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【摘 要】高层建筑结构的基础在建筑工程中的地位是举足轻重的，筏板基础作为建筑结构首选的基础方案，其应用越来越广泛。本文从高层建筑的基础设计及选型出发，总结了高层建筑中筏板基础的设计方法及其应用过程，以期筏板基础在高层建筑工程中能更为有效的被应用。
【关键词】筏板基础；高层建筑；设计；应用
1 引言
高层建筑基础直接关系到建筑工程的安全、投资效益以及施工进度，也是判断工程整体设计是否合理的重要依据。由于筏板基础具有刚度大、抗震能力好、整体性强等优点，因此能减小基础沉降量、调整地基不均匀沉降，还可以满足诸如地下仓库、地下停车场等地下大空间的使用要求。由此可见，积极探索筏板基础在高层建筑中的应用，以更好的发展建设高层建筑，极具理论与现实意义。
2 高层建筑基础设计及选型概述
2.1 高层建筑基础设计及选型的任务
基础设计的主要任务是根据上部结构形式，建筑物场地的工程地质条件、施工条件以及其他有关情况，进行综合考虑后来选定基础方案及形式。高层建筑基础选型直接关系到工程造价、施工难度和工期。
由此可见，高层建筑的基础选型选用桩基或筏基都不是绝对的，安全可靠、经济合理才是基础选型的标准。因此，需因地制宜，在认真研究场地岩土性质和上部结构特点的基础上，通过综合技术经济比较来确定。
2.2 高层建筑选用筏板基础的条件
高层建筑的基础除直接建于坚硬的岩石上外，一般还有十字交叉条形基础、筏板基础、桩基及箱形基础。而当地基很软弱，承载能力低，而上部结构传来的荷载又很大，导致十字条形基础还不能提供足够的底面积时，可采用钢筋混凝土的筏板基础，它可做成平板式和梁板式两种。
3 高层建筑中筏板基础的设计及应用过程
3.1 筏板基础埋深及承载力的确定
高层建筑一般位于用地紧张的城区，车库、水池等地下室的使用功能要求决定了地下室的层高和层数，这也基本确定了基础底板的埋置深度，再结合建筑场地的岩土工程特点研究选择天然筏板基础的可能性。
由于天然筏板基础属于补偿性基础，因此地基确定有两种方案：一是地基承载力设计值的直接确定法；二是按照补偿性基础分析地基承载力。例如：某栋地上25层、地下2层（底板埋深10m）的高层建筑，由于将原地面下10m厚的原土挖去建造地下室，则抵抗土压力达180Kpa，约相当于11层楼的荷载重量。若地下稳定水位为地面下2m，则水的浮力为80 Kpa，约相当于5层楼的负荷重量，因此实际需要的地基承载力为14层楼的负荷。即当地基承载力标准值f≧250 Kpa时就能满足设计要求，若筏基的底板适当向外挑出，则有更大的可靠度。
3.2 筏板基础的沉降计算与分析
地基的验算包括承载力和变形两方面，目前对地基变形的精确计算还比较困难，采用各向同性均质线性变形体计算模型，用分层总和法计算出的自由沉降量往往同实测的地基变形量不同。这一是由于理论假定条件与实际状况不符，二是因为计算公式中 采用的计算参数、试验条件与实际条件不同造成；三是因为公式计算出的建筑物沉降量只与基础尺寸有关，而实测沉降量已受到基础刚度调整的影响。
因此，计算高层建筑的地基变形时，由于施工土层较厚往往引起地基的回弹变形而使地基微量隆起，地基回弹再压缩变形不但不应忽略，而应予以重视。在实际施工中回弹再压缩模量较难测定和计算，从经验上回弹量约为公式计算变形量10%至30%，高层建筑的实际沉降观测结果将是上述计算值的1.1至1.3倍左右。
