高层建筑基础设计与选型

高层建筑结构选型的影响因素和选取方法高层建筑结构选型的影响因素和选取方法在高层建筑设计中,结构设计赋予建筑物一个支撑骨架.该骨架型式及其空间关系的合理性不仅直接关系到建筑物的安全,而且关系到建筑物能否实现其预定的功能和能否达到预期的经济效益.依据工程实践经验,若高层建筑结构体系选型不当,同样难以做出安全可靠、经济合理的高层建筑结构设计.正确处理高层建筑结构体系的选型问题,对于高层建筑的设计、施工乃至使用、维护而言,都具有至关重要的意义.1 高层建筑结构选型的问题当前我国高层建筑结构选型普遍不重视结构选型决策工作,而且缺乏一套完整系统、可行的方法来操作,仅以上部结构土建造价单一指标或几个易于转换成计量单位评估的定量指标来进行决策.因此高层建筑结构选型存在如下问题: 第一是影响因素的不确定性.结构选型决策工作具有很强的综合性,包含大量确定与不确定的因素,多因素共同作用的结果决定结构的型式,需要对诸多因素做大量细致分析.对一栋高层建筑来说,按当前常规做法是不太可能得到完善合理的结构型式的.选错结构型式,不仅会使高层建筑综合经济效益低下,而且使该建筑物给社会经济环境带来不良影响[1].第二是影响因素的多样性.结构体系的选择受到诸多条件和因素影响,除了要考虑工程造价和投资能力,还要考虑所选结构型式对建筑功能的适应性、施工条件、技术能力、施工工期、建筑材料和能源供应、建筑美学要求,包括建筑群及其环境的配合,建设场地的地形、地貌、自然灾害等等.一个合理的结构型式是通过进行多目标决策,将诸多因素统一协调而产生.而设计人员正是缺乏这种从整体( 或全局) 的综合经济效益出发来处理结构选型问题的观念,并由于缺乏处理模糊概念的方法和手段,不自觉地把不少本来为模糊的量忽略或当成确定性的,这使得设计变量和目标函数不能达到应有的取值范围,从而导致决策结果不是真正的最满意的.2 高层建筑结构选型的影响因素分析2. 1 高层建筑结构选型不合理的情况及原因分析2. 1. 1 超出建筑结构设计规范中规定的适用范围高层建筑的各种结构体系有各自的适用范围,我国《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》( 以下简称为《高规》) 给出了各类钢筋混凝土结构房屋适用的最大高度.首先房高超规.如高规规定对位于 IV 类场地的建筑或不规则建筑高度应适当降低.抗震规范条文说明指出: "不规则或在 IV 类场地上的结构,适用高度一般降低 20 % 左右.有框支剪力墙的结构,抗震的不利因素是明显的,适用高度一般降低 20 % ~30 %".有的不规则高层建筑高度未按要求降低.其次是剪力墙间距超规主要体现为框剪结构中超过高规中关于剪力墙间距的规定和在有框支墙的现浇剪力墙结构中,落地剪力墙间距超过《高规》规定.超过的原因主要是为满足建设方对大空间的要求.2. 1. 2 选用建筑设计规范中没有的结构体系近年来,由于建筑功能、建筑艺术以及城市规划的需要,高层建筑不仅在层数、高度上迅速增长,而且结构体系日益复杂多变,很多高层建筑的高度已处于《高规》适用范围之外.这些非常规结构往往没有先例可依循,理论和实验依据不够,设计人员在没有充分计算、试验、论证的情况下自行"创新"出一些结构; 这些结构型式本身就很可能受力不合理,更谈不上综合经济效益好[2].2. 1. 3 选用不合理的结构型式首先有的地方新建高层住宅采用重量大、刚度过大、地震反应力大、基础大、造价高、工期长、不利抗震、不便使用的小开间剪力墙结构.如新建 4 栋 23 层~25 层高层住宅采用小开间剪力墙结构,两层箱形基础,结构方案不合理,造成很大浪费.其次高层建筑与裙房用后浇缝连成整体( 包括基础与上部结构) ,一般裙房用框架结构,主楼用框剪结构或框筒结构或剪力墙结构.