第九章基础设计9.1概述基础是高层建筑结构的重要组成部分[F11,P164]。

在整个工程中，基础部分的工程量大、造价高、工期长，同时，由于基础承托着上部结构的全部重量和外部作用力，又属于地下隐蔽工程，其设计和施工质量直接关系着建筑物的安危，一旦出事补救并非容易[F13,P2]。

因此，应当充分认识到基础设计的重要性。

基础设计应满足以下要求：[F11,P187][F27,P511]⒈基础的型式、构造和尺寸应能适应上部结构的需要，符合使用要求；⒉基底压力不超过地基承载力或桩基承载力，基础总沉降量和差异沉降量应控制在允许值范围内；⒊要有足够的强度、刚度和耐久性。

9.1.1基础选型基础结构的型式很多[F13,P１]，选择哪一种基础型式，应根据建筑物的性质、上部结构的特点及荷载大小、工程地质、水文地质、施工条件、场地和环境等因素综合考虑、认真比较，不可机器套用。

概括地说，要在保证安全和使用的前提下尽量选择施工周期较短及经济的方案。

［F14，P326］地基－基础－上部结构是一个相互作用的整体，因此基础设计一定要考虑它们三者共同工作和相互制约的内在关系。

当上部结构的刚度和整体性较差、地基软弱、不均匀时，基础刚度应适当加强；而上部结构刚度和整体性较好，地基较均匀，也不特别软弱时，基础的刚度要求可适当放宽。

［F14，P326］目前我国高层建筑常用的基础型式主要有筏板基础、箱形基础和桩基础。

筏板基础适用于上部结构荷载较大、地基较好、无地下室或地下室使用空间要求灵活的房屋。

箱形基础刚度大，整体性好，适用于软弱地基上的荷载大、对不均匀沉降或防水要求较高的情况。

当基底以下持力层有足够的承载力[F13,P210]，并且地基沉降计算范围内土层的压缩性较低[F13,P76]，易满足沉降计算要求时，宜优先选用浅基础。

当地基土质较差，采用上述各类基础仍不能满足设计要求或不经济时，宜采用桩基础。

表9-1［F21，P265］列出了我国部分高层建筑的基础型式。

我国部分高层建筑基础现状表表9-19.1.2 基础埋置深度基础埋深一般是自室外地面标高算起至基础底面标高的距离［F10，P197］[F27,P513]。

高层建筑的基础应有足够的埋置深度，这是为了：⒈防止水平风力和地震作用下建筑物发生滑移和倾斜，提高基础的稳定性；⒉提高地基承载力，减少基础沉降量。

高层建筑的基础埋深一般为天然地基：不宜小于建筑物高度的112；桩基：自室外地面至承台底面的距离不宜小于建筑物高度的115；非抗震设计或6度抗震设计时，基础埋深可酌情减小；主楼和裙房基础埋深相同时，基础有效埋深为零，即没有侧限是不合适的。

此时，宜将主楼基础加深，利用高差形成侧限。

当基岩埋藏较浅而不满足埋深要求时，可采取在基底打地锚的方法来增加其稳定性。

9.2 地基承载力和地基变形计算9.2.1 地基承载力地基承载力是基础设计的重要依据。

所谓地基承载力是指满足强度和变形要求的地基土单位面积上的承载能力[F27,P515]。

对高层建筑，地基承载力主要根据地质勘察报告确定。

[F4,P782]当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，应按下式计算地基承载力设计值：[F13,P206])5.0()3(0-+-+=d b f f d b k γηγη (9-1)式中 、—地基承载力设计值和标准值，kPa ；、—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土类查表9-2；[F13,P208表6-14]—土的重度，为基底以下土的天然质量密度与重力加速度的乘积，地下水位以下取有效重度，kNm 3；b —基础底面宽度(m)，b<3m 时取b=3m ，b>6m 时取b=6m ；—基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度，kNm 3； d —基础埋深(m),一般自室外地面标高算起。

在填方整平地区，可从填土地面算起，但填土在上部结构完工后完成时，从天然地面算起。

对地下室，当采用箱基或筏基时，从室外地面算起，其他情况，从室内地面标高算起。

式(9-1)计算的设计值时，可取。

当不满足按式(9-1)计算的条件时，可按直接确定地基承载力设计值。

承载力修正系数 表9-2注：⒈ 强风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值；⒉ S r为土的饱和度，S r ≤0.5，稍湿；0.5<S r≤0.8很湿；S r >0.8饱和。

天然地基的地基土抗震承载力设计值可按下式确定：[F4,P783]（9-2）—调整后地基土抗震承载力设计值；—按式(9-1)确定的地基承载力设计值；—地基土抗震承载力调整系数，按表9-3采用。

[F4,P783表13-23]地基土抗震承载力调整系数值表9-3注：表中f k为地基土静承载力标准值。

9.2.2 地基变形计算建筑物的地基变形计算值不应大于地基变形允许值。

高层建筑的地基变形主要由倾斜值控制，见表9-4[F4,P785表13-25]。

多层和高层建筑的地基变形允许值表9-4注：⒈ H为自室外地面算起。

⒉倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差△与其距离L的比值，即△L。

计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性匀质的直线变形理论。

基础的最终沉降量S 可按下式计算： )(1110'--=-==∑i i i i ni si s s Z Z E p S S ααψψ (9-3) S —地基最终沉降量；—沉降计算经验系数；n —地基沉降计算深度范围内所划分的层数；—对应于荷载标准值时的基础底面附加压力(KPa)；—基础底面下第i 层土的压缩模量；、—基础底面至第i 层和第i-1层土底面的距离(m)；、—基础底面计算点至第i 层、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。

