房屋建筑结构设计中的基础设计要点探索

2021-10-21陈飞

中国房地产业·下旬 2021年10期

陈飞

【摘要】随着社会的发展和时代的进步，房屋建筑的功能及造型越来越多样化，人们对建筑的功能及审美要求也越来越高，这也对房屋建筑设计人员提出了更高的要求。基础是房屋建筑的重要组成部分，在房屋整体的安全性能和经济性上都有着重要的影響，本文对基础设计的相关问题进行了探讨。

【关键词】房屋建筑;结构设计;基础设计;要点因素

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

基础是房屋结构的重要组成部分，它对于房屋整体的安全性、工程工期、工程造价都存在着重要的影响，因此结构工程师应该给予高度的重视，选择技术合理、经济性较好的基础方案，满足规范及建设方的要求。

1、房屋建筑结构基础的设计原则

我国幅员辽阔，地质条件千差万别，不同区域的地质条件各不相同。基础设计是房屋建筑设计的重要构成部分，作为工程投资的首要部分，投资方对此方面也非常重视，安全适用、经济合理、确保质量、保护环境是地基基础的设计的基本原则。基础设计方案根据不同地质情况会各不相同，它与上部结构设计相比，变化更多，相同的建筑基础的做法可能完全不同。基础设计应注重以往工程经验的积累，其设计过程也是工程经验不断总结、改进的过程，只有在工程设计实践中不断创新和优化，才能设计出最合理、最优化的地基基础设计方案。

基础设计主要是根据建设场地的地质情况，选择合理的基础形式和基础埋置深度，需要地基处理的场地选择合适的处理措施，充分利用地基土的承载力，满足规范上对基础的强度、变形及稳定的要求。基础选型对基础设计及工程造价至关重要，比如场地局部位置存在软弱土或暗坑，若进行局部地基处理后采用天然基础形式能满足要求，就避免大开挖的深基础及桩基础，这样既可以满足规范要求又可以节约工程造价，达到各方都较为满意的效果。

现行《建筑地基基础设计规范》根据建筑物的重要性、建筑物的规模、建设场地的地质复杂程度及损坏后的影响程度，把地基基础的设计分为甲级、乙级、丙级三个设计等级，每个等级对基础设计的要求均不相同。结构工程师在基础设计时应按照规范要求确定正确的基础设计等级，设计计算时在地基承载力、地基变形、基础沉降等各方面满足国家规范及标准的要求，保证基础设计的安全性。

岩土工程勘察报告是建筑物基础设计的重要依据，地质勘察单位在现场勘察之前应编制勘察纲要，勘察纲要的依据是由设计单位提供的建筑总平面设计图，建筑物的层数、建筑高度、荷载条件、地基变形控制要求等。地质勘察单位应在充分收集、研究分析相关资料和实地勘查的基础上，依据勘察目标、任务和相应技术标准的要求，针对拟建工程的特点编写勘察方案，并对其质量、技术经济合理性负责。因场地情况变化较大或者设计方案变更等原因，拟定的勘察成果无法满足设计要求时，应对勘察报告及时进行调整和补充。

结构工程师在相应的时间点要配合建设方及时向地质勘察单位提出勘察要求及勘察时的所需要的相关资料，待拿到地勘报告后，结构工程师需要仔细研读勘察报告，了解建设场地的地质土层参数、水文情况、基础形式建议、抗浮水位、地下水腐蚀性等情况，在设计中考虑这些因素进行设计及采取相关措施。基础设计时，应注意了解临近既有建筑物的基础情况、地下管道设施的位置、标高等，使新建基础在施工及建筑物投入使用的过程中不会对其产生不利的影响。结构工程师在设计过程中要多和勘察单位进行沟通交流，根据建设场地的地质情况制定出最合理的基础设计方案。

2、房屋建筑中基础设计的要点分析

2.1基础类型

基础类型主要分为：独立基础、柱下条形基础、筏板基础、桩基础等。

（1）独立基础一般用于建设场地持力层土体承载力较好、建筑物荷载不大且分布均匀的情况。独立基础一般埋置深度较浅，基础施工开挖不深。独立基础的优点是受力直接、柱底反力的传递路线明确，对于施工方面比较便利，工期相对较短，在工程造价方面比较节约，因此是优先选择的基础形式。独立基础的高度由基础最不利位置的受冲切、受剪切来确定。独立基础一般有锥形基础和阶梯型基础两种型式，锥形基础的边缘高度最小值为200mm，基础的坡度不应大于1：3;阶梯型基础的每阶高度宜为300mm～500mm，且总的阶数不宜超过3阶。柱下独立基础的基底平面宜取为正方形，其长短边之比不宜大于2;多柱下的联合基础基底平面宜取为矩形，当联合基础的长边与短之比大于2时，应在各柱间设置基础梁，加强基础的整体性。独立基础在实际工程中的应用较为普遍，广泛应用于多层建筑、地下车库、室外消防水池等等，是一种安全性、技术经济性都较好的基础型式。

（2）柱下条形基础是通过基础梁把各个受力柱连接起来，从而整体受力，根据建筑物的结构布置的具体情况，可以布置成单向条形基础、双向正交条形基础、双向斜交条形基础等。柱下基础梁的高度可以根据地基承载力、柱底反力等确定，一般为柱网的1/4～1/8，并根据基础的受剪承载力计算结果取不利值来确定。柱下条形基础的特点是整体受力，从造价上也较为经济。柱下条形基础一般用于地质条件较好的多层建筑，因多层建筑的荷载不大，条形基础可以满足其受力要求。

