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摘要：随着经济和科技水平的快速发展，建筑行业发展也十分快速。屋建筑结构设计中的基础设计是一项系统性、复杂性较高的工作，不仅需要考量到高层住宅建筑结构的持久耐用以及安全性等方面，还需要确保其功能性能够满足人们的实际需要，这就要求相关设计人员重视基础设计的科学性以及合理性，并积极与业主进行及时、有效的沟通交流，从而确保设计方案符合实际需要，避免对高层住宅建筑工程施工质量和施工进度带来影响。
关键词：高层住宅；基础结构设计；地下室设计
引言
随着国民经济的高速增长，我国高层住宅建筑行业也迎来了前所未有的发展机遇。目前房屋建设的规模和数量不断扩大，房屋结构设计中暴露出来的问题越来越多。房屋结构设计的合理性直接影响房屋使用价值的实现。当前，建筑技术的不断创新和发展，地下室工程结构的设计一直是人们关注的重点和焦点，也是整个建筑工程设计过程中比较困难的一个环节。
1高层住宅基础结构设计内容
1.1剪力墙和梁板
决定高层住宅建筑结构稳定性的关键是剪力墙设计，设计过程中，应尽量少用和不用短肢剪力墙，并且对剪力墙布局方案进行优化，重点关注剪力墙分布合理性与均匀性，促使建筑物整体结构稳定安全。针对目前高层住宅建筑布局方案而言，内部剪力墙分布广、数量多，需要对剪力墙钢筋配置方案进行调整，根据建筑结构受力情况，明确设计要点。此外，对建筑物的梁板结构进行布局优化，可在结构梁中心位置放置刚性支架，代替钢筋混凝土梁板。同时，设计过程中，应控制梁高与板材厚度，对材料质量进行严格控制，满足建筑结构设计安全要求。并且计算梁板长度，对中心处弯矩进行规范，使得梁板结构设计优化合理，满足高层住宅建筑结构稳定性要求。实践工作中，应认识最新工艺技术在剪力墙施工中的应用。目前，在高层住宅建筑方案中，可通过装配式剪力墙设计与施工方案，提升施工效率、保证质量。
1.2独立基础设计
独立基础设计具有抗震性能较好、土壤环境适应能力较好以及成本较低等特点，使得独立基础设计在高层住宅建筑基础设计中得到了较为广泛的认可和应用。独立基础设计理念大致可以分为柔性和刚性两大类，需要相关设计人员根据工程建设地点的地基土质特点进行选择，比如，刚性独立基础设计理念适用于地基土质压缩性强且压实密度大的情况，而柔性独立基础设计理念则可以有效抵抗地基的不均匀沉降问题。独立基础设计的类型主要包括阶形、坡形以及杯形等几种，其使用方式可以分为柱下独立基础和墙下独立基础，其中柱下独立基础是最为常见的使用方式，主要是将独立基础布置在承重柱下方并与承重柱整体浇筑。而墙下独立基础主要用于高层住宅建筑地基承载力较大且建筑上部结构荷载较小的情况，可以有效减少基础施工材料的损耗以及开挖土方量。
1.3桩基设计
桩基础设计能够显著提升地基对上层建筑的承载能力，在高层住宅建筑中，桩基础设计十分普遍。通过加深桩基埋藏深度、扩大桩基直径，能够有效降低地质条件对地基稳定性的影响。桩基础具有很强的承载能力，通过增强地质承载能力以提升建筑本身的稳定性。桩基埋藏深度越深、设计密度、直径越大，基础结构的承载能力就越强。同时，联合桩基也能够有效应对地面沉降造成的墙体开裂。桩基对上层结构具有直接支撑作用。上层结构将自身重力传导至桩基上。此外，桩基础设计能够为地下空间的开发提供稳定的支撑，随着地下车库、地下商场的发展，桩基础的运用前景十分广阔。桩基通过向地下延伸能够有效抵消上层结构承受的风阻，同时，提升房屋的抗震能力。在基础设计中，需要根据建筑高度和地质情况对桩基埋藏深度进行研究，在控制合理埋藏深度的同时，降低不必要的成本投入，提升桩基设计与施工的经济性。
1.4箱形和筏形基础设计
