实例探讨土木工程中建筑结构基础设计应用

王坤

宜春市规划建筑设计研究院 江西 宜春 336000

1 土木工程结构基础设计的概述

在土木工程建设中，地基作为建筑物的基础，是建筑物的立足根本，因此加强建筑基础设计十分重要。通常，地基基础及地下室的成本约占整个土建项目成本的6%，对埋深较深，地质情况复杂，需特殊处理的地基基础，其造价更可达10%以上，因此，加强地基基础的优化设计，能有效减少项目建设的造价成本。

基础设计是土木工程建筑结构设计的重要内容，主要在考虑构造措施的前提下，根据项目地质勘查报告、上部结构类型、上部结构的荷载效应、当地施工技术水平和材料供应情况确定基础的形式以及材料的强度等级，进行基础底面积的确定及地基承载力验算，完成基础的内力计算和配筋计算，其对保证建筑物的正常使用和安全性至关重要[1]。由于地基深埋地下，地下地质情况复杂，加上地下水因素的影响，导致基础设计中存在诸多不确定性，设计难度也骤升。因此，基础设计过程中要做好以下要求：①基底附加压力不超过地基承载力或桩基承载力；②基础总沉降量和差异沉降量控制在允许限值以内；③适当考虑桩基的运用；④预先估计到基础在施工中对毗邻房屋可能造成的影响；⑤考虑综合经济效果，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑使用、施工条件和施工工期等因素对经济效果的影响。

2 土木工程结构基础设计的相关要求及其选型

2.1 基础设计的要求

通常，对于土木工程结构基础设计的要求主要分为以下两种情况：

（1）多层建筑，一般砌体结构建筑，严格按照建筑的抗震设计规范要求，在施工中要优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系，纵横墙在布置上最好能均匀的对称，且沿着平面进行对齐，沿竖向的面也要上下进行连续。钢筋砼多层建筑结构的布置，要尽量采用规则的结构。如果结构比较复杂，可预先设置好防震缝，并且将防震缝两侧分割成为各规则的结构，单元为单位，结构布置以少设缝为宜。

（2）高层建筑，其特点是层数多，上部结构荷载大，使得基础埋置深度大、在材料耗费量大、施工周期较长、工程造价高。因此，在高层建筑地基基础设计时，首先，基础的总沉降量和差异沉降量应严格遵守规范规定的允许值；其次，满足复合地基或天然地基承载力及桩基承载力的要求以及地下结构做好建筑防水满足规定要求；最后，不仅要考虑基础本身的耗材和造价，还要考虑土方、降水、施工条件与工期长短等因素。

2.2 基础设计的选型

土木工程结构基础的选型应根据多方面因素综合考虑最终确定，应选用整体性能高，能满足地基承载力和建筑物允许变形要求的基础形式，最好能调节不均匀沉降。建筑结构设计中有几种常用的基础形式如下：

（1）墙下条形基础。常见的砖、毛石、混凝土刚性基础，主要功能为承受抗压强度、对于承受抗拉和抗剪强度的能力不高。这种基础特点是造价低、施工快、可通过地圈梁的加强来增强基础的整体刚度，可承受上部结构的较大荷载，并能适应一定程度的地基变形。适用于建造5层以下民用建筑及轻质生产厂房。

（2）独立基础。常于柱距较大情况，较为经济实惠。可采用拉梁拉结的方式，来增强抗震承受能力与适应地基变形，从而提高基础整体性。考虑到经济效益方面，在民用建筑多采用独立基础。

（3）柱下条形基础及十字交叉基础，柱荷载较大或地基不够坚固时多采用条形基础。由于条形基础的刚度较大，有良好的调整不均匀沉降作用，但随着柱距的增大，能力也随之下降。因此在柱距不超过6～7米条件下，柱下条形基础能较好发挥作用。

（4）钢筋混凝土筏片基础，该基础是以梁板式及筏板式为主，如果建筑物基础底面积出现重叠，且基地承载力较弱及基础间空隙小的情况。筏板式基础一般在地板结构多且在有地下室的建筑中使用较为普遍。

3 土木工程结构基础优化设计案例

某地区一高层建筑项目，位于市区繁华地段；地上26层，地下2层，其中一、二层为商业用途，功能上要求大跨柱距，以上均为住宅；建筑高度约为76米，总面积约47600平；为A级高度钢筋混凝土高层建筑，抗震设防烈度为6度，抗震设防类别为丙类，场地土类别为Ⅱ类，结构体系为部分框支剪力墙结构。

3.1 地质概况

根据岩土工程勘察报告，本工程场区地层结构逐层为：杂素填土、碎石层、黏土层、闪长岩残积土、全风化闪长岩、强风化闪长岩和中风化闪长岩。场区内地下水属壤中潜水型，埋深3～3.5米。

3.2 桩基方案优化

本项目原设计方案是采用桩径600毫米的钻孔灌注桩，以中风化闪长岩为桩端持力层，桩长约18米，单桩承载力特征值为1800kN，桩总数为862颗，需要满堂布桩，因此采用桩筏基础，基础筏板厚1800毫米，上、下皮各配置两排双向Φ25@150受力钢筋网，板厚中部配置两排双向Φ12@300构造钢筋网。

优化设计时，可提高单桩的承载力，从而减少桩数、使桩筏基础改为桩承台基础，以达到施工进度加快、使工程造价降低的目的。而提高单桩承载力的方法如加大桩径，加长桩身，变换桩端持力层、改变成桩工艺，改变桩型等。最后经过各种调研、分析比较、试算，以确定采用钻孔灌注桩后压浆技术提高单桩承载力。

本项目通过优化设计，将原桩长减少2米，桩径由600增至700毫米，其他条件不变，采用钻孔灌注桩后压浆技术后，单桩承载力特征值由优化前的1800kN增大到3500kN，将原设计的满堂桩筏基础方案修改为柱下独立承台或墙下条形承台＋构造防水底板方案，承台厚度与筏板厚度相同，均为1800毫米，但只需在承台下皮单层配筋，防水底板厚度为600毫米。可见，优化设计后，在桩身混凝土用量基本不变情况下，桩的数量和长度、基础混凝土用量均得以减少，有利于加快施工进度、缩短工期、降低造价。

4 结束语

总之，基础设计在整个土木工程建筑结构设计中占据重要的地位，加强建筑结构基础设计对于促进土木工程行业可持续发展具有重要意义。因此，在土木工程结构设计中，要加强建筑结构基础设计的应用研究，根据项目的实际情况科学合理的制定基础设计方案，确保地基基础的稳定性，为土木工程建设打下坚实的基础。