在用后浇缝连成整体前,高层建筑与裙房选用的结构型式均无问题,用后浇缝连成整体后则明显有剪力墙布置不均匀、不符合《高规》关于框剪结构中剪力墙最大间距的要求和剪力墙数量过少,其承担的.底部弯矩小于总地震弯矩的 50 %等问题.2. 2 影响高层建筑结构选型的因素2. 2. 1 结构受力合理性结构受力合理性包括结构能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理、破坏机制合理等等.结构选型必须保证结构体系的受力合理,要根据力学要求比较各种结构体系优缺点,选择出合适的几个结构体系,结合影响因素做分析、筛选.水平荷载在高层建筑结构设计中起控制作用,具体到非地震区,起控制作用的水平荷载就是风荷载.在风荷载作用下,高层建筑可能出现层间位移过大,导致结构体系中的承重构件如梁、柱、墙等出现不同程度损坏; 或者整个结构摆动过大.因此,在非地震区,特别是风荷载较大的地区,高层建筑结构选型应对风荷载作用引起足够重视,选择时要考虑结构体系在强度、变形方面满足要求,还要使结构在风荷载作用下产生的振动控制在人对不适感的容许限度范围之内.现有地震灾害资料及工程经验表明,在满足建筑物使用功能要求前提下,地震区高层建筑的抗震安全性与经济合理性,很大程度上取决于抗震结构体系的选型是否恰当合理.而选型是根据抗震设防标准,抗震设防标准又得依据设防烈度,设防烈度又受建筑物所在场地的地质条件影响.因地震运动的随机性及复杂性,既不可能准确地划定高烈度地震可能发生的地区和范围,又不能在全国范围内普遍按照高烈度标准设防,给结构选型工作带来困难.实验表明,要合理选择抗震结构体系,使设计的结构总体方案更加创新和完美,精确的数值计算分析固然重要,但更有赖于正确运用概念设计的思想及工程经验的定性判断[3].所以,结构设计理论及计算手段改进也是影响结构选型的一大因素.2. 2. 2 经济因素对高层建筑结构选型的制约我国的"适用、经济、安全、美观"建设方针把经济放在重要地位,在结构选型决策时对不同结构体系进行经济比较具有重要性.从整体的和长远的角度利用综合经济分析方法系统地考虑结构方案的经济性.首先是不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次性投资费用,还应考虑其全寿命期费用; 其次是除了以货币指标核算结构的建造成本外,还应从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量.此外,从可持续发展的角度来考虑,还要特别考虑资源的节约; 再次是某些生产性建筑若能早日投产交付使用,可以较快地回收投资资金,更能得到较好的经济效益.从能耗面分析,我国建筑能耗约占全国总能耗的 25 %~ 30 % ,随着人民生活水平提高,建筑能耗在我国总能耗中所占比例还将增加.依据国内外统计,日常使用能耗占建筑总能耗的 90 %以上,因此建筑节能的重点为日常使用能耗,其中尤以采暖及空调耗能为主.从结构施工周期的缩短考虑,可以使整个建筑更早地投入使用,取得经营收入,同时还可以缩短贷款的还贷时间,减少还贷利息.因此,即使结构方案的一次投资费用较高,也可能是经济的方案.从结构全寿命周期费用角度考虑,在进行结构方案的经济分析时,考虑一次性投资费用不够全面.一幢建筑物在其整个使用寿命期内( 一般为 50 a) 会发生其它费用,如结构的一般维护、维修费用,灾后的重建费用等等,这些费用的数额较大,进行结构选型决策时也应予以考虑.2. 2. 3 施工水平对高层建筑结构选型的影响建筑施工的生产技术水平及生产手段对建筑结构型式有很大影响,主要表现在先进施工技术、建筑结构方案密切与施工条件相结合以及施工使用阶段阶结构受力状况三个方面.