设计计算方法概述
箱形和筏形基础的设计计算方法是与建筑工程的需要相适应的，是随着建筑科学研究的深入而进步的。当建筑工程处于层数很少、体量很小、重量很轻的阶段时，对地基基础的要求不高，计算方法也很简单。后来建筑物的层数增加了，重量大了，整体式的筏形和箱形基础就相应出现了，因为单靠条形基础、独立基础是无法满足建筑物的承重要求了。而且人们在修建铁路、码头、船坞的过程中，逐渐认识到了置于地基上的梁和板的受力特性和变形特性，并且将其逐步发展成一套“弹性地基”的理论。高层建筑出现以后，地基基础的问题变得更加复杂，人们对它的研究也更加深化了。例如对地基土的力学特性和变形特性的研究，地震作用的研究。地基基础和上部结构变形协调的研究，基础梁、板的受力分析等等，逐一取得了丰硕的成果。随着电子计算机的出现，计算技术的飞速发展，为上部结构和地基基础共同作用课题的研究创造了条件，并且已经取得了重要的进展。
时至今日，箱形和筏形基础的设计计算方法种类繁多，在拙著《高层建筑箱形与筏形基础的设计计算》一书有详细介绍。此在仅作一些简要的说明。
一、简化计算方法
简化计算方法最基本的特点是将由上部结构、地基和基础三部分构成的一个完整的静力平衡体系（图1-2a）分割成三个部分，进行独立求解[7]，首先假定上部结构的柱是嵌固在基础上的(1-2b)，按结构力学的方法可以求出结构的内力，包括底层柱的轴力、柱脚处的弯矩和剪力。然后将这些力反向作用在基础梁或基础板上，基础梁或板同时承受地基反力（图1-2c），地基反力与上部结构荷载（包括基础自重及其悬挑部分以上的土重）保持静力平衡，并假定其按直线分布。再按结构力学的方法求解基础梁或板的内力。在验算地基承载力时，假定基底压力按直线分布，即认为基础是绝对刚性的。在计算地基变形时，又把基础看作是柔性的，基底压力是均布的（图1-2d）。显然，简化计算方法的种种假定与整个结构体系的工作状态是不符的，它仅仅满足了总荷载与总反力的静力平衡条件，而忽视了上部结构与基础之间以及基础与地基之间的变形连续条件。因而上部结构传递给基础的荷载及地基反力的分布状态都是与实际状态有偏差的。由此也必然造成基础内力计算的偏差和地基计算的偏差。尽管简化计算方法存在这些人所共知的缺点，但许多设计人员仍然乐于使用它。原因就在于它简单方便，而且力学概念大致清楚。在实际应用中，设计人员还会根据工程实践经验采取一些措施，例如调整或增大某些部位的地基反力，增加一些构造钢筋等等。以保证基础的安全和正常使用。
图1-2 结构系统简化计算方法示意
(a)结构系统简图；(b)上部结构；
(c)基础计算简图；(d)地基变形计算荷载图。
1．筏形基础
首先将筏形基础视为一倒置的平面楼盖，地基反力按直线分布，作为荷载作用在平面楼盖上。对于平板式筏基即可按多跨连续双向板计算其内力。对于梁板式筏基，可将地基反力按45°线划分范围（图1-3），阴影部分作为传递到横向肋梁上的荷载，其余部分作为传递到纵向肋梁上的荷载。然后按多跨连续梁分别计算纵向和横向肋梁的内力。这就是所谓的“倒梁法”。但是按倒梁法求出的支座反力与原柱荷载不同，二者存在一个差值。为修正这一差值，原上海市民用建筑设计院提出了“调整倒梁法”。调整的方法是将支座反力与柱荷载的差值均匀分配在该支座两侧各1/3跨度内，作为地基反力的调整值，与原地基反力叠合成阶梯状的反力，再按此反力重新计算肋梁的内力。经过几次调整，支座反力即可与原柱荷载趋于一致。
图1-3 筏形基础肋梁上荷载的分布
更为简捷的则是静定梁法。即是将整个筏基分别按纵向和横向视为一静定梁，柱荷载及地基反力为作用在其上的荷载，求解其内力（图1-4）。在计算纵向梁时，应向横向的柱列荷载叠加在一起。如图1-4中柱荷载P2应为图1-3中轴线②上2、4、2三柱荷载之和。计算横向梁时亦按同样的方法处理。当然，这种静定梁法是比较粗糙的。这种方法处理平板式筏基较梁板式筏基效果好一些。对于墙下平板式筏基，也可取单位宽度的截条，按静定梁方法进行计算。
图1-4 静定梁分析法