其次，为了使沉降计算与实际变形接近，采用总负荷作为地基沉降计算压力比用附加压力P0计算更趋合理，这在近似考虑了深埋基础的同时，还解决了大面积开挖基坑坑底的回弹再压缩问题。当然，目前除规定采用一般的压缩模量ES计算沉降量外，又规定了按压缩模量E0计算沉降量的方法，设计人员可以根据工程
具体情况相机抉择。
3.3 筏板基础的结构设计
筏板基础的结构形式主要有平板式筏基和肋梁式筏基，一般情况下宜将基础肋梁置于底板上面，如果地基不匀或有其他要求，可将肋梁置于板下，框架柱位于肋梁交点处。在筏基具体设计时，一方面应尽量使上部结构的荷载合力重心与筏基形心相重合，从而确定底板的形状和尺寸，另一方面要保证底板厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定。
其次，无肋梁筏板基础的配筋可近似按无梁楼盖设柱上板带和跨中板带的计算方法进行，精确计算可用有限元法；对肋梁式筏基，当肋梁高度比板厚大得较多时，可分别计算底板和肋梁的配筋。同时在构造配筋要求方面，筏板受力筋应满足规范中0.15%的配筋率要求，悬挑板角处应设置放射状附加钢筋等。
3.4 裙房基础的设计
由于裙房的单柱荷载与高层主楼相比要小的多，因此无需采用厚筏基础，采用薄板配柱下独立扩展基础即可。这里需要强调的是，裙楼独立柱基的沉降与主楼筏板基础的沉降要相协调，即控制沉降差在允许值范围内。应根据公式计算主楼沉降量S，再按各柱的荷载N值和S值反算出各独立柱基础的面积A。
3.5 筏板基础抗浮锚杆的设置
当底板埋深较大时，不少设计人员担心地下水位对底板的浮托力而设置抗拔锚杆，但从施工过程来看，只要保证做好以下三个方面，则是无需设置抗浮锚杆的。第一，只要能在地下室施工过程中有序排水或限制水位，保证基础底板以下不会产生浮托力。第二，在地下室和地面上相应有限几层的结构完成后，筏板基础底板上的结构重量大于实际上浮力后，整个基础结构能稳定。第三，只要在地下室施工过程中能保持基坑干燥，保证基础和地下室结构及地上2层结构施工能顺利完成。
当然，对于一些地下室较大、较深而地面以上结构层数不多的建筑，则应根据上述总体平衡的原则计算确定抗浮锚杆。对于地下室面积较大而主体塔楼面积较小的建筑，应验算裙房部位的浮托力能否与结构自重相平衡，否则也应设置抗浮锚杆。
3.6 片筏基础的计算及分析
片筏基础的计算方法很多，由于它们的假定条件不同，所以其在实际工程应用中是存在误差的，因此应考虑一些其他因素。例如，地基模型因考虑地基由塑性变形而引起的反力重分布，这样的非线性地基模型计算及应用更加合理。
另外，简化计算方法中如静力平衡法、级数法以及假定筏板为刚性的非线性地基的轮算法仍在一些地区采用。一般来说，在地基较均匀，荷载差别不大的条件下，倒梁法和倒楼盖法可以作为简化方法用于实际工程，而有限元方法更适用于复杂条件下的框筏体系非线性地基的分析。
4 结论
高层建筑基础设计是整个结构设计的重要一环，其设计合理与否，关系到建筑物的安全和使用及施工工期和投资额度。在综合考虑高层建筑场地岩土性质和上部结构特点的情况下，选用筏板基础作为高层建筑基础设计，只要保证有良好的设计和施工，筏板基础的应用定可以妥善解决高层建筑的大沉降问题，在节约建筑工程造价等方面定会具有其不可替代的优越性。
参考文献：
[1]刘天波.预应力管桩基础设计[J].国外建材科技，2009，（01）：18-21
[2]丁少润.浅谈高层建筑筏板基础的设计[J].安徽建筑，2009，（04）：116-118
[3]蒋永生.高層建筑筒体下桩筏基础设计方法[J].江苏建筑，2010，（11）58-61
[4]李书华.CFG桩（法）＋筏板基础在高层建筑基础中的应用案例分析[J].福建建筑，2011，（09）：58-60