施工技术条件不具备或选用的结构方案不适应现有施工技术能力,将给工程建设带来困难.在结构选型时,有关设计人员应与施工单位人员沟通,共同磋商解决选型中出现的矛盾.另外选择结构型式时应结合施工工艺因素考虑工程的具体施工条件.同一种结构型式可以对应不同的施工工艺,而不同的施工工艺会影响材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标和结构受力状态、抗震性能、计算分析及构造措施.因此高层建筑结构选型中应对施工工艺连同其它因素加以全面综合权衡考虑.3 高层结构选型的方法高层建筑结构选型决策受诸多确定性因素和不确定性因素的影响.这些因素中有的能量化为定量指标,而有一部分要凭经验做出主观判断,因此比较分析备选方案应从定量分析和定性分析两方面进行.通常,先对备选结构方案进行定量分析,然后进行定性分析,最后两者综合起来进行整体成本分析,选出最佳方案.整体成本分析方法受到结构占用面积和结构施工工期两方面的影响.高层建筑采用钢结构或钢-混凝土混合结构的结构占用面积比采用混凝土结构的结构占用面积小,建筑的有效使用面积相对增加,在销售上就能体现出其经济效益,可以抵消一部分因采用钢结构而增加的费用.施工工期对整体成本的影响主要体现在"时间即是成本"的关系上[4].施工工期的缩短,可使建筑物提早投入使用,缩短贷款建设的还贷时间,并且能提早出租增加租金收入,对整体成本的影响体现在利息和租金的收益上.高层建筑采用钢结构或钢混结构与采用混凝土结构相比,在建筑有效使用面积与施工工期方面具有一定的优势,能取得较可观的经济收益,从而可抵消一部分因采用钢结构而增加的费用,进而使得工程的整体成本明显降低.通过整体成本分析高层建筑钢结构或钢混结构的经济效益主要来自结构施工工期的缩短带来的贷款利息节约、租金收入增多.从分析中还可知,高层建筑的层数越高,这方面的优势越明显.而钢筋混凝土结构的造价低但工期长,时间成本相对要高,在超高层建筑中的综合经济效益就显得相对较低.因此,当业主对高层建筑的结构材料方案进行评估时,应该对钢结构的施工工期优势加以充分考虑以争取节约成本的机会.从结构方案的整体成本出发以定量方法对影响整体造价的主要因素进行量化和计算,根据得出的整体成本指标直接进行结构方案的比较、选择.这种定量方法把大量的不确定性因素的影响排除在外,其决策目标函数为只追求造价( 成本) 最低的单目标.造成由于目标函数达不到应有的数量( 这里目标函数的数量是指综合目标函数中包含的子目标函数的个数) 从而降低决策结果的可信度的后果.4 小结结构选型所涉及的影响因素是比较多,它是一个多目标的综合决策问题.要求在确定决策的综合目标函数时,要尽可能多地考虑各种影响因素( 包括确定性和非确定性的影响因素) ,并反映到具体的子目标函数上来.一个综合目标函数只有充分地考虑了大多数的影响因素时,得出的综合目标函数值才有足够的根据,最终的决策才可能有足够的说服力和可信度.从而综合目标函数值最高的结构方案即为能使该高层建筑的综合经济效益达到"令人满意"的结构方案.在考虑子目标函数时由于在多个目标之间可能存在矛盾甚至可能是互斥,对一个目标来说是最优的,对另一些目标就不一定能满足的情况,就不存在对所有目标都是最优的方案.这就形成一个对目标函数数量选择的"度"的问题.参考文献[1] 叶浩波. 高层建筑结构选型影响因素分析[J]. 中国高新技术企业,2007,( 13)[2] 喻敏波,王全凤. 浅谈高层建筑结构选型[J]. 福建建筑,2010,( 5)[3] 冯望. 高层建筑结构选型的探讨[J]. 中华建设,2008,( 4)[4] 卢铭杰. 浅谈房屋建筑成本控制[J]. 技术与市场,2011,( 3)。