另外，筏形基础除进行上述抗弯计算外，其厚度还必须满足抗冲切和抗剪切要求。计算方法可按钢筋混凝土规范的有关规定进行。
2、箱形基础
箱形基础的简化计算主要是指底板的计算。顶板按实际承受的楼面荷载进行设计。外墙按实际承受的土压力进行设计。内墙根据设计经验按构造要求配筋，也有按深梁进行复核的。
底板计算采用倒楼盖法，地基反力采用平均反力或按直线分布。或者将边跨地基反力较平均反力增加20%，然后按单向板或双向板计算。也有将整块底板按连续板计算的。底板一般采用双层双向配筋，将计算所需的跨中钢筋全部通向支座（隔墙），支座钢筋部分通向跨中。
3．桩箱、桩筏基础
桩箱、桩筏基础的简化计算是将箱形基础或筏形基础与桩基础分开计算。先按直线分布计算出箱形或筏形基础的基底压力，将此压力分配给桩，得到桩顶反力作用于箱形或筏形基础，计算箱形或筏形基础的内力，并验算箱基底板或筏基受桩的冲切作用。而桩则按其承受的荷载，按桩基设计计算的有关规范、规定进行。
二、弹性地基梁、板理论分析法
弹性地基梁、板理论简而言之就是假定地基是弹性体，假定基础是置于这一弹性体上的梁或板。将基础和地基作为一个整体来研究，把它与上部结构隔断开来，上部结构仅仅作为一种荷载作用在基础上。基础底面和地基表面在受荷而变形的过程中始终是贴合的，亦即二者不仅满足静力平衡条件，而且满足变形协调条件。然后经过种种几何上和物理上的简化，用数学力学方法求解基础和地基的内力和变形。
弹性地基梁、板是一种习惯上的称谓，因为地基并不是一种完全弹性体。所以不少专家和学者认为将它们称为基础梁或基础板更科学一些。
所谓几何上和物理上的简化，常常是将整个箱形或筏形基础简化成一根梁或一块板，或者从中取一单位宽度（常常是取1m）的“截条”按“平面问题”进行解算。梁的长度则有“有限长”的或“无限长”的。梁的刚度又有“有限刚度”的及“绝对刚性”的假定。而最重要的简化则是地基的简化，也就是将地基简化成什么样的“地基模型”是至关重要的。因为采用不同的地基模型进行计算，基础梁、板将会得到不同的内力和变形，它不仅影响内力的大小，甚至会改变内力的正负号。
确切地说，地基模型就是地基的应力与应变关系的数学表达式，也就是地基中力与变形之间的数学关系。
经典土力学论及的地基模型都是弹性模型，即应力与应变之间的关系呈直线关系（图1-5a）。弹性模型主要有文克尔模型和半无限弹性体模型。近代土力学则主要论述弹塑性模型，将地基土的应力与应变之间的关系描述成非线性关系（图1-5b）。比较常见的有邓肯——张模型、拉德——邓肯模型、剑桥模型等。无论弹性模型还是弹塑性模型都有丰硕的研究成果，致使地基模型达到一百种以上。但真正能进入工程实用阶段的仍然为数不多。而且在我国工程界普遍采用的还是弹性地基模型，如半无限弹性体模型和其派生出来的分层总和地基模型以及文克尔模型等。尽管如此，由于同一地基模型上的基础梁板又有许多数学解法，从而形成了弹性地基梁板理论的丰富内容。对此将在本书第八章中作详细的介绍，在此仅作简单的说明。
图1-5 简化的和实际的土的应力应变关系
(a)理想弹性土；(b)理想塑性土；(c)实际土
1．文克尔地基上的基础梁板
1867年捷克人文克尔（E.Winkler）提出一个非常著名的假定：地基表面任一点的沉降Ｗ与该点单位面积上所受的压力p成正比。其数学表达式为：
p=kW (1-2)
式中 k——基床系数，表示使地基产生单位沉降所需的单位面积上的压力。
文克尔假定亦即文克尔模型，符合这一假定的地基亦称文克尔地基。它实质上是把地基模拟为刚性底座上一系列独立的弹簧。所以当地基表面上某一点受到压力时，只在该点产生沉降。亦即在荷载作用下，地基的变形只发生在基础底下，基础范围以外的土不产生任何变形（图1-6）。
图1-6 文克尔地基模型示意
文克尔地基上梁的计算，首先应建立基础梁挠曲的基本微分方程。该梁的挠度为W(x)，
梁所承受的荷载为q(x)，地基的反力为p(x)，如图1-7所示。不论是否在文克尔地基上，
梁的一般挠曲微分方程[8]为：
