摘要：随着我国社会经济的不断发展，城市化进程不断加快，高层建筑在我国的工程建设中愈来愈多，而高层建筑基础是高层建筑建设中尤为关键的一环。因为高层建筑基础承担着将高层建筑上部结构的荷载传给地基的重要作用，因此应考虑高层建筑上部结构、基础与地基协同作用。而高层建筑基础中不均匀沉降问题也愈来愈严重，由于不均匀沉降对高层建筑物的危害性较大，因此在设计时必须对其重视，在发生时必须进行有效处理。本文首先分析了高层建筑不均匀沉降的产生因素，其次对比了不同的基础形式，最后对复杂高层建筑筏板基础进行了探讨。
关键词：高层建筑基础不均匀沉降筏板基础
Research on Uneven Settlement of High-rise Building Foundation
Abstract：With the continuous development of China's social economy and the acceleration
process of urbanization, more and more high-rise buildings are showing in the construction of our country, and the foundation plays a very important role in the construction of high-rise buildings. The foundation transfers the load of the upper structure to the subgrade, so it is necessary to take the superstructure, foundation and subgrade into consideration together.However the uneven settlement problem is becoming more and more serious and it causes greater harm to the safety of high-rise buildings, so it is necessary to pay more attention to it during the project and treat it effectively when it happens. This text firstly analyzes the factors of uneven settlement in the high-rise buildings, then compares different foundations, and lastly discuss the raft foundation of complexed high-rise buildings.
Keywords: high-rise buildings, foundation, uneven settlement, raft foundation
0引言
由于高层建筑基础产生不均匀沉降，极易导致墙体开裂产生斜裂缝，若不加以控制处理裂缝会继续延伸。高层建筑不均匀沉降还会导致建筑物的严重下沉以及上部结构的倾斜，因此，加强对高层建筑不均匀沉降的原因分析，并制定合理可行的处理方案，对保证建筑物结构安全具有重要的作用。
同时随着科学技术快速发展和我国国民经济实力不断增强，建筑行业发展日新月异，一大批复杂高层建筑呈现在人们面前。复杂高层建筑的不均匀沉降问题更加突出，需要进行合理的设计和有效的处理，才能保证建筑物的安全和满足社会需求。
1高层建筑中不均匀沉降产生的原因
1.1设计因素。
在进行高层建筑结构设计时，需要地基承载力是否满足使用要求。但是没有对地基承载力之内的地基差异变形进行计算分析，如果基础附近范围内的荷载与建筑荷载差异较大，或者复杂高层建筑中建筑荷载差异过大，又没有合理的地基处理措施时，往往会造成不均匀沉降的产生。
1.2地基处理方法不合理。
高层建筑的地基处理方法种类较多，但是地基基础处理方法的选择需要根据工程实际情况选择。由于不同工程或者相同工程不同区域其地质条件相差较大，必须科学合理的确定地基处理方案，一些情况下可能需要采用多种处理方案，但是为了便于施工作业，只采用一种处理方式，从而造成高层建筑的不均匀沉降。
1.3基础施工质量问题。
高层建筑基础施工作业时地基处理有问题，如在基础地质探测过程中，没有发现隐藏的一些不良地质条件，从而没有采取相应的处理措施。
1.4沉降计算参数选择不合理。
由于地基土并不是匀质弹塑性材料，因此，在进行地基基础沉降量计算时，初始沉降依据弹性理论计算，固结沉降需要根据压缩以及三轴试验确定，次固结沉降需要根据蠕变试验确定参数，采用分层总和法求解。这样导致参数确定可能不准确或者计算与实际有一定的误差。因此，难以保证建筑物能够完全均匀沉降。
2高层建筑中几种常见基础的优缺点