浅谈高层建筑筏板基础的设计丁少润程少彬【文章以某工程为例，对高层建筑基础的选型和平板式筏板基础的结构设计进行介绍，并着重阐述运用上部结构、基础和地基共同作用的分析原理，对筏板基础内力进行分析的有限元法，以供参考。

】1概述建筑物采用何种基础型式，与地基土类别及土层分布情况密切相关。

工程设计中，常遇到这样的地质情况，地下室底板下的岩土层为风化残积土层、全风化岩层、强风化岩层或中风化软岩层，因此，有可能采用天然基础。

高层建筑地下室通常作为地下停车库，建筑上不允许设置过多的内墙，因而限制了箱型基础的使用；筏板基础既能充分发挥地基承载力，调整不均匀沉降，又能满足停车库的空间使用要求，因而就成为较理想的基础型式。

筏板基础主要构造型式有平板式筏板基础和梁板式筏板基础，平板式筏板基础由于施工简单，在高层建筑中得到广泛的应用。

本文以广州白云区某住宅楼的基础设计为例，拟对高层建筑基础的选型和筏板基础的设计方法进行介绍。

2基础选型2.1工程地质概况本工程设地下室1层，塔楼地上20层，采用剪力墙结构。

根据岩土工程勘察报告，场地土层分布自上而下分别为：①人工填土层，厚度0.5m~3.0m；②冲洪积土层，厚度0.60m；③可塑状残积土层，厚度1.6m~8.30m，标贯击数为8~16击；④硬塑状残积土层，厚度2.2m~12.0m，标贯击数为18~29击；⑤岩石全风化带，厚度2.40m~8.60m，标贯击数为30~46击；⑥岩石强风化带，厚度0.60m~12.0m，标贯击数为50~65击；⑦岩石中风化带，厚度1.10m~2.13m，天然单轴极限抗压强度24.55MPa~49.55MPa；⑧岩石微风化带，厚度1.0m~1.60m，天然单轴极限抗压强度43MPa~120MPa。

2.2基础结构方案选择高层建筑常用的基础结构型式为桩基础，本工程岩土工程勘察报告中建议基础型式采用预应力管桩基础或人工挖孔桩基础。

①采用预应力管桩基础，以强风化花岗岩为桩端持力层，由于场地基岩埋深相对较浅，地下室开挖后，最短有效桩长仅为2m左右，且场地局部地段在残积层中存在中风化岩孤石，对预应力管桩施工带来困难。

高层建筑基础设计与选型作者：马松来源：《中国房地产业》 2015年第11期文/马松辽宁天实城乡建筑设计咨询有限公司辽宁锦州121000[摘要]高层建筑基础设计直接关系到建筑物的安全和造价，是高层建筑设计的关键一步，如何在满足技术要求的条件下优化设计、合理选型，本文阐述了作者在实际工程中的一些思考方法供同行设计人员参考。

[关键词]高层建筑基础;基础设计;优化设计引言：随着我国经济的高速发展，高层建筑在我国的工程建设中的比重越来越大了，而高层建筑的基础作为高层建筑结构体系的一个重要组成部分，也历来被工程设计人员所重视。

在进行地基基础设计时，选择合理的基础形式、准确的计算直接关系到建筑物的安全和造价。

基础工程的费用与建筑物总造价的比例可为百分之几到百分之几十之间，安全、合理优化的基础方案是至关重要的。

经过多年的设计实践，现将高层建筑基础设计过程中应注意的一些问题总结如下：一、高层建筑基础选型应考虑的因素（一）上部结构设计对基础设计的影响很大，应多角度综合考虑：1、如建筑物体型是否规则，这决定基础应力是否均匀。

2、建筑上部结构形式不同、刚度不同，基础计算模型也不应相同[1]。

3、地下室层数、深度和抗浮水位标高对基础设计的影响。

对基础设计来说，基础的沉降由地基有效压力的增加而产生的，如果地基有效压力不变，则基础不会沉降，如果开挖地下室移去土的重量与增加建筑物重量基本平衡，那么建筑物的沉降量就会很小，如果抗浮水位较高应进行整体抗浮验算，若浮力远远超出建筑物自重，设计时必须采取措施加大结构自重，必要时应采用永久性抗浮锚桩。

