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摘要：高层建筑中的基础工程关系到整栋楼的安全和寿命。本文主要分析了建筑基础主要设计种类，并结合工程实例，分析了基础设计方案的经济性，分情况探讨了方案的设计要点。
关键词：建筑；基础；设计；种类
中图分类号：S611文献标识码： A
基础工程是高层建筑的重要组成部分，而基础设计的科学与否直接关系到建筑工程的质量和进度，还与建成后的使用目标和运营成本息息相关。所以，应该选择经济的基础设计方案。高层建筑的地基基础设计还应与建筑物的用途相符合，满足相关的安全等级要求，在造价上做到经济合理，真正确保建筑物的安全和正常使用。
1建筑基础主要设计种类
1.1筏形基础
筏形基础是通过运用底板整片相连的基础形式，这种形式可以用在墙下和柱下，主要有梁板式和平板式两种。
筏形基础的特点就是成片覆盖在建筑物地基上，不仅覆盖面达，而且比较完整和连续，它能满足软弱地基承载力的要求，有效降低地基的附加应力和不均匀沉降，还有别种基础所不具备的功能。也正是因为这些特点，筏板基础也存在一定缺陷，平面的大面积和厚度有限，使得抗弯刚度不强，不能有效调整过大的沉降差异，特别是在土岩结合地基等软弱不均地带，必须经过处理后才能适应；因为它具有连续性，在局部荷载下，既要有正弯矩钢筋，也要有负弯矩钢筋，还需有—定数量的构造钢筋，所以经济指标较高。
篷形基础的计算方法一般有三种：简化计算方法；考虑地基与基础共同作用的方法；考虑地基、基础与上部结构共同作用的方法。
1.2箱形基础
箱形基础主要包括顶、底板和纵、横墙板，它是一种空间盒式结构。它的纵横墙必须满足一定的刚度要求。箱形基础基础宽度较大，基础埋深也较大。
箱形基础比较适合运用于软弱地基上时高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。箱基宽阔的基础底面使地基受力层范围很大，较大的埋置深度（d≥3m)和中空的结构形式使开挖卸去的土重抵偿了上部结构部分传来的荷载在地基中引起的附加应力（补偿效应）[1]。因此，箱形基础的稳定性较好，能有效降低基础沉降量。再者，箱基的抗震性好，但箱基需要较多的材料、施工时间比较久，造价高，施工技术比较复杂，特别是当开挖深基坑时，要考虑人工降低地下水位、坑壁支护和对相临建筑的影响问题。再者，还要对箱基地下室的防水、通风采取周密的措施。箱形基础计算整体弯曲时，箱形基础自重按均布荷载处理；计算底板弯曲时反力应扣除底板自重。箱形基础内力要结合上部结构整体刚度的大小选择合适的计算方法，通常采用材料力学的截面法计算箱形基础的内力，上部结构不同要进行不同的考虑。
1.3桩基础
若建筑场地浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适合不进行地基处理，就要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案，桩基础则就是一种重要的深基础。
桩基础适合用在地基不能存在过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它主要的建筑物、重型工业厂房和荷载很大的建筑物等。桩基础承载力高、稳定性好、沉降稳定快、沉降量小，既可以抵抗上拔力和水平力，同时又是抗震液化的主要手段，它适用于机械化施工，而且，能适应各种复杂地质条件。当地基上部软弱而在桩端可达的深度处埋藏有坚实地层时，最宜采用桩基。桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注柱，很容易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等质量缺陷，影响柱身结构完整性和单桩承载力，造成工程安全隐患。所以，施工质量是桩基设计中的重要环节。再者，桩基础的工程造价比较高。