作者简介：
王海村（1977-），男，浙江台州人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：结构设计。
【关键词】筏板基础；高层建筑；设计；应用
1 引言
高层建筑基础直接关系到建筑工程的安全、投资效益以及施工进度，也是判断工程整体设计是否合理的重要依据。由于筏板基础具有刚度大、抗震能力好、整体性强等优点，因此能减小基础沉降量、调整地基不均匀沉降，还可以满足诸如地下仓库、地下停车场等地下大空间的使用要求。由此可见，积极探索筏板基础在高层建筑中的应用，以更好的发展建设高层建筑，极具理论与现实意义。
2 高层建筑基础设计及选型概述
2.1 高层建筑基础设计及选型的任务
基础设计的主要任务是根据上部结构形式，建筑物场地的工程地质条件、施工条件以及其他有关情况，进行综合考虑后来选定基础方案及形式。高层建筑基础选型直接关系到工程造价、施工难度和工期。
由此可见，高层建筑的基础选型选用桩基或筏基都不是绝对的，安全可靠、经济合理才是基础选型的标准。因此，需因地制宜，在认真研究场地岩土性质和上部结构特点的基础上，通过综合技术经济比较来确定。
2.2 高层建筑选用筏板基础的条件
高层建筑的基础除直接建于坚硬的岩石上外，一般还有十字交叉条形基础、筏板基础、桩基及箱形基础。而当地基很软弱，承载能力低，而上部结构传来的荷载又很大，导致十字条形基础还不能提供足够的底面积时，可采用钢筋混凝土的筏板基础，它可做成平板式和梁板式两种。
3 高层建筑中筏板基础的设计及应用过程
3.1 筏板基础埋深及承载力的确定
高层建筑一般位于用地紧张的城区，车库、水池等地下室的使用功能要求决定了地下室的层高和层数，这也基本确定了基础底板的埋置深度，再结合建筑场地的岩土工程特点研究选择天然筏板基础的可能性。
由于天然筏板基础属于补偿性基础，因此地基确定有两种方案：一是地基承载力设计值的直接确定法；二是按照补偿性基础分析地基承载力。例如：某栋地上25层、地下2层（底板埋深10m）的高层建筑，由于将原地面下10m厚的原土挖去建造地下室，则抵抗土压力达180Kpa，约相当于11层楼的荷载重量。若地下稳定水位为地面下2m，则水的浮力为80 Kpa，约相当于5层楼的负荷重量，因此实际需要的地基承载力为14层楼的负荷。即当地基承载力标准值f≧250 Kpa时就能满足设计要求，若筏基的底板适当向外挑出，则有更大的可靠度。
3.2 筏板基础的沉降计算与分析
地基的验算包括承载力和变形两方面，目前对地基变形的精确计算还比较困难，采用各向同性均质线性变形体计算模型，用分层总和法计算出的自由沉降量往往同实测的地基变形量不同。这一是由于理论假定条件与实际状况不符，二是因为计算公式中 采用的计算参数、试验条件与实际条件不同造成；三是因为公式计算出的建筑物沉降量只与基础尺寸有关，而实测沉降量已受到基础刚度调整的影响。
因此，计算高层建筑的地基变形时，由于施工土层较厚往往引起地基的回弹变形而使地基微量隆起，地基回弹再压缩变形不但不应忽略，而应予以重视。在实际施工中回弹再压缩模量较难测定和计算，从经验上回弹量约为公式计算变形量10%至30%，高层建筑的实际沉降观测结果将是上述计算值的1.1至1.3倍左右。
其次，为了使沉降计算与实际变形接近，采用总负荷作为地基沉降计算压力比用附加压力P0计算更趋合理，这在近似考虑了深埋基础的同时，还解决了大面积开挖基坑坑底的回弹再压缩问题。当然，目前除规定采用一般的压缩模量ES计算沉降量外，又规定了按压缩模量E0计算沉降量的方法，设计人员可以根据工程
具体情况相机抉择。