这里一定要注意地下水位并不一定是抗浮水位，设计人员一定要明确相关概念，避免错误计算给工程造成安全隐患。

[3]（二）充分考虑建筑物所在地的地质条件、持力层情况持力层的承载力和压缩模量是基础选型极其重要的因素。

基础设计一定要从承载力计算和变形计算两方面考虑。

（三）建筑物基础的施工工艺要考虑对周边环境的影响如振动、噪声及施工空间是否可以正常开挖、自然放坡，如施工空间有限则应采取相应的支护措施等；桩基础还要考虑桩的尺寸限制，施工工艺对周边环境的影响以及施工周期等诸多因素。

高层建筑筏板基础选型分析摘要：基础选型在整个建筑结构设计中占重要地位，合理的基础选型不仅可以节约造价，还能缩短工期。

本文根据实际工程案例，对不同的筏基形式进行分析，选取最为经济合理的基础。

关键词：高层建筑；基础选型；筏板一、工程概况某建筑面积约为6300m2，抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度0.05g，场地类别为Ⅱ类；特征周期 Tg 为 0.35s，结构体系为框架结构，抗震等级为三级。

地下室顶板覆土为800～1400mm，±0.000相当于绝对标高+200.400，室内外高差0.50m。

塔楼为两栋小高层住宅，层高为3m。

二、工程地质根据地勘报告，结构设计地下水位较低（黄海高程为+ 197.000），场内分布有1～2m 杂填土，杂填土底下有6～8m 粉质粘土，其地基土承载力特征值为fak =200KPa（粉质粘土底下无软弱层）。

为了节约造价，采用筏板基础的基础形式，不建议采用桩基础。

根据地勘报告，设计拟采用四种不同形式的筏板基础方案：（1）方案一：采用无梁筏板方案：小高层住宅采用 1300mm厚无梁筏板，单层商业及纯地下室采用 750mm 厚无梁筏板；（2）方案二：采用梁板式筏板和无梁筏板方案：小高层住宅采用梁板式筏板，筏板厚度为 600mm；单层商业及纯地下室采用750mm 厚无梁筏板；（3）方案三：采用梁板式筏板和无梁筏板（加柱墩）方案：小高层住宅采用梁板式筏板，筏板厚度为 600mm；单层商业及纯地下室采用 350mm 厚无梁筏板（加柱墩）；（4）方案四：采用梁板式筏板和独基加防水板方案：小高层住宅采用梁板式筏板，筏板厚度为 600mm；单层商业及纯地下室采用柱下独基加防水板。