高层建筑中比较常用的基础类型有筏板基础、箱型基础、桩基础等，不同类型的基础有不同的特点和适用条件，在对抗不均匀沉降方面也有不同的效果
2.1筏型基础。
筏型基础是目前高层建筑中常见的一种基础形式。它以其成片覆盖于建筑物地基的较大面积和完整的平面连续性为明显特点，它不仅易于满足软弱地基承载力的要求，减少地基的附加应力和不均匀沉降，还具有其它基础不具备的功能，例如：能跨越地下浅层小洞穴和局部软弱层；提供地下比较宽敞的使用空间；作为水池、油库等的防渗底板；增强建筑物的整体抗震性能；能适应位于其上的工艺连续作业和设备重新布置的要求；有地下室或架空地板的筏基还具有一定的补偿性。不过，正是由于上述特点，也给筏型基础带来不足之处：由于平面面积较大，而厚度有限，造成它具有有限的抗弯刚度，无力调整过大的沉降差异，尤其是对于土岩结合地基等软弱明显不均的情况，就需局部处理才能适应；
2.2箱型基础
箱形基础适用于软弱地基上的高层、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大为扩大，较大的埋置深度（大于等于3米）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）。所以，与一般的基础相比，它能显著提高地基稳定性、降低基础沉降量。箱基具有比筏板基础大得多的空间刚度，用以抵抗地基或荷载分布不均匀引起的差异沉降和跨越不太大的地下洞穴，而建筑却只发生大致均匀的下沉或不大的整体倾斜，而不引起上部结构中过大的次应力。缺点是其工期较长，造价过高，隔墙多，对地下室使用空间限制多。
2.3桩基础
桩基础是目前高层建筑中另一种常见的基础形式。采用桩基主要有以下两种情况：当浅表土层地基承载力无法满足上部结构承载力要求，而符合承载力要求的持力层土层在较深处
时，宜采用桩基; 天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物，或者天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基础减少其沉降的影响，或在使用上、生产上对沉降量要求比较严格的高层建筑物。
2.4其他基础形式
如独立基础、十字交叉钢筋混凝土条形基础、桩筏基础等。独立基础主要适用于小高层框架结构，当地基承载力较大，地基土性质分布均匀，柱间倾斜变形较小时采用。
对比筏型基础、箱型基础、桩基础在抵抗不均匀沉降方面的作用，可以发现箱型基础最优，筏板基础次之，桩基础效果最差。结合基础在使用功能、经济型、施工技术方面，目前高层建筑中使用较多的是筏板基础和桩基础，箱型基础较少。
3对复杂高层建筑中筏板基础的不均匀沉降的处理
复杂高层建筑往往不是一幢孤立的高层建筑，而是与一些裙房、辅助建筑甚至是几幢不同高度的高层建筑组成一个建筑综合体。然而基础部分由于其使用功能限制，通常采用一整块筏板将几个建筑部分连接起来。在这种工程中，底部筏板受到上部结构差异荷载较大，常常会出现不均匀沉降过大等问题。
在设计时，我们会采取不同的布置来减小不均匀沉降，譬如：沉降缝、后浇带、整体基础，对比分析各自优劣势，选择合适的方法。
3.1几种施工工艺的对比 3.1.1沉降缝的处理措施
沉降缝是指在工程结构中，为避免因地基变形不均导致结构破坏而设置的永久性变形缝。沉降缝分割出的沉降单元具备体型简单、长高比较小、结构类型单一及地基比较均匀等条件，从而使每个沉降单元的不均匀沉降和不均匀沉降产生的上部结构次应力均很小。现行《地基基础设计规范》规定：建筑物在建筑平面转折部位、高度差异或荷载差异处、长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位、地基土的压缩性有显著差异处、建筑或基础类型不同处、分期建造房屋的交界处宜设置沉降缝。沉降缝可将高层和低层分成两个独立的单元，虽能消除沉降差异，但也带来诸多不便，如减少使用面积，影响建筑使用功能，影响建筑美观，施工不便，结构复杂，工程造价增加，屋面及地下室防水处理不当易造成局部渗水，基础处理复杂，沉降缝两侧结构单元对倾碰顶现象，特别是在地震区，地震时常因为相互碰撞而造成震害。
3.1.2后浇带的处理措施
后浇带是在高层和低层之间设置一定宽度的板带，该部位钢筋互相搭接、但不浇筑混凝土，结构施工期间高层和低层可以自由沉降，待沉降基本稳定后再浇筑此处的混凝土，使高低层连成整体。由于设置沉降后浇带既可以满足地下空间的使用功能、又可以解决不均匀沉降的问题，因此设置沉降后浇带是目前经常使用的高低层连接方式。
其实沉降后浇带本身也有不足之处，譬如留在基础底板上的后浇带历时几个月甚至几年，若清理不干净会影响质量；沉降后浇带都是贯穿整个地下、地上结构，所到之处遇梁断梁、遇板断板，给施工带来很多不便，甚至影响施工进度；
3.1.3整体基础连接
高层主楼地下室与裙房地下室或地下室车库之间连成整体，不设永久性沉降缝或伸缩缝，有利于抗震、防水和机电管线设置，同时还可方便施工和节省造价。高层主楼地下室与裙房地