（1-3）
式中 E——梁的材料弹性模量；
I——梁的截面惯性矩。
图1-7 梁的受力图式
对于文克尔地基上的梁，根据梁的挠曲与地基变形协调的原则，地基的沉降变形与梁的挠度W(x)相等；根据静力平衡原则，地基的压力与地基给予梁的反力等值，均为p(x)。这样一来，按照文克尔假定的压力与沉降变形的关系，将公式（1-2）代入公式（1-3），可得：
（1-4）
本式即为文克尔地基上梁的基本微分方程。式中W(x)为欲求解的未知量，E、I、q(x)、k为已知量。其中基床系数k是可以通过试验得到的。求解公式（1-4）的种种方法，将在本书第八章中叙述。求得W(x)以后，即可求得梁的任意截面的转角θ，弯矩M和剪力Q：
(1-5a)
(1-5b)
(1-5c)
文克尔地基上的基础板，一是取单位宽度的截条，按基础梁的方式处理[9]。二是按弹性薄板的弯曲问题求解。求解的思路与基础梁相似。首先应采用一些假定，建立基础板的受力图式，继而根据弹性力学和文克尔假定建立基础板的基本微分方程。例如各向同性基础板的微分方程为一关于弹性曲面W(x, y)的线性非齐次四阶偏微分方程[9]，即
(1-6)
式中 W—弹性曲面挠度，也即地基的表面沉降；
k—基床系数；
q(x，y)—荷载；
D—薄板截面的弯曲刚度，其值为：
（1-7）
式中 Eh——薄板材料的弹性模量；
h ——板的厚度；
μ——泊松比。
在公式(1-6)中，需要求解的未知函数是板的挠度W(x, y)。求得挠度以后，与基础梁一样，可以通过二次或三次偏微分求得板截面的弯矩、扭矩和剪力。
在实用上求解公式（1-6）一般采用近似方法或数值方法，尤以数值方法为主，如有限差分法或有限单元法。具体解法也将在第八章中叙述。
一般认为文克尔假定比较适合于基岩埋藏较浅、地基土层较薄的情况。B.A.弗洛林认为：“当土的粘性越低、建筑物的尺寸越小、埋置深度越浅、建筑物传给地基的单位面积上的压力越大时，采用基床系数法越有较好的根据”[10]。
2．半无限弹性体上的基础梁板
如前所述，文克尔地基的变形只发生在基础底下，基础范围以外的土不发生任何变形。这显然与实际状况是不符合的（图1-6c）。因而必然造成计算结果与实际状况的误差。半无限弹性体地基模型则假定地基为均质、连续、弹性的半无限体。在半无限体的表面受到荷载时，则在表面上的任一点都将产生沉降，当然离开荷载作用点越远，沉降值就越小，距离趋于无穷大，沉降就趋于零。应该说，半无限弹性体模型较文克尔模型更接近实际。
为便于学习，本章仅以半无限弹性体上的梁为例进行说明。并且把问题局限在平面应力状态，充分运用弹性理论的已有公式和结论，省去繁琐的推导，仅给读者一个明确的思路。因为不论是筏形基础还是箱形基础，本来也是允许简化为基础梁来考虑的。对于基础板，求解的思路也是一样的，而且也可以简化为平面问题来来计算。求解弹性地基梁板的基本思路可以归纳如下：
（1）根据不同的地基模型建立地基压力与沉降关系的数学表达式；
（2）写出梁或板的一般挠曲微分方程，其中的挠度和反力项是欲求解的未知函数；
（3）根据变形协调和静力平衡条件，基础梁板的挠度即为地基的沉降，基础梁板受到的地基反力与梁板给予地基的压力等值。这样一来，即可将（1）中的地基压力代入（2）中的地基反力项，于是得到基础梁板的基本挠曲微分方程。
（4）运用各种数学方法（包括数值方法和有限单元法）求解基本微分方程，即可得到梁板的挠度和反力，然后根据梁板的挠度和反力求解梁板的内力。
现在回到半无限弹性体上的梁的平面应力问题。设地基为半无限弹性平面体，其厚度为1，并设地基处于平面应力状态。在该平面体的表面作用集中力P（图1-8）。以D点（与力作用点的距离为d）为基点，则表面上任一点（与力作用点的距离为r）对基点的相对沉降为：
（1-8）
图1-8 集中力P作用下 图1-9任意分布荷载作用下
地基表面的沉降 地基表面的沉降
根据公式（1-8）可以推导出在任意分布荷载作用下（图1-9）地基表面（即半无限弹性平面体的表面）的沉降计算公式：