以上各符号的取值和计算可参见文献[17]第5.2.5条进行。

计算地基变形时，传至基础底面的荷载应按长期效应组合，不应计入风荷载和地震作用[F4,P786]。

9.3 筏板基础筏板基础厚度较大，有良好的整体刚度和抗渗性能。

有地下室时，基础本身是地下室底板。

由于筏基中内墙数量少，可形成较大的空间，因而能较好地满足建筑功能的要求。

[F27,P528]。

9.3.1 筏板基础的形式⒈ 平板式 这种筏基是一块放在地基上的钢筋混凝土大平板，平板厚度一般从20～300cm 不等[F11,P164]。

当上部结构荷载和柱距较大时平板要很厚，此时材料用量加大，不经济。

⒉ 肋梁式 在筏板的上或下设置肋梁便成了肋梁式筏基。

当采用板上肋梁时，梁应留出排水孔，并设置架空地板[F27,P528]。

肋梁式比平板式可节省混凝土和钢材[F4,P528]。

9.3.2 筏板基础的计算筏板基础的内力计算方法很多，但由于基础与地基连续性的变形协调关系以及上部结构、基础、地基三者共同工作的情况十分复杂，使得内力计算结果与实际情况难以接近，因此宜采用以构造为主、计算为辅的实用设计方法，我国《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7-89）也强调了有关设计构造。

这里仅介绍筏基内力计算的刚性板法：刚性板法假定基础是绝对刚性的，筏板与地基的接触压力在两个方向呈直线分布。

筏板的地基反力可按下式求得：[F4,P824] )1(),(y I e x I e A P y x p xy y x ±±∑= （9-4） (9-5)式中 —基底反力，即作用于基础板下的压力设计值；—筏基上的总荷载，不计筏板自重及筏板上回填土重，故反力p 为净反力；A — 筏基底面积；、—的合力作用点在x 、y 方向上至基底形心的距离；、—筏板平面对x 、y 轴的惯性矩；、—筏板平面对x 、y 轴的抵抗矩。

求出的基底净反力，考虑上部结构刚度的影响在筏基端部1～2开间内将基底反力增加10%～20%。

[F4,P824]无论是平板式还是肋梁式筏基，求出地基反力后，均可按“倒楼盖法”计算筏板基础的内力，即将基础板视作倒置的楼盖，以柱子或剪力墙为支座、地基净反力为荷载，按普通钢筋混凝土楼盖来计算。

⑴对框架结构下的平板式筏基，将基础平板在纵横两个方向划分为柱上板带和柱间板带，近似取地基反力为板带上的荷载，按无梁楼盖进行内力分析和配筋计算；⑵对框架柱下的肋梁式筏基，当柱网接近方形、肋梁仅沿柱网布置时，基础板按连续双向板、肋梁按连续梁进行内力分析；当基础板在柱网间增设了肋梁时，基础板可根据区格大小而按双向板或单向板计算，肋梁按连续梁计算。

⑶对剪力墙下筏板基础，根据基础板区格大小按双向板或单向板计算筏板内力。

各种情况下的详细计算可参阅《混凝土结构》的有关内容。

[F21,P267]9.3.3 设计及构造要求⒈筏板平面尺寸应满足地基承载力要求。

为减小偏心距，改善基础受力状态，可通过改变底板四边外挑长度，使底板形心与上部结构长期荷载重心重合，外挑长度不宜大于2.0m。

当不能重合时要求偏心距不超过基础宽度的130。

⒉基础埋深应符合9.1.2节的要求。

⒊筏基混凝土强度等级不宜低于C20，有防水要求时，混凝土抗渗要求不应低于S6。

筏板下应有100mm的垫层，这时钢筋保护层不宜小于35mm。

⒋筏板厚度应满足抗冲切和抗剪切的要求。

⒌筏板受力钢筋除按计算要求配置外，在纵横两个方向对柱下筏板应有0.15%的配筋率连通，对剪力墙下板底纵向为0.15%，横向为0.10%。

⒍板厚可根据上部结构开间和荷载大小凭经验确定，或根据楼层数按每层50mm估算，且不小于400mm。

⒎当筏板底部土的压缩性、柱距和荷载分布比较均匀，基础板厚大于16开间距离时，可近似按刚性基础板计算，不满足上述条件时可按弹性基础板计算，具体计算可参阅有关资料。

⒏筏板基础尚应进行地基变形验算。

9.4 箱形基础箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和内外纵横墙体组成的箱形空间结构[F27,P519]。

箱形基础整体刚度好；传荷均匀；能利用自身的刚度调整不均匀沉降。

箱形基础不需回填，相应地提高了地基的有效承载力。

箱形基础内部还可用作地下室或地下设备层，是高层建筑广泛采用的一种基础形式。

9.4.1 设计及构造要求一、构造要求⒈箱形基础平面尺寸一般与上部结构相同，使基底平面形心尽可能与上部结构竖向静荷载重心相重合，要求最大偏心距不大于偏心方向边长的160。

当偏心距较大时，可使箱形基础底板相应外挑，以调整底板形心位置。

⒉箱形基础的高度一般可取建筑物高度的112～18，也不宜小于箱形基础长度(包括底板悬挑部分)的118，且不小于3.0m。

⒊箱形基础的埋深应满足9.1.2节要求，一般可取箱形基础的高度。

[F16，6.1.2]⒋箱形基础的外墙应沿建筑四周布置，内墙沿柱网或剪力墙位置纵横向均匀布置，平均每平方米基础面积(不包括底板悬挑部分)上的墙体长度不宜小于400mm，且纵向墙体水平截面面积不少于墙体总量的60%，并应有不少于3道纵墙贯通全长。