桩基础可以使用以下的计算方法：单柱竖向承载力的确定方法；单桩的竖向极限承载力(Qu)的确定方法；单桩的竖向承载力特征值(Ra)的确定方法。
2工程概况
本工程为一栋商业和酒店的综合大楼。主楼地上24层，高91.1m，地下2层，裙房地上5层，高30.3m，地下一层。主楼使用了框架剪力墙结构，而裙楼则使用了框架结构，建筑总面积达到了6800m2。
3基础方案的经济对比
下面仅对高层部分基础的桩基基础和筏形基础两种方案进行经济比较。
3.1筏形基础
建筑柱网为8.4mx8.4m，设计中在两个方向柱网中各加一道次梁，形成4.2m×4.2m时的板格，构件基本尺寸为：底板厚800，主梁800×2500，次梁500×l800，混凝士强度等级为C30，底板面积为1760m2。
底板采用弹性地基梁板基础结构CAD软件一EF进行计算，荷载由上部整体结构计算结果传来，由于采用“EF”程序计算，地基基床系数的取值范围比较广，系数会直接影响到计算结果。所以，在设计时会采用TBSA程序计算倒楼盖[2]。荷载由上部荷载换算成均布荷载，最后通过对比两种结果，得出计算结果，算得筏基造价为300万元。
3.2桩基础
桩基础桉一柱一桩设计，桩基进入做风化岩层深度不小于1.0m，上部荷载直接传至桩基，基础底板承担水浮力，按荷载标准值50kN／m2(相当于上部均布面荷载的l5%)。用TBSA程序计算倒楼盖，可以得出基础构件尺寸：桩径l600～2000，扩大头直径2400～3200，桩长8～10m。主梁100×1200，次梁300×1000，底板厚400，底板混凝土强度等级为C30，桩身混凝土强度等级为C25，算出了计算结果为基础造价245万元（其中桩基105万，底板140万元）。
在上述方案的对比中可知，桩筏基础的总造价为筏基总造价的82%。所以，本工程使用樁筏基础更经济。
4基础方案考虑因素
当浅层地质良好，地基上可以承受较大的承载力，基岩埋藏深度不大，能采用人工挖孔扩底墩时，应该对比桩基与筏基的经济性。
事实证明，认为应该先筏基后桩基，觉得筏基比桩基更经济的想法并不一定对。通过对比本工程的两种基础方案的经济性可知，类似的二十多层的高层建筑，桩基长度在10m左右的，使用桩基比筏基经济，但是具体还要结合实际工程，并非固定不变：
4.1桩的长度(即基岩深度)
表1对比了本工程桩基础中各种桩长的基础造价及经济指标。
表1各种桩长的基础造价与经济指标比较/万元
由表1可以得到经济指标与桩长L的关系图1，由图中可以看出，E值与桩长成正比，随着桩长的增大，桩基的造价增大而经济指标随之线性增大，桩的长度界限值为：桩长=10m，即当桩长L＜10m，则桩基比筏基经济。
图1经济指标E与桩长L的关系图
4.2建筑物的高度
从表1可知(以本工程为例)当桩长达到限长度g=10m时，桩的造价与其底板造价相近，而其底板的造价为筏基方案总造价的一半，当增加了建筑物高度和层数时，筏基方案造价也增多。而桩基方案中的底板的造价基本不变，而桩基造价却增加了。所以，两者总造价增加的比例不同。建筑物越高，桩的界限长度也越大。将本工程进行改造分析，当楼层为十七层与二十七层时，情况有所变动：十七层时，桩的界限长度g=7m；二十七层时，桩的界限长度为g=12m。所以可以画出桩长Lg与层数的相关图，见图2。
图2桩的间隙长度L/g与层数的关系图
由图2可知，不同层数建筑物桩的界限长度。例如，当一个二十五层的高层建筑的地基情况符合上文中的先决条件时，我们可从图中查出，桩的界限长度为g=11.5m，当此工程的桩长在11.5m以内时，使用桩基方案比较经济，反之应采用筏形基础。
总之，虽说本工程的分析典型性不够，但是可以得知高层建筑的基础造型一定要进行经济比较才行。
参考文献：
[1]杨迎晓，朱向荣.地基基础价值工程研究与应用[J].土木工程学报.2002（10）106-110.