（1-9）
将公式（1-9）代入梁的一般挠曲微分方程（1-3），则可得半无限弹性平面体上梁的基本方程：
（1-10）
式中的地基反力p(x)为欲求解的未知函数。对于平面应变问题，梁的基本方程为：
(1-11)
式中μ0、μ分别为地基土和基础梁材料的泊桑比。
对于空间问题同样可以列出关于p(x)的微分积分方程，此处从略。
梁的静力平衡条件可以记为：
(1-12a)
(1-12b)
对于某一特定的梁，求解公式（1-10）或（1-11）尚应满足其边界条件。
求出基底反力p(x)以后，即可求出梁的内力。
诚然，求解关于反力函数p(x)的微分积分方程（1-10）或（1-11）是非常困难的。在工程实用上，一般采用Б•Н•热摩奇金的链杆法[11]、М•И•葛尔布诺夫-伯沙道夫的级数法[12]或有限单元法进行求解，具体解法将在本书第八章中叙述。
3．分层总和地基上的箱基和筏基
由于半无限弹性体模型假定地基为均质、连续、弹性的半无限体，因此它不能反映地基土的层状特性。为了克服这一缺点，我国北京的一些学者在20世纪70年代初提出了分层总和地基模型，并用于北京饭店新楼的计算。
分层总和地基模型也称有限压缩层地基模型。它假定地基是层状的，地基压缩层是有限的。地基的沉降变形可按分层总和法计算，地基的压缩层深度可按现行的地基基础设计规范规定的计算公式确定。地基应力则按均质连续弹性体的弹性理论计算。因此从理论上说，计算应力与计算变形的假定是不一致的。但在实用上影响并不大，因为经过许多学者的研究，认为按弹性理论计算地基应力是可行的，可以满足工程计算的需要。
根据弹性理论，在矩形平面上作用均布压力p时，在矩形角点下深度为z处的应力可按下式计算：
（1-13）
式中符号意义如图(1-10)所示。
图1-10 矩形平面上作用均布压力p时， 图1-11 分层总和地基模型示意
在矩形角点下深度z处产生的应力σz
图1-11为箱形或筏形基础及地基的状况。该图中的上图为基础底面，将其分减n个区格，并设定座标系。下图表示地基土层状况，在深度方向可根据地质报告将其划分为T0层；根据地基土质在平面上的变化情况划分成r个区。当地基为半无限弹性体模型时，压力与沉降的关系可以下式表示：
(1-14)
式中 δij——第j区格上施加单位均布压力时在第i区格中点产生的沉降；
hit——第i区格中点下第t层土的厚度；
Eitr——第r土质分类区、第i区各中点下、第t层土的压缩模量；
σitj——第i区格中点下、第t层土的中点由于第j区格施加单位均布压力而产生的竖向附加应力。可根据公式（1-13）利用应力叠加的原则按下式求得： σitj=σzit(xi-xj+aj, yi-yj+bj, zit)
-σzit(xi-xj-aj, yi-yj+bj, zit)
-σztj(xi-xj+aj, yi-yj-bj, zit)
+ σzit(xi-xj-aj,yi-yj-bj,zit) (1-15)
式中等号右边的4个分项，分别表示4个不同边长的矩形面积上作用着单位均布压力时，在同一角点i下、深度zit为的t层土的中点产生的应力。如σzit(xi-xj+aj, yi-yj+bj, zit) 表示在边长为xi-xj+aj和 yi-yj+bj的矩形面积上作用单位均布压力时，在角点i下深度为zit的t层土的中点产生的应力。
对于整个基础底面来说，由δij形成的矩阵即为其柔度矩阵[Δ]，以下式表示：
（1-16）
各区格的压力即是欲求解的地基附加压力poc1、poc2……pocn，以列向量{ poc}表示。{ poc}也是地基对于基础的反力。
各区格中点的沉降量w1、w2亦是欲求解的未知量，以列向量{w}表示。{w}可按下式计算：
{w}=[Δ]{ poc} （1-17）
有了地基压力与沉降的关系公式（1-17）以后，即可与箱形或筏形基础板的挠曲方程建立起变形协调方程，再辅以静力平衡方程，即可求解出沉降变形和地基反力，进而求解箱筏基础的内力。
变形协调方程：