3.3 筏板基础的结构设计
筏板基础的结构形式主要有平板式筏基和肋梁式筏基，一般情况下宜将基础肋梁置于底板上面，如果地基不匀或有其他要求，可将肋梁置于板下，框架柱位于肋梁交点处。在筏基具体设计时，一方面应尽量使上部结构的荷载合力重心与筏基形心相重合，从而确定底板的形状和尺寸，另一方面要保证底板厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定。
其次，无肋梁筏板基础的配筋可近似按无梁楼盖设柱上板带和跨中板带的计算方法进行，精确计算可用有限元法；对肋梁式筏基，当肋梁高度比板厚大得较多时，可分别计算底板和肋梁的配筋。同时在构造配筋要求方面，筏板受力筋应满足规范中0.15%的配筋率要求，悬挑板角处应设置放射状附加钢筋等。
3.4 裙房基础的设计
由于裙房的单柱荷载与高层主楼相比要小的多，因此无需采用厚筏基础，采用薄板配柱下独立扩展基础即可。这里需要强调的是，裙楼独立柱基的沉降与主楼筏板基础的沉降要相协调，即控制沉降差在允许值范围内。应根据公式计算主楼沉降量S，再按各柱的荷载N值和S值反算出各独立柱基础的面积A。
3.5 筏板基础抗浮锚杆的设置
当底板埋深较大时，不少设计人员担心地下水位对底板的浮托力而设置抗拔锚杆，但从施工过程来看，只要保证做好以下三个方面，则是无需设置抗浮锚杆的。第一，只要能在地下室施工过程中有序排水或限制水位，保证基础底板以下不会产生浮托力。第二，在地下室和地面上相应有限几层的结构完成后，筏板基础底板上的结构重量大于实际上浮力后，整个基础结构能稳定。第三，只要在地下室施工过程中能保持基坑干燥，保证基础和地下室结构及地上2层结构施工能顺利完成。
当然，对于一些地下室较大、较深而地面以上结构层数不多的建筑，则应根据上述总体平衡的原则计算确定抗浮锚杆。对于地下室面积较大而主体塔楼面积较小的建筑，应验算裙房部位的浮托力能否与结构自重相平衡，否则也应设置抗浮锚杆。
3.6 片筏基础的计算及分析
片筏基础的计算方法很多，由于它们的假定条件不同，所以其在实际工程应用中是存在误差的，因此应考虑一些其他因素。例如，地基模型因考虑地基由塑性变形而引起的反力重分布，这样的非线性地基模型计算及应用更加合理。
另外，简化计算方法中如静力平衡法、级数法以及假定筏板为刚性的非线性地基的轮算法仍在一些地区采用。一般来说，在地基较均匀，荷载差别不大的条件下，倒梁法和倒楼盖法可以作为简化方法用于实际工程，而有限元方法更适用于复杂条件下的框筏体系非线性地基的分析。
4 结论
高层建筑基础设计是整个结构设计的重要一环，其设计合理与否，关系到建筑物的安全和使用及施工工期和投资额度。在综合考虑高层建筑场地岩土性质和上部结构特点的情况下，选用筏板基础作为高层建筑基础设计，只要保证有良好的设计和施工，筏板基础的应用定可以妥善解决高层建筑的大沉降问题，在节约建筑工程造价等方面定会具有其不可替代的优越性。
参考文献：
[1]刘天波.预应力管桩基础设计[J].国外建材科技，2009，（01）：18-21
[2]丁少润.浅谈高层建筑筏板基础的设计[J].安徽建筑，2009，（04）：116-118
[3]蒋永生.高層建筑筒体下桩筏基础设计方法[J].江苏建筑，2010，（11）58-61
[4]李书华.CFG桩（法）＋筏板基础在高层建筑基础中的应用案例分析[J].福建建筑，2011，（09）：58-60
作者简介：
王海村（1977-），男，浙江台州人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：结构设计。