浅析建筑结构设计中基础设计
【摘要】我国的房屋建筑结构设计在取得了很大成就的同时也应该看到其还存在一些问题。文章对我国房屋建筑结构设计中的基础设计中存在的问题进行了分析，并有针对性的提出了相对的改进建议。
【关键词】建筑结构基础设计分析
中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：
高层建筑的主要特征是层数多，高度高，重量大。由于建筑物高耸，不仅竖向荷载大，而且横向风荷载和地震荷载引起的倾覆力矩也成倍增长，因此要求基础和地基提供更高的竖直和水平承载力，同时使沉降和倾斜控制在允许的范围内，并保证建筑物在风荷载与地震荷载下具有足够的稳定性。这就对基础的设计和施工提出了更高、更严的要求。高层建筑基础工程的造价和施工工期在建筑总造价和总工期中所占的比例，与上部结构形式和层数、基础结构形式、桩型以及地质复杂程度和环境条件等因素有关。
一、高层建筑基础设计概述
基础设计是在考虑构造措施的前提下，根据工程地质勘察报告、上部结构类型及上部结构传来的荷载效应和当地的施工技术水平
和材料供应情况确定基础的形式以及材料的强度等级，进行基础底面积的确定及地基承载力验算，完成基础的内力计算和配筋计算。
高层建筑的基础一般采用深桩基础，受力可以是桩独自受力或者桩土共同受力。桩基础是一种比较古老的基础形式，其力学原理正确，通过桩可以充分发挥深部土层的承载能力，同时又具有施工相对简单的特点。也因此桩基不仅能延续至今，而且结合现代的施工和材料技术还获得了更进一步的发展，成为目前基础工程中普遍采用的一种重要的基础形式。
为了满足各种结构物的要求，适应各种不同地质条件和施工方法，在工程实践中往往采用各种不同的桩和桩基础。一般比较常用的分类方法是根据受力条件的不同，将桩分为端承桩和摩擦桩。端承桩一般会穿过较软弱土层，桩底支承在岩层或硬土层等非压缩性土层上，沉降量很小，桩侧摩阻力可以忽略不计，全部荷载由桩底岩石层抵抗力承受。摩擦桩穿过并支承在各种压缩性土层中，一般桩基沉降量比较大，主要依靠装侧摩阻力承担竖向荷载，桩底土层也会支承部分竖向荷载。
桩基础的受力方式有两种，可以是独自受力，也可以是桩土共同受力。不过不管桩基础是独自受力还是桩土共同受力，其作用最主要也是将上部结构的荷载传递给地基。桩基础另外一个作用可以比较好的控制建筑物的沉降量。天然地基往往不可能非常均匀，在建筑物的不同部位某层土层的厚度一般不可能完全相同，或者还会出现在局部部位土层缺失的情况，这些都会造成建筑物的不均匀沉降。通过桩基础把荷载传递给不可压缩或低压缩性的硬土层或岩石
层，建筑物的沉降量就会容易控制。
二、高层建筑基础的设计分析
1、上部结构的刚度对基础受力状况的影响
假设上部结构为绝对刚性，当地基变形时，各竖向构件只能均匀下沉；如忽略竖向构件端部的抗转动能力，则竖向构件支座可视为基础梁的不动铰支座，亦即基础梁犹如倒置的连续梁，不产生整体弯曲，却以基底分布反力为外荷载，产生局部弯曲。反之，假设上部结构为绝对柔性，对基础的变形毫无约束作用，于是基础梁在产生局部弯曲的同时，还经受很大的整体弯曲。于是，两种情况下基础梁的内力分布形式与大小产生很大的差别。实际结构物常介于上述两种情况，其整体刚度的考虑非常困难，只能依靠计算软件分析。在地基、基础和荷载条件不变的情况下，增加上部结构的刚度会减少基础的相对挠曲和内力，但同时导致上部结构自身内力增加，即上部结构对减少基础内力的贡献是以在自身中产生不容忽视的次应力为代价的。还应注意的是上部结构的刚度贡献也是有限的。
2、基础刚度对基底反力分布的影响
绝对柔性基础当上部结构刚度可以忽略时，对荷载传递无扩散作用，如同荷载直接作用在地基上，反力分布p(x，y)则与荷载q(x，y)大小相等、方向相反。当荷载均匀时，基础呈盆形沉降；如欲使基础沉降均匀，则需使荷载从中部向两端逐渐增大，呈不均匀状。
绝对刚性基础对荷载传递起着“架越作用”。由于基础为绝对刚性，迫使地基均匀沉降。由于土中塑性区的开展，反力将发生重分布。塑性区最先在边缘处出现，反力将减小，并向中部转移，形成马鞍形分布。理论分析与试验研究表明，基底反力的分布除与基础刚度密切相关外，还涉及到土的类别与变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性，以及基础的埋深和形状等多种因素。
3、地基条件对基础受力状况的影响
基础受力状况还取决于地基土的压缩性及其分布的均匀性。当地基土不可压缩时，基础结构不仅不产生整体弯曲，局部弯曲亦很小；上部结构也不会因不均匀沉降产生次应力。实践中最常遇到的情况却是地基土有一定的可压缩性，且分布不均，这样，基础弯矩分布就截然不同。基础与地基界面处往往显示出摩擦特征。由于土的强度有限，形成的摩擦力也有限，不会超过土的抗剪强度。孔隙水压力的变化，可能改变压缩过程中摩擦力的大小与分布。此外，外荷载的分布和性质、基础的相对柔度以及土的蠕变等涉及时间变化的效应等都会影响到界面条件。因此，应从完全光滑一直到完全粘着这两种极端情况之间来慎重估计界面摩擦的影响。
4、上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法
上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接
触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结构和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。地基首先需确定采用何种地基模型：线弹性地基模型，非线弹性地基模型还是弹塑地基模型。然后建立地基的刚度矩阵。在共同作用分析中，可以根据实测结果把基础和上部结构的实际刚度进行共同作用分析，并考虑施工过程的影响，把结构荷载和刚度形成情况分别考虑来进行共同作用分析。
三、对房屋建筑结构基础设计的建议
设计人员在进行房屋建筑基础设计的过程当中应站在整个房屋建筑的整体高度出发，充分考虑地基以及上部结构之间的关系，在此基础之上还要科学的结合各种假定。一般来说由于基础上部结构往往要晚于基础的设计，因此要采取相应的措施，尽可能的减少由于上部结构滞后而带来的误差，从而确保房屋结构基础设计的质量。
当前建筑结构基础设计主要是根据结构力学以及弹性力学来进行的，具有操作简单、可靠性高的优点，能够保证取得较好的设计效果，尤其是对于一些地质情况比较好的基础来说更能得到满意的效果。随着钢筋混凝土框架结构在建筑结构中的广泛使用，传统的结构设计方法就显得力不从心。这是因为这种结构对于基础的要求