最简单的情况把箱形基础看作绝对刚性基础，在地基沉陷时，基础底面只有倾斜和下沉，始终保持平面状态，没有挠曲，这样一来，就可以由公式w(x ,y)=Ax+By+C 确定基础底面的位置，亦即确定了基础底面每一点的沉陷，其中A、B、C三个参数是未知的。这个沉陷w(x,y)与前面公式（1-17）确定的w是一致的，亦即变形是协调的，以矩阵表示为：
w1 x1 y1 1
A1
wn1 xn1 yn11 B1
wn1+1 xn1+1 yn1+ 1 C1
= A2
wn1+n2 xn1+n2yn1+n21 B2
C2
wn-nm+1 xn-nm+1 yn-nm+1 1 Am
Bm
wn xn yn 1 Cm
静力平衡方程：
基础（也可以说结构物）与地基之间除满足变形协调条件外，还应满足静力平衡条件。以Fi表示被划分成区格的基底第i块区格的面积，则静力平衡方程的矩阵表达式为：
将个变形协调方程和个静力平衡方程联立求解，即可求出各个区格的基底压力和结构单元的位置参数，也即求得了基底反力和沉降。进而即可求解基础的内力。
至于整个求解过程的数学方法就不详述了。
除以上介绍的几种主要地基模型以外，还可以根据地质状况将上述模型叠合，形成叠合地基模型。如上层用文克尔模型，下层用半无限弹性体模型或分层总和模型等，往往也能取得满意的计算结果。
三、上部结构与地基基础共同作用的分析法[13]
这类分析方法是把上部结构、基础与地基三者作为一个共同工作的整体来研究的计算方法。它最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形是协调的。整个系统是满足静力平衡条件的。上部结构和基础一般由梁、板、柱单元组成，地基则可选择诸如文克尔、半无限弹性体、分层总和等各种模型。解算这样一个系统（图1-12a），一般可采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析法。由于欲求解的未知数的数量很大，求解也是很困难的。在没有电子计算机的时代几乎是不可能的。在使用电子计算机的今天，也需要克服计算机存贮量不足的困难，需要采用诸如“子结构”等能减少未知数、节省存贮量的计算方法。
图1-12 高层结构和基础的凝聚与地基
共同作用分析示意
现以平面框架结构（图1-12a）为例，说明以子结构方法进行共同作用分析的过程。
整个结构的结点位移{U}和荷载{p}的关系可以下式表示：
{p}={K}{U} （1-18）
式中 {k}——整个结构的刚度矩阵。
将整个结构划分为若干子结构（图1-12a）,由上至下逐步将子结构的刚度和荷载全部凝聚到基础上（图1-12b、c、d）。此时子结构Ⅳ’为已考虑上部结构效应的基础，其静力平衡方程可以下式表示：
{Kb}{Ub}={Sb}-{R} （1-19）
式中 {Kb},{Sb}——整个结构（包括基础）对基底接触面边界结点的等效刚度矩阵和等效荷载列向量；
{Ub}——相应的边界结点位移列向量；
{R}——地基反力列向量。
式（1-19）中{Ub}和{R}均为未知数。因此尚需利用基础与地基接触面的变形协调条件{Ub}={S}，该式才能求解。此处{S}为地基变形列向量。对于弹性地基的不同模型，如文克尔模型、半无限弹性体模型、分层总和地基模型，{S}均可以下式表示：
{S}=[f]{R} (1-20)
式中[f]为地基的柔度矩阵，其逆矩阵即为地基的刚度矩阵[Ks],[Ks]=[f]-1。于是公式（1-20）即可写成
{R}=[Ks]{S} (1-21)
根据变形协调条件{Ub}={S}，公式（1-21）可以写成
{R}=[Ks]{Ub} (1-22)
将公式（1-22）代入公式（1-19）：
[Kb] {Ub}={Sb}-[Ks] {Ub}
整理后即为
（[Kb]+[Ks]）{Ub}={Sb}（1-23）
公式（1-23）即为高层建筑箱、筏基础与地基共同作用的计算公式。求解此方程，可得考虑上部结构刚度后的基础位移{Ub}。然后对各子结构逐步回代，即可求得基础和上部结构各结点的位移和内力。