如果高层住宅建筑地基土质存在承载能力不均匀的情况，或者高层住宅建筑对地基的承受能力有着较高需求的情况下，相关设计人员可以在高层住宅建筑基础设计工作中选用箱形和筏形基础设计，除此之外，筏形基础设计还适用于有地下室的高层住宅建筑。箱形基础和筏形基础虽然都属于大体积混凝土结构，但二者之间存在很多的不同之处，比如，在实际功能方面，箱形基础主要是通过较大的基础底面、较深的埋深以及中空结构，提高高层住宅建筑地基的稳定性并降低建筑基础沉降量，而筏形基础则是通过增加底面积、减小基地压强的方式，提高建筑基础整体承载能力，从而有效缓解高层住宅建筑地基的不均匀沉降现象，其结构主要由柱下板带以及跨中板带等结构组成。箱形基础和筏形基础除了在实际功能方面存在一定的差异以外，在施工要点等方面也存在很多的不同，所以，需要设计人员根据高层住宅建筑结构以及地基土情况合理选择基础设计方案。
1.5桩箱基础设计
桩箱基础设计将桩基和箱形基础设计结合起来，在有效降低水平地面沉降的同时，提升垂直方向桩基的沉重能力。该设计适用于土壤松软、含水量大的临水地区。桩基与箱形结构相结合，有助于全面提升底板的整体承载力。桩基能够更合理的很好底板承担的压力，通过调整桩基密度和底板厚度能够有效应对上层建筑自身重力。这一设计需要对底板厚度进行准确计算，底板与桩基之间受力不均将会加剧底板开裂的风险。建筑场地土层按照成因、土性特征和物理力学性质的不同自上而下划分为杂填土、灰色粉质粘土、灰黄色粉质粘土、粉砂夹粉质粘土。（具体土层分布情况各地区可存在差异）根据土层的主要物理学指标，按照具体项目要求对工程面积和场地进化划分，并按照设计内容和要求计算关键性数据。根据具体施工要求选择相应的桩材料和承台材料并确定单柱竖向标准值和特征值。
根据土地承载能力大小明确桩数量和处置，利用承载力标准值和桩材料计算出桩的数量及分布间距。
2地下室结构设计方法
2.1地下室外墙内力计算
计算简图：上端简支，下端固定，中间楼板铰链杆支撑，外墙竖向连续，荷载梯形分布，计算单元宽度取1m，忽略墙顶轴向力或楼板支座反力的影响，外墙按照受弯构件进行计算，结果偏于安全，比按压弯构件计算配筋约增加5%左右。对于坡道部分的地下室外墙，需要按实际支撑条件如悬臂构件核算外墙内力，此部分外墙内力一般要比正常部位外墙内力大、配筋相应多，是外墙设计需要注意之处。地下室外墙扶壁柱对外墙刚度的影响，由于扶壁柱突出墙表面的截面面积小，其刚度相对于墙体较小。通过有限元分析，由于扶壁柱刚度的贡献，外墙底部弯矩可减少约5%，故扶壁柱刚度可忽略，不计入扶壁柱对外墙的侧向支撑作用。地下室外墙传统的方式都是采用单向板计算，也就是选取顶板、底板作为外墙的支撑点，然后去单位宽度的外墙根据地下室的层数进行相关计算。当外墙的厚度比周边构件厚度大时，可以按照简支进行计算，除此以外，可以按照嵌固进行计算。当外墙两侧存在翼墙，同时期间距不大于层高的2倍时，可以按照双向板的设计方式进行地下室外墙结构优化设计。地下室外墙要满足裂缝的要求标准，外墙外测可以采用分离式配筋，这样不但可以有效提高外墙受力，而且还可以降低工程造价成本。
2.2基础选型
根据地下室工程设计经验，基础造价方面占据了整体造价非常大的比重，施工地质条件存在较大差异，基础选型也有所不同。一般情况下，采用不同的基础方案整体成本的影响比重由低到高是天然地基、处理地基、桩地基，相对来说天然地基的截面尺寸是最大的，处理地基比较经济一些。地下室一般都是采用框架结构，如果有防水需求时则需要做好地基的处理，可以采用独立基础加防水板的模式。如果没有防水需求的时候，采用建筑地面普通做饭即可满足要求。该地下室工程地质情况比较简单，整体承载能力可以满足设计的要求和标准，根据结构自重标准值＞1.05的情况可以分析此处不需进行其他康复措施，考虑成本把控以及施工难度方面的情况，该工程项目可采用独立基础加防水底板的模式。
