对高层混凝土结构基础选型的一点思考

我们对于地基承载力比较高的工程，基础到底采用扩展基础、筏板基础还是桩筏基础常常会有些纠结。特别是初步方案设计阶段，由于没有比较完整的建筑设计方案自然也就无法利用软件做出结构估算。这时候对基础选型总结一点规律性的东西就显得很有必要。下面是个人设计高层混凝土结构过程中做的总结，可以用于方案早期结构基础选型考量。
依据：1、《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.8条文说明（单行本P251）：目前国内钢筋混凝土结构高层建筑由恒载和活载引起的单位面积重力，框架结构与框架-剪力墙结构为12kn/㎡~14kn/㎡，剪力墙和筒体结构约为13kn/㎡~16kn/㎡，其中活荷载部分约为2kn/㎡~3kn/㎡，只占全部重力的15~20%。2、郁彦《高层建筑结构概念设计》P61表2.4中对高层混凝土结构基础梁配筋和筏板厚度做了些总结。工程方案阶段一般按：16层以下按“50毫米/每层”累计估算筏板厚度，且不小于500；对大于16层混凝土结构按“40~45毫米/每层”累计估算筏板厚度。这种估算方法在实际工程中得到很好的可行性和经济性验证。
下面选择一个特定工程来寻找一般规律，假定工程情况：
1、不考虑局部转换构件传力的特异性；
2、设为剪力墙结构，层数n，每层重度取15 kn/㎡，底层以上为15n；
3、设地下室筏板上的各种活载、覆土以及各种面层荷载总值约为m(按《荷载规范》算出的标准组合值)；
4、设估算水浮力高度为hw（水位非剧烈起伏时分项系数取1.2~1.3，组合系数可取1.0）；常年水浮力设计值为1.2*10*hw=12hw，标准值为10hw。
5、筏板厚度按50mm每层取值为50*n*26（钢筋混凝土重度）*0.001*=1.3n kn/㎡（标准值）；
按《荷载规范》3.2.8有式①：15n+m+1.3n-10hw≤fa.。15为单层重度；fa为修正后的地基承载力，按《建筑地基基础设计规范》5.2.4：fa=fak+ηb*γ*(B-3)+ ηd*γm*(d-3)。由《建筑地基基础设计规范》表5.2.4知粘土特别是砂石土的ηb和ηd值非常大，加大埋深对满足上部荷载效果非常好。所以当上式不满足时加大地下室层数或者层高有很好的经济效果。同时，还可以看出地下水在结构寿命周期内如果有可能变小甚至消失的话（如附近井点降水）会导致式两边变大，右式变化的幅值又和修正系数相关，考虑估算的粗略性，式左可以不考虑水浮力，式右考虑水浮力。则式变为16.3n+m≤fa。令K=fa/(16.3n+m)。
当K>1时，说明采用筏板基础可以满足承载要求；
当K=2~3时，说明对应竖向构件需要的基础面积之间有较大不连续空白，可以考虑“扩展基础+防水板”。
当K≈1但略小于1时，可以略微加大埋深或者略微扩展外挑板长使用筏板基础避免桩筏结构。
当地下沙石承载力很高，但K小于1比较多时，可以考虑加一层地下室。对基底到风化岩石层面距离不大的时候可以增加一层地下室或者处理地基。
对于软土处理地基也是同样的道理，倒推基底需要的修正承载力反算处理参数得到处理估算造价。
对K<1，软土较深且承载力相差很大而不得不打桩的情形也同样适用。此时把桩和承台看成处理后的地基，桩密布的情形就像一个复合的大筏，做成桩筏基础；不需要很多桩的时候就好比扩展基础，做成“承台+防水板”基础。
当结构为框架、框架-剪力墙结构时，把式代换成14.3n+m≤fa估算。
当上部结构为多层结构时，①左式要适当调整。因为高层结构填充墙体按《高规》3.1.7多采用加气混凝土砌块等轻质薄壁墙体，而多层结构填充材料不太受限。