从上述计算过程可以看出，所谓上部结构、基础与地基共同作用的计算方法，同样需要采用种种假定，同样不能避免各种地基模型固有的误差，所以它也不是完美无缺的。其进步之处，也仅仅是考虑了上部结构的刚度而已。
四、《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-99）
由中国建筑科学研究院主编，北京市建筑设计研究院、北京市勘察设计研究院、上海市建筑设计研究院、中国兵器工业勘察设计研究院、辽宁省建筑设计研究院及北京市建工集团总公司参加编制的《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-99），总结了我国高层建筑箱形与筏形基础的设计、施工经验，充分吸收了国内外有关的科研成果，包含了地基勘察、地基计算、结构设计与构造要求、施工等各方面的内容，使箱形和筏形基础的设计计算方法更加规范，更加科学，也更加简捷。并且它也不排斥前面所述的一些设计计算方法。目前这本规范正在修订中，修订后的名称将改为《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》（JGJ6-2008？），以适应目前高层建筑筏形基础多于箱形基础的实际情况。具体内容可见目录：
1 总则
2 术语、符号
2.1 术语
2.2 符号
3 基本规定
4 地质条件与环境影响
4.1 一般规定
4.2 勘探要求
4.3 室内试验与现场原位测试
4.4 地下水
5 地基计算
5.1 一般规定
5.2 基础埋置深度
5.3 承载力计算
5.4 变形计算
5.5 稳定性计算
6 结构设计与构造要求
6.1 一般规定
6.2 筏形基础
6.3 箱形基础
6.4 桩筏与桩箱基础
7 施 工
7.1 一般规定
7.2 影响区域的监测
7.3 降水
7.4 基坑开挖
7.5 基坑周边地基土加固
7.6 筏形与箱形基础施工
7.7 施工监测
8 监测
8.1 一般规定
8.2 地下水位监测
8.3 建筑物沉降观测
附录A 附加应力系数α、平均附加应力系数
附录B 按Eo计算沉降时的δ系数
附录C 基底反力系数
附录D 冲切临界截面周长及极惯性矩计算
本规范用词说明.
高层建筑筏形和箱形基础设计计算领域尚需深入研究的一些问题
20世纪70年代我国开始大量兴建高层建筑，同时开始高层建筑基础的研究工作。中国建筑科学研究院、北京市建筑设计研究院、北京市勘察设计研究院、北京工业大学、上海市民用建筑设计院、华东建筑设计院、同济大学等单位，对北京中医院病房楼、外交公寓、前三门603工程、上海康乐大厦、华盛大厦、四平大楼、胸科医院及保定冷库、浏河冷库等工程的箱形基础进行了现场实测研究，对上海、北京等已建箱基进行了调查研究，对已有的设计计算方法进行了分析和总结。同时进行了室内模型试验，开展了上部结构与地基基础共同作用等理论研究。而后编制了我国第一本《高层建筑箱形基础设计与施工规程》（JGJ6-80），使我国高层建筑箱形基础的设计施工达到一个新的水平。在实行改革开放政策以后，我国高层建筑更是迅猛发展，国内外的科技交流迅速展开，研究工作不断深入。至20世纪末，我国建成了上海金茂大厦（地上88层，桩基）、深圳地王大厦（地上68层，桩基）、广州国际大厦（地上62层，箱基）、北京京城大厦（地上52层，箱基），北京国际贸易中心（地上34层，筏基）等一批超高层建筑，二、三十层的建筑已经不计其数，这已充分说明了我国高层建筑基础的设计与施工技术已经达到了国际水平。
但是从科学研究的角度来看，从设计工作的需要来看，还存在一些需要深入研究的问题。主要有：
一、地基反力的确定方法