[2]王明贵.筏板基础的计算研究与工程应用[J].建筑结构.2001（1）:27-29
关键词：建筑；基础；设计；种类
中图分类号：S611文献标识码： A
基础工程是高层建筑的重要组成部分，而基础设计的科学与否直接关系到建筑工程的质量和进度，还与建成后的使用目标和运营成本息息相关。所以，应该选择经济的基础设计方案。高层建筑的地基基础设计还应与建筑物的用途相符合，满足相关的安全等级要求，在造价上做到经济合理，真正确保建筑物的安全和正常使用。
1建筑基础主要设计种类
1.1筏形基础
筏形基础是通过运用底板整片相连的基础形式，这种形式可以用在墙下和柱下，主要有梁板式和平板式两种。
筏形基础的特点就是成片覆盖在建筑物地基上，不仅覆盖面达，而且比较完整和连续，它能满足软弱地基承载力的要求，有效降低地基的附加应力和不均匀沉降，还有别种基础所不具备的功能。也正是因为这些特点，筏板基础也存在一定缺陷，平面的大面积和厚度有限，使得抗弯刚度不强，不能有效调整过大的沉降差异，特别是在土岩结合地基等软弱不均地带，必须经过处理后才能适应；因为它具有连续性，在局部荷载下，既要有正弯矩钢筋，也要有负弯矩钢筋，还需有—定数量的构造钢筋，所以经济指标较高。
篷形基础的计算方法一般有三种：简化计算方法；考虑地基与基础共同作用的方法；考虑地基、基础与上部结构共同作用的方法。
1.2箱形基础
箱形基础主要包括顶、底板和纵、横墙板，它是一种空间盒式结构。它的纵横墙必须满足一定的刚度要求。箱形基础基础宽度较大，基础埋深也较大。
箱形基础比较适合运用于软弱地基上时高层、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物。箱基宽阔的基础底面使地基受力层范围很大，较大的埋置深度（d≥3m)和中空的结构形式使开挖卸去的土重抵偿了上部结构部分传来的荷载在地基中引起的附加应力（补偿效应）[1]。因此，箱形基础的稳定性较好，能有效降低基础沉降量。再者，箱基的抗震性好，但箱基需要较多的材料、施工时间比较久，造价高，施工技术比较复杂，特别是当开挖深基坑时，要考虑人工降低地下水位、坑壁支护和对相临建筑的影响问题。再者，还要对箱基地下室的防水、通风采取周密的措施。箱形基础计算整体弯曲时，箱形基础自重按均布荷载处理；计算底板弯曲时反力应扣除底板自重。箱形基础内力要结合上部结构整体刚度的大小选择合适的计算方法，通常采用材料力学的截面法计算箱形基础的内力，上部结构不同要进行不同的考虑。
1.3桩基础
若建筑场地浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适合不进行地基处理，就要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案，桩基础则就是一种重要的深基础。
桩基础适合用在地基不能存在过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它主要的建筑物、重型工业厂房和荷载很大的建筑物等。桩基础承载力高、稳定性好、沉降稳定快、沉降量小，既可以抵抗上拔力和水平力，同时又是抗震液化的主要手段，它适用于机械化施工，而且，能适应各种复杂地质条件。当地基上部软弱而在桩端可达的深度处埋藏有坚实地层时，最宜采用桩基。桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注柱，很容易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等质量缺陷，影响柱身结构完整性和单桩承载力，造成工程安全隐患。所以，施工质量是桩基设计中的重要环节。再者，桩基础的工程造价比较高。
桩基础可以使用以下的计算方法：单柱竖向承载力的确定方法；单桩的竖向极限承载力(Qu)的确定方法；单桩的竖向承载力特征值(Ra)的确定方法。