（3）筏板基础是做一块整板作为上部结构的基础，根据其布置形式及受力特点，分为平板式筏板基础和梁板式筏板基础。筏板基础的受力整体性较好，可以有效的调节不均匀沉降，施工也较为方便。筏板基础设计计算时，要选取合理的基床系数，其数值对沉降的计算结果影响很大，因此要特别重视。另外筏板基础的偏心距也要满足规范的要求，避免因为过大偏心引起建筑的倾斜。筏板基础的宜均匀受力，各部位的基底反力应相差不大，如果有较大偏差，应调整筏板基础的布置，保证基础可以均匀受力。筏板基础的厚度一般由柱底冲切控制，当柱底荷载较大时，考虑到基础造价的经济性，可以在柱底设置加厚区或者柱墩，此方案在经济性方面较好，可以有效的节约基础造价。

（4）桩基础的特点是承载力较大，布置方便，变形小，现在普遍的运用于各种建设项目中。桩基按施工工艺分为预制桩和灌注桩，近年来，钻孔灌注桩后注浆技术的逐步成熟和推广，拓展了钻孔灌注桩广泛的使用空间。结构工程师在设计时应仔细研读地质工程勘察报告的地质情况，参考项目所在地区其他项目的工程经验，如周边有距离较近的既有建筑物，应分析考虑周边既有建筑物对桩基础施工的影响，选择合理的桩基础型式。对桩基按实际的功能作用分为抗压桩和抗拔桩。抗压桩较为常见，主要承受竖向构件的压力，常用的抗压桩型有预应力混凝土管桩、预应力混凝土实心方桩、预应力混凝土实心空桩、钻孔（人工挖孔）灌注桩等;抗拔桩主要用于满足地下室的抗浮要求，当地下室较深时，根据抗浮水位计算的柱底浮力大于结构自重标准值（不考虑活荷载及可变荷载）时，需要设置抗拔桩;根据最新的《建筑工程抗浮技术标准》的要求，常用的抗拔桩桩型为预应力混凝土实心方桩、钻孔灌注桩等。结构工程师在设计时应根据国家规范及地方标准的要求，选择合理的计算参数，使基础设计满足抗浮要求。

2.2基础沉降问题

建筑物在施工以及投入使用过程中均会产生沉降和变形，部分建筑还会产生不均匀沉降，导致建筑出现开裂、渗漏等风险。产生这些的主要原因有：1）建筑物层数、立面造型、使用功能不同导致的荷载分布不均匀;2）建设场地内的地质情况分布不均匀，比如持力层土体的分布区域有变化，同一栋建筑采用了不同的持力层，地基土压缩模量的差异等因素。

结构工程师在设计过程中应采取相应的措施来避免这些风险的发生。根据建筑物布局的特点合理地进行结构布置，合理分配结构整体的刚度，来减小不均匀沉降;根据建筑的受力特点，在荷载变化明显的部位以及沉降差值变化较大的位置设置沉降缝或者沉降后浇带，来避免不均匀沉降;在建筑物施工及使用过程中按规范要求均设置沉降观测点，检测建筑物的沉降，当出现异常情况时，及时分析原因并采取措施进行处理，来保证建筑物的安全。

2.3地基处理

地基处理是对软弱地基土进行加固处理，改善其变形性质或者渗透性质，从而达到提高承载力和减小沉降量的目的。与采用桩基础相比，具有造价经济、工期短等优点。随着施工技術的进步和发展，地基处理在工程建设领域中的应用越来越广泛。

软弱地基处理的方法主要有：预压地基、换填垫层、压实地基和夯实地基、复合地基、注浆加固、微型桩加固、挤密碎石桩如下图。在选择地基处理方案时，根据建筑的结构布置、使用荷载、建筑物功能，结合场地的地质条件、地下水特点和对周边既有建筑物的影响等因素进行综合考虑分析，初步选择几种可行的地基处理方案。对于初选的几种地基处理方案，分别从加固原理，适用范围、工期长短、对周围环境的影响等方面对地基处理方案进行选择比较，选择一种最优的地基处理方案。

地基处理设计、施工前，应有地质工程勘察报告作为设计依据，根据建设项目的特点，收集项目所在地区的类似工程资料，作为地基处理设计和施工的参考依据;应当查明建设场地周边既有建筑物的结构类型及基础型式，周围道路及地下管线的分布情况，以确定地基处理施工期间对周边环境的影响和沉降及变形的控制要求。经过地基处理的场地土的复合地基承载力特征值均应通过现场载荷试验来确定，或者根据周边土的承载力特征值综合考虑来确定。对于已经选择的地基处理方案，可以在建设场地上进行测试施工，对达到的加固处理效果进行检验，如若效果不理想或者达不到设计要求，应进行分析并查明原因，并对地基处理方法进行调整，以达到地基加固的目的。

地基处理施工完成后，地基的变形应满足相关规范标准规定以及设计的要求。在施工过程中以及建筑物投入使用后均应按照相关要求进行沉降观测。

结语：

总的来说，房屋建筑的基础设计是较为复杂多变的，这对于结构工程师有很大的挑战，在设计过程中必须严谨、认真的对待，综合考虑各方面因素，对多种可行的基础设计方案进行技术、经济性比较，选择其中最优的基础设计方案，来满足基础设计的安全适用、经济合理、确保质量、保护环境的设计基本原则。

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