工程现场实测和模型试验均已证明箱形和筏形基础的地基反力，既不是直线分布，也不很符合弹性地基理论的解算结果。《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-99）提供的地基反力系数表，比较符合实际，使用也很简便。存在的问题是其局限性。首先是基础底面形状的局限性，它仅仅提供了有限的几种平面形状，特别是异形基础就更少了。其次是地基土质的局限性，仅仅将地基土分为粘性土、软土和砂土三类是很粗糙的，不能反映地基土质的复杂情况。引起这些问题的根本原因是工程实测和模型试验的数量有限。以后尚需不断进行实测和模型试验，不断积累资料，不断丰富地基反力系数表的内容。并应深入研究基础刚度对反力分布的影响，期望最终能提出地基反力的比较符合实际的理论分析方法或者数值计算方法。
二、异形基础的内力计算
异形平面形状的箱形和筏形基础如果上部结构的刚度比较大，地基比较均匀，根据JGJ6-99规范，可按局部弯曲计算。否则应计算整体弯曲应力。而整体弯曲应力的计算方法在规范中未作明确规定，特别是规范中未提供反力系数表的，计算就更困难。随着我国现代化建设的发展，国内外的交流日益增多，中外文化相互渗透，建筑师的思想更加开放、更加活跃，高层建筑的平面设计更加丰富、更加新奇。同时也给箱、筏基础的设计带来更多困难。因此，异形平面形状箱、筏基础的内力计算是亟待解决的问题。
三、箱、筏基础各部分的应力分析
以往对箱形基础的内、外墙体以及带地下室筏基的外墙研究不够，JGJ6-99规范对其计算方法也无明确的指示。对墙体开洞后的应力状况分析研究也不够。不少地下室发现内隔墙有裂缝。地下室外墙裂缝导致渗、漏水，影响使用。事故发生后对裂缝的原因仍缺乏分析，致使问题长期得不到解决。
对于箱形和筏形基础的底板设计计算，一贯遵循的是薄板理论。随着建筑物层数的不断增加，底板的厚度也不断增加，有的已经超过3m。因此对厚板的工作性状、应力和应变状态的研究分析显得十分重要。
四、高层建筑大底盘箱、筏基础
现代化的商贸中心、金融中心、旅游宾馆以及一些高层公寓往往不是孤立的一幢高层建筑，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群。由于建筑功能的需要和充分利用地下空间，常常要求将这种建筑群建在一个“大底盘”基础上。这种大底盘基础部分为箱形基础，更多的是筏形基础。
由于大底盘基础上高层建筑主楼和辅助建筑的高度相差很大，造成荷载的差异也很大。各个建筑的结构形式都不相同，对基础的要求也不同，造成基础结构的刚度很不均匀。对于这种基础的不均匀沉降如何控制，地基反力如何分布，基础内力如何计算，主楼基础和附属建筑的基础如何连成整体，基础各部分的应力状态如何，基础设计构造要求如何，等等，已经做了一些工作[13][14],并在本书第七章中已有阐述。例如对高层建筑大底盘框架厚筏基础的地基反力、变形特征、后浇施工缝的设置等做了一些模型试验，对照实际工程做了很多计算分析。但这还很不够，尚未形成一套完整的设计计算方法。因此，尚需继续深入研究，不断积累工程实践经验。
五、桩箱与桩筏基础
对桩箱和桩筏基础的研究，无论人力和财力的投入均感不足。十多年前中国建筑科学研究院地基所曾在武汉进行过工程实测，对摩擦群桩上的箱形基础进行了专题研究。上海、北京的一些科研单位和大学也做了不少研究工作，但总的来看对桩箱和桩筏基础的工作机理的认识还不够清楚。对桩土分担荷载，箱、筏与桩的共同作用，按变形控制设计等问题尚需深入研究。特别是桩箱和桩筏基础的实用计算方法还应作出明确的规定。在新颁布的JGJ6-99规范中，桩箱和桩筏基础的有关内容也显得比较单薄。仅仅作了原则上的指示，缺乏具体的计算方法，设计人员感到规定不够具体，执行的自由度比较大。
六、共同作用问题
上部结构、基础与地基的共同作用问题，以往的研究工作侧重于计算分析，侧重于数值方法的研究，尚未近入工程实用阶段。在JGJ6-99规范中采用了等代刚度的计算公式，适当考虑了上部结构的贡献，这还是很不够的。特别是地震作用下的共同作用问题，JGJ6-99规范几乎没有涉及，其原因也是没有研究成果作用基础。我国是一个多地震的国家，抗震设防区高层建筑箱筏基础的设计计算问题必须引起足够的重视。