2工程概况
本工程为一栋商业和酒店的综合大楼。主楼地上24层，高91.1m，地下2层，裙房地上5层，高30.3m，地下一层。主楼使用了框架剪力墙结构，而裙楼则使用了框架结构，建筑总面积达到了6800m2。
3基础方案的经济对比
下面仅对高层部分基础的桩基基础和筏形基础两种方案进行经济比较。
3.1筏形基础
建筑柱网为8.4mx8.4m，设计中在两个方向柱网中各加一道次梁，形成4.2m×4.2m时的板格，构件基本尺寸为：底板厚800，主梁800×2500，次梁500×l800，混凝士强度等级为C30，底板面积为1760m2。
底板采用弹性地基梁板基础结构CAD软件一EF进行计算，荷载由上部整体结构计算结果传来，由于采用“EF”程序计算，地基基床系数的取值范围比较广，系数会直接影响到计算结果。所以，在设计时会采用TBSA程序计算倒楼盖[2]。荷载由上部荷载换算成均布荷载，最后通过对比两种结果，得出计算结果，算得筏基造价为300万元。
3.2桩基础
桩基础桉一柱一桩设计，桩基进入做风化岩层深度不小于1.0m，上部荷载直接传至桩基，基础底板承担水浮力，按荷载标准值50kN／m2(相当于上部均布面荷载的l5%)。用TBSA程序计算倒楼盖，可以得出基础构件尺寸：桩径l600～2000，扩大头直径2400～3200，桩长8～10m。主梁100×1200，次梁300×1000，底板厚400，底板混凝土强度等级为C30，桩身混凝土强度等级为C25，算出了计算结果为基础造价245万元（其中桩基105万，底板140万元）。
在上述方案的对比中可知，桩筏基础的总造价为筏基总造价的82%。所以，本工程使用樁筏基础更经济。
4基础方案考虑因素
当浅层地质良好，地基上可以承受较大的承载力，基岩埋藏深度不大，能采用人工挖孔扩底墩时，应该对比桩基与筏基的经济性。
事实证明，认为应该先筏基后桩基，觉得筏基比桩基更经济的想法并不一定对。通过对比本工程的两种基础方案的经济性可知，类似的二十多层的高层建筑，桩基长度在10m左右的，使用桩基比筏基经济，但是具体还要结合实际工程，并非固定不变：
4.1桩的长度(即基岩深度)
表1对比了本工程桩基础中各种桩长的基础造价及经济指标。
表1各种桩长的基础造价与经济指标比较/万元
由表1可以得到经济指标与桩长L的关系图1，由图中可以看出，E值与桩长成正比，随着桩长的增大，桩基的造价增大而经济指标随之线性增大，桩的长度界限值为：桩长=10m，即当桩长L＜10m，则桩基比筏基经济。
图1经济指标E与桩长L的关系图
4.2建筑物的高度
从表1可知(以本工程为例)当桩长达到限长度g=10m时，桩的造价与其底板造价相近，而其底板的造价为筏基方案总造价的一半，当增加了建筑物高度和层数时，筏基方案造价也增多。而桩基方案中的底板的造价基本不变，而桩基造价却增加了。所以，两者总造价增加的比例不同。建筑物越高，桩的界限长度也越大。将本工程进行改造分析，当楼层为十七层与二十七层时，情况有所变动：十七层时，桩的界限长度g=7m；二十七层时，桩的界限长度为g=12m。所以可以画出桩长Lg与层数的相关图，见图2。
图2桩的间隙长度L/g与层数的关系图
由图2可知，不同层数建筑物桩的界限长度。例如，当一个二十五层的高层建筑的地基情况符合上文中的先决条件时，我们可从图中查出，桩的界限长度为g=11.5m，当此工程的桩长在11.5m以内时，使用桩基方案比较经济，反之应采用筏形基础。
总之，虽说本工程的分析典型性不够，但是可以得知高层建筑的基础造型一定要进行经济比较才行。
参考文献：
[1]杨迎晓，朱向荣.地基基础价值工程研究与应用[J].土木工程学报.2002（10）106-110.
[2]王明贵.筏板基础的计算研究与工程应用[J].建筑结构.2001（1）:27-29