三、基础设计方案比较本项目两栋小高层住宅与地下车库在地下室底板合为一体，基础底板受力情况复杂。

由于地下水位较低，施工时可采取降水措施（地下室顶板及覆土完成后方可停止降水），且在使用期间其上部恒载总重大于水浮力，故可不考虑地下水浮力的影响。

高层住宅楼筏板基础的设计在现代城市的建设中，高层住宅楼如雨后春笋般拔地而起。

而作为支撑这些高楼大厦的重要基础结构，筏板基础的设计至关重要。

筏板基础具有整体性好、能有效调整不均匀沉降等优点，在高层住宅楼的建设中得到了广泛应用。

一、筏板基础的概念与特点筏板基础，简单来说，就是一块像筏子一样的钢筋混凝土板，将整个建筑物的底面积全部覆盖，把建筑物的荷载均匀地传递到地基上。

其主要特点包括：1、整体性好：筏板基础能够将上部结构的荷载均匀地分布到整个基础底面，有效地减少了不均匀沉降的发生。

2、稳定性高：由于基础面积大，对地基土的承载力要求相对较低，能够适应较软弱的地基条件。

3、抗渗性能强：对于地下水位较高的地区，筏板基础可以有效地抵抗地下水的渗透，保证建筑物的安全性。

二、高层住宅楼筏板基础设计的考虑因素在设计高层住宅楼的筏板基础时，需要综合考虑多个因素，以确保基础的安全性、经济性和合理性。

1、上部结构的荷载准确计算上部结构传递到基础的竖向荷载和水平荷载是设计的关键。

这包括建筑物的自重、使用活荷载、风荷载、地震作用等。

不同的荷载组合会对筏板基础的尺寸和配筋产生重要影响。

2、地质条件地质勘察报告提供的地基土的物理力学性质、承载力特征值、地下水位等信息是设计的基础。

根据地质条件，选择合适的基础持力层，并确定地基的处理方式。

3、沉降控制高层住宅楼由于高度较大，荷载较重，对沉降的要求较为严格。

设计时需要通过合理的基础尺寸和配筋，控制建筑物的沉降量和差异沉降，避免因不均匀沉降导致结构开裂和损坏。

4、抗浮设计在地下水位较高的地区，建筑物可能会受到地下水的浮力作用。

此时，需要进行抗浮设计，确保筏板基础能够抵抗地下水的浮力，保证建筑物的稳定性。

5、温度应力由于筏板基础的混凝土体积较大，在施工过程中会产生较大的温度应力。

设计时需要采取相应的措施，如设置后浇带、添加膨胀剂等，减少温度裂缝的产生。

三、筏板基础的设计计算1、地基承载力计算根据地质勘察报告提供的地基土参数，按照相关规范和公式，计算地基的承载力。

浅谈高层建筑结构基础选型和优化设计摘要：高层建筑基础承担着将高层建筑上部结构的荷载传递给地基的重要作用，在设计时，应将高层建筑上部结构、基础与地基协同考虑。

在地震区，凡是地基基础好的，建筑结构所受到的破坏就轻，危害就小，否则就破坏严重。

在工程质量事故中，如果基础工程出现质量问题，补救起来相当困难，还会给工程造价和工期带来较大的影响。

所以，在进行地基基础设计时，除了保证基础本身应具有足够的强度和刚度外，还应考虑地基的强度、稳定性及变形的要求，为使基础设计更合理，应综合考虑上部结构、基础和地基的共同作用。

关键词：高层建筑结构选型结构设计the high-rise building foundation will bear the superstructure of load transfer to the important role of foundation, in the design, should will superstructure and foundation and foundation collaborative consideration. in earthquake zones, all good foundation, building structure damage by light, the harm is small, or destroyed. in the engineering quality accident, if the foundation engineering appear quality problem, remedy is very difficult, still can give a project cost and time limit for a project to bring greater effects. so, in the foundation design, in addition to ensure that the foundation itself is should have enoughintensity and stiffness outside, still should consider the foundation intensity, stability and deformation requirement, to make the foundation design more reasonable, should be taken into account the upper structure, foundation and foundation work together.keywords: high building structure selection structure design中图分类号：s611文献标识码：a 文章编号：前言高层建筑基础的重要性，表现在基础形式的多样性和影响因素的复杂性。

高层建筑基础设计的选型与一般要求梁金胜（广州市住宅建筑设计院有限公司广东广州510623）摘要：随着高层建筑在我国的工程建设中越来越普遍，高层建筑基础作为高层建筑结构体系的一个重要组成部分，也日益被业内人士所重视，那是因为高层建筑基础承担着将高层建筑上部结构的荷载传递给地基的重要作用，在设计时，应将高层建筑上部结构、基础与地基协同考虑，选择合理的基础形式。

经过技术经济比较，严格遵照国家有关规范进行设计，才能得出较经济合理的方案。

关键词：高层建筑，基础设计选型；设计要求Abs tract:wit h t he hig h-ris e bu ild in g s in o ur coun try is be com ing more an d more co mmo n inen gin ee ring con st ructio n,hig h b uildin g fou nd atio n as a h igh b uild ing structu re o f the syste m is an importan t pa rt o f th e indu s try wa s also in creas ing ly atten tion,that is becaus e h igh bu ildin g fou n dat ion will bear the su pers tru cture of loa d tra ns fer to th e impo rt an t role o f foun d at ion,in the d esign,sh ou ld will s upe rs tru ctu re and fo und atio n a nd fou nd atio n collaborativeco ns ideratio n,s elect the re aso nab le fou nda tion form.After techn ical an d e co no mic com p aris on, strictly comp ly wit h t he re levant sta te re gulat ions,carry ou t th e des ign,can we re ach a m ore reas ona ble schem e.K e ywo rd s:high b uild ing,bas ic d esign selection;Desig n re quirem ent s中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：引言高层建筑中基础工程的设计与施工对高层建筑本身及其周围环境的安全至关重要，其造价与工期对高层建筑总造价和总工期有举足轻重的影响。