下室或地下室车库之间连成整体，不设永久性沉降缝或伸缩缝，有利于抗震、防水和机电管线设置，同时还可方便施工和节省造价。根据实际工程测量，基础的沉降与基础的整体刚度有明显的关系，连为一体的高层建筑荷载向周边扩散，基础差异沉降要小于设置后浇带或沉降缝的基础所产生的差异沉降。
沉降缝或施工后浇带都是采用以“放”为主的原理来处理基础差异沉降，而我们可以改变观念，改用以“抗”的手段来处理。将高低层基础同置于一个刚度很大的箱基或筏板基础上，用刚度较大的基础去抵抗差异沉降产生的内力。
3.2整体大底盘框架厚筏基础模型 3.2.1实验分析
选择整体大底盘框架厚筏基础模型进行研究，主要问题是如何计算和减小高层与地层之间的沉降差，预估板筏挠曲对上部结构的损害可能性。
西部10层 中部16层 东部5层
在西部10层、中部16 和东部5层荷载的情况下，沉降如下图所示。 可以看出，在西部、中部和东部均为5层荷载之前，整体筏板沉降均匀；随着中西部荷载继续增加，中西部区域沉降增大，影响范围扩大到东部区域3跨；继续增加中部荷载，高低层复杂高层建筑框架厚筏基础沉降为一连续的正向挠曲曲线，沉降最大值为中西部交界位置。
中东部交界处沉降曲线 中西部交界处沉降曲线
从图中可以看出，高层部分横向差异沉降很小，呈现均匀性。
高层荷载与高层基础挠度变化图 高层边缘外两侧差异荷载与高层基础倾斜变化图 对比得：在复杂高层建筑中，高层基础倾斜随两侧差异荷载增加呈线性增长；当差异荷载为75kPa时，高层范围筏板基础倾斜值达到2.0%。，成为高层筏板基础设计的控制因素。 为保证高低层复杂高层建筑厚筏基础正常工作，除满足高层位置基础挠度小于0.5%。、高层与相邻的低层柱差异沉降不应大于其跨度的1.0%。和低层的柱间沉降差小于2.0%。之外，重点防止高层基础本身出现较大倾斜，同时应限值高低层交界位置相对倾斜。
3.2.2实验总结
（1）通过模型试验可知，中部高层加载时基底反力和基础沉降分布均匀，向外扩散范围受外侧低层荷载影响较小，主要为高层基础边缘外3跨；高层外侧低层加载时基底反力和基础沉降在基础边缘最大，低层范围的基底反力和基础沉降随远离基础边缘逐渐减小，至基础外3跨处为零。 （2）对于土质均匀的情况，两侧低层荷载相等时，荷载和刚度均匀的高层基础倾斜很小；高层两侧存在差异荷载时，随着差异荷载增加，高层基础倾斜呈线性增长，当差异荷载达到某一数值时，高层基础倾斜可能超过规范规定的限值要求，因此对复杂高层建筑应重点考虑差异荷载对基础倾斜的影响。
（4）随着高层荷载增大，高低层交界位置处筏板钢筋出现应力集中现象。工程设计中，在高低层连接处的筏板宜采用相同厚度，并适当增加配筋。 （5）通过对模型试验和工程实例计算可知，复杂高层建筑框架厚筏基础基底反力和沉降的计算值与实测值吻合较好，采用对高层考虑上部结构、地下室和按板基础刚度，低层主要考虑地下室和按板基础刚度方法，可得出复杂高层建筑框架厚筏基础基底反力和沉降。高低层复杂高层建筑应利用共同作用方法计算基础沉降差，当高层基础差异沉降不满足设计要求时，可通过限制高层两侧荷载差、增大基础埋深或采用地基处理等方法解决。
4高层建筑不均匀沉降的处理措施
对于高层建筑的不均匀沉降的处理，应该包括以下几个方面：
（1）详细了解建筑物基础工程勘察与沉降观测资料、上部结构与基础设计资料、周边建筑物与临近荷载资料、高层施工资料，对于基础土层分布、土体性质以及地下水位等地质水文资料进行详细深入的了解，明确沉降速率以及不均匀沉降的发生以及发展规律。
（2）加固措施主要有基础加宽，基础加深以及锚杆静压桩、树根桩或注浆等施工工艺。 （3）还可以采取不均匀沉降地基纠偏，主要有两种方式，一种是通过对将沉降较小的部位加大沉降量，从而使沉降均匀而将高层建筑物纠正，另外一种方式是将沉降大的部位基础顶升，从而完成将建筑物纠正。
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6课程回顾与建议
很高兴本学期选择了陈忠范老师和范胜刚老师的《高层建筑结构》课程，一学期的学习使我受益匪浅，不仅学到了课本上很多的知识，还从老师们口中听到了很多的社会见闻，老师们认真严谨对待专业对待工作的态度也深深地感染了我。
在讲述框架结构设计时，陈老师很注重原理和概念的讲解，对计算的要求反而不高。这个充分地体现了一名老专家对土木工程设计行业的深刻看法，给执着于软件和计算的我们好好上了一课。范老师上课充满了激情，且喜欢讲一些他过往的工作经验和经历，我们深深地被老师们所吸引。两位老师一位稳重，一位澎湃，互相搭配，相得益彰。在东大能有幸听到两位老师的精彩讲课实属一件幸事，在此感谢两位老师一学期以来的付出。
在这里我有一些不成熟的建议：
1，高层课内容博大，而分给两位老师课时较少，希望老师们能够集中课时讲关键内容的知识，一些绪论可免就免。
2，一学期每周三课时的精彩内容不足以用期末一篇文章来表达，可以平时一个月提交一篇小论文或文章来探讨所学，我想这种方式对学生更有利，使学生收获更多。
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