、最合理的结果，因此，当务之急是研制和开发新的计算模型，解决当前基础计算中的偏差。

三、优化高层建筑基础设计的方案，提高高层建筑的使用功能和质量

1、基础设计中沉降缝的设计

为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝称为沉降缝。当房屋相邻部分的高度、荷载和结构形式差别很大而地基又较弱时，房屋有可能产生不均匀沉降，致使某些薄弱部位开裂。为此，应在适当位置如复杂的平面或体形转折处、高度变化处、荷载、地基的压缩性和地基处理的方法明显不同处设置沉降缝。通常，为了防止建筑物出现不均匀沉降而引起的裂缝，都会在差异出设置垂直缝隙，将建筑物分为若干单元。沉降缝不但应贯通上部结构，而且也应贯通基础本身。沉降缝应考虑缝两侧结构非均匀沉降倾斜和地面高差的影响。但是，在高层的基础设计中却不适合设置沉降缝，沉降缝的设置会对地下室土层产生影响，增加多余的压力负担，增加基础设计的难度，不利于高层建筑的安全性和稳定性。

2、基础设计中地下空间的设计

由于高层建筑的楼层较高、压力较大，因此在施工的过程中会经过详细的测量和精确的计算来确定地下深埋的程度。对地下空间的利用，可以有效的提升整个高层建筑物的使用效率，提高建筑物的经济效益。当前对地下空间的应用主要有地下停车场、地下室、地下机房、人防设施等几个方面：

（1）地下停车场的设置：

由于当前我国各大城市中私家车的使用频频增加使得当前居民对车位的需求增加，地上的停车位已经无法满足人们对车位的需求，因此很多高层建筑都将地下空间建造成地下停车库来提高停车位的数量，提升地下空间的利用效率。

（2）地下室的设置：

地下室功能是高层建筑中较为常见的地下空间利用方式，通过出售地下室来为人们更多的储藏空间，来增加高层住宅的使用功能，给人们提供更加便捷的生活。

（3）其他设施的设置：

人防设施和建筑内部的机房可以根据土质结构的特点来进行增加和安置。

通过对地下空间进行合理的开发和利用，使得建筑物的使用功能得到提升。并且，出售地下室和停车位也可以给房地产开发商和物业公司带来很大的经济收益，对于居住者来说也相对于增加了住宅的使用面积，通过对地下室和车位的应用，也满足了居住者对于储藏、停车的基本要求，丰富了人们的生活享受，给人们更加全面的生活体验。

3、高层建筑基础设计的优化方案选择

现阶段，由于我国各个城市所处的地理位置、地理环境、土质条件、气候条件的不同，因此高层建筑的地基承载力也存在着不同的差异，在对基础设计的方案进行选择的时候，要根据不同地区的特点来进行方案的优化。关于基础设计的选择，大多是由土质条件所决定的，例如，在地质条件较差的上海和天津等地，在进行高层建筑基础设计的时候就要采用价格较高的材料，而对广州和北京等地质条件较好的城市，就可以采用经济实惠的材料。地基条件较好的山区（如重庆等城市）就可以选用经济的独立基础。

随着科技的发展，现代的计算机具备了模拟技术，在进行基础设计的时候可以率先通过计算机模拟来实现高层建筑设计方案的结果模拟，从而对各个方案进行对比和分析，最终选择最适合、最佳的高层建筑基础设计方案，实现对方案的优化和选择。并且，不同方案的选择，所产生的经济效益也不同，也同样影响着工程造价，因此，方案的优化和选择不仅仅是对建筑物的安全性和稳定性有着重要影响，也直接影响着建设单位的经济收益和投资风险。

四、结语

高层建筑的基础设计的优化是以精确的地质勘探为基础的，只有详细的了解了地质的情况才能够进行高层建筑的地基设计。除此以外，还要考虑到建筑结构本身承载力的要求和建筑的竖向压力的影响等。对于高层建筑来说，不同的基础设计方案决定了不同的工程造价和不同的经济收益，在保证了高层建筑的稳定性和安全性之后，要选择造价最合理的基础设计方案，确保建筑的经济收益保持在合理的范围内。高层建筑基础设计的优化不仅仅是满足了房产开发商和建设企业的经济效益，同时也丰富了设计人员的专业知识，给设计人员以新方法、新工具的启迪。设计人员也要吸收更多国内外先进的高层建筑基础设计的方案，总结经验与教训，不断的完善当前的基础设计方法，满足现阶段我国不断增长的城市住房需求和对高层建筑基础设计的需求。

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