2.3顶板结构设计
地下室顶板结构作为地下室与上部建筑的连接部分，必须确保其质量和安全性，以保证地下室和上部建筑的整体质量。结构工程师需要改善地下室结构与上部结构之间的协同作用，并重视顶板结构设计。此外，在顶板结构设计中还要充分考虑绿化、消防、抗震、人防等因素。在地下室顶板结构设计实践中，为保证绿化景观设置及排水的实际需要，顶板覆土的厚度通常设计为1.2~1.5m。还需要考虑其防水抗渗要求，因此顶板厚度应不小于250mm，顶板设计时除应满足使用净高要求、强度计算、裂缝宽度限值外，还要注意结构材料的选用及结构构造设计，避免非荷载裂缝的出现。当建筑工程项目将消防通道设置在地下室的顶板上时，结构工程师在地下室顶板结构设计中还需要考虑消防车的荷载问题。在设计实践中可根据等效均布荷载进行相关的计算分析，以确保其荷载设计符合设计规范要求。当建筑工程上部结构是以地下室顶板为嵌固端时，地下室的顶板需要采用现浇梁板结构，对顶板厚度、配筋率等规范也给出了具体的要求。当地下室顶板为人防所用时，还要考虑核爆炸荷载的组合。由此可见，结构工程师在具体设计中，应全面综合地分析各种因素，以防止设计漏洞，提高整体设计水平。
2.4结构抗浮设计
抗浮设计在地下室结构设计中属于非常重要的结构设计内容。由于地下水位变化没有特定的规律，很多设计师在设计前对地下水位及地下水的变化幅度情况掌握不准确，而且未做好抗浮验算，引起结构上浮，导致结构构件破坏，影响正常使用。为此，结构工程师要准确选择抗浮设防水位，确定可靠的设计参数，提高抗浮力计算的准确性。在抗浮设计中不仅要满足地下室整体抗浮要求，而且还要满足汽车坡道、下沉庭院、开大洞处等局部抗浮的要求。同时抗浮设计还应在保证正常使用状态下的抗浮能力的基础上，加强施工过程及洪水期的抗浮性能要求，因此结构工程师要充分考虑覆土及顶板结构的自重因素，并严格按设计规范的要求合理选择荷载分项系数，可采用大底盘结构来提高结构抗浮能力等。此外，也可在保证地下室净空要求的前提下，适当降低层高或缩小构件高度尺寸，以抬高基底标高，从而减少抗浮设计水头的目的。如果配重、降低层高无法满足抗浮要求，常采用抗拔桩或抗浮锚杆的抗浮设计方案，抗拔桩或抗浮锚杆对上浮结构产生向下的拉力，从而有效抵抗地下水对结构的浮力。
2.5地下室结构主要构造措施
①底板：防水板厚度不小于400mm，筏板厚度不小于800mm，受拉一侧最小配筋率0.2%和45ft/fy的大值，最小钢筋直径12mm，钢筋间距最下150mm，最大300mm，钢筋双层双向拉通布置，支座部位可附加短钢筋，四角底部设置附加放射钢筋。顶板厚度不小于250mm，配筋双层双向拉通。外墙最小厚度250mm，内墙最下厚度200mm。②超长结构后浇带设置地下室超长、超宽时，应设置后浇带，释放施工时温度应力。约30m～40m长设一道后浇带，带宽800mm，带内板筋和梁筋可断开，带内混凝土添加微膨胀剂，微膨胀剂掺量按技术标准执行。
结语
综上所述，高层住宅建筑基础结构设计中，应对地基和整体框架进行设计，同时注重细节控制，在剪力墙和梁板等重要位置，采取质量控制措施，促使建筑物安全稳定，达到行业先进设计标准。同时，在建筑地下室结构设计过程中，为了能有效降低结构成本，避免浪费，必须通过结构的科学、合理设计，不但可以有效提高建筑的安全性和稳定性，也可以有效降低成本造价，为企业带来更多的经济效益。
参考文献：
[1]杨通文.探析山区高层住宅建筑结构设计中的基础设计[J].建材与装饰，2019（11）：142-143.