民用建筑结构设计中的基础设计刍议

2023-01-21李杰

建材与装饰 2023年1期

李杰

（煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西太原 030001）

0 引言

民用建筑的基础设计不仅直接影响着民用建筑的质量，同时也影响着建筑的使用寿命和稳定安全性能[1]。作为整个建筑结构设计的核心和关键,地基基础设计质量直接决定了建筑结构的安全性。如果没有合理地进行地基处理,建筑地基结构的稳固性和可靠性会大大降低,同时建筑工程的整体质量也将受到影响。

1 民用建筑基础设计原则

民用建筑在当前建筑市场中占据着较大比重，在建筑施工技术水平不断提高的背景下，民用建筑的施工建设逐渐趋向于多功能的设计方向。做好民用建筑的基础设计工作，对保障民用建筑的性能和使用安全具有重要作用。在当前市场快速发展的情况下，一些民用建筑在施工中产生的质量安全问题逐渐暴露出来，民用建筑的施工设计也逐渐成为当前人们关注的主要内容之一。

具体来说，在进行民用建筑基础设计时需要遵循以下3个原则：①整体性原则。在基础设计时，相关的施工人员需要考虑民用建筑整体的建筑结构和性能，保证基础设计能满足民用建筑的质量、实现民用建筑安全性能的要求。②预先性原则。在进行基础设计之前，相关的设计人员需要对民用建筑的实际施工环境，包括地理位置、地质条件、气候条件、水体条件等内容进行预先考察，保证基础设计的有效性。③重点性原则。在基础设计中需要着重增强民用建筑关键环节和关键结构的设计，提升民用建筑的整体性能。例如，墙体、梁柱结构等关键环节的承载和荷载结构。

2 民用建筑结构设计中基础设计的影响因素

2.1 民用建筑的上部结构

民用建筑中的上部结构是否稳定，与建筑基础设计之间有着密切的联系。建筑物本身作为一个整体，其结构的稳定性会受到地基基础、整体结构以及上部结构等方面因素的影响[2]。由于不同类型和不同设计方法的民用建筑结构之间存在一定的差异，因而上部结构在设计中也会存在不同。

在实际的民用建筑施工项目中，民用建筑结构通常分为建筑上部结构和地基基础。基础的横截面积、预设深度、基础类型等内容决定了民用建筑上部结构中墙体厚度、建筑高度、施工技术等施工环节。同时基础设计还在一定程度上影响着民用建筑上部结构的稳定性。所以在实际的基础设计中，相关的设计人员需要充分考虑民用建筑上部结构的形式、稳定性、刚度与基础设计的匹配程度，同时也要考虑到民用建筑的上部结构内容对基础抗压变形能力、沉降能力、稳定结构等内容的影响，合理地对基础进行设计。

2.2 民用建筑施工的地质条件

由于不同地区的历史发展状况、气候条件等方面存在一定的差异，导致不同地区的地质环境条件也有所不同。在进行建筑工程的施工建设时，需要考虑到施工现场的地质条件，减少因土壤环境条件以及地质条件等因素对建筑工程基础结构造成的影响。

民用建筑施工现场的实际地质条件在很大程度上决定了基础设计中对于地基承载能力的设计。这就要求基础设计的工作人员首先要对地基施工的地质条件进行勘测，再对地基基础进行设计，在实际的基础设计中，需要考虑这3个方面的地质条件：①基础设计需要考虑民用建筑地基持力层的土壤性质、土壤承重能力等参数。②基础设计需要考虑桩基穿越土层的状态，例如，桩基础穿越能力和地下水体分布等。③基础设计需要考虑地下土层结构的稳定性，避免出现滑坡的现象。

2.3 民用建筑施工的施工环节

在高度较高的大型民用建筑的基础设计中，通常会发生天然地基无法满足民用建筑对于地基承载能力和防沉降能力要求的问题，为了解决这一问题，在实际的基础设计中应采用桩基础[3]。但是沉桩施工技术产生的噪声、震动等问题会对建筑施工周边环境造成极大的影响，也对建筑施工的质量、安全、成本、工期等造成影响，同时也会影响民用建筑企业的经济效益和企业形象。

与此同时，由于民用建筑施工中实际应用的施工材料和技术之间存在一定的差异，导致建筑工程在实际施工中的基础设计存在质量问题，也会对民用建筑的实际施工质量产生一定的影响。因而在对民用建筑的基础进行设计时，还要从具体应用的施工材料和施工技术方面入手，对民用建筑的基础设计进行优化和完善。

3 民用建筑结构设计中的基础设计具体应用

3.1 确定基础的预埋深度

在基础设计中，设计人员首先要确定民用建筑地基基础预埋深度。在确定地基的基础预埋深度时，需要对位于天然土质地基上的高层建筑的筏形和箱形基础进行合理预埋深度设计，只有埋置深度达到民用建筑的施工标准时，才能够保证筏形和箱形基础具备足够的抗震动能力和抗滑动能力，保证基础和民用建筑上部结构的整体稳定，进而保证民用建筑的施工与使用安全，降低异常沉降、墙体裂缝等负面现象的发生概率，延长民用建筑的使用寿命。

现阶段，我国城市化建设的加快，城市建筑用地面积越来越小，上部建筑的高度越来越高，地基深度越来越深成为我国民用建筑的建设趋势。所以基础设施必须要在保证民用建筑稳定性的同时，还要保证地基拥有足够的实用性和稳定性。在基础设计时需要从民用建筑的沉降量和周边建筑的刚性进行整体计算，保证民用建筑与周边建筑之间的距离处在合适的范围内，且民用建筑的地基埋置深度应该大于周边建筑的基础深度，以避免民用建筑对周边建筑的不利影响。

3.2 考虑地基基础的承重能力

在民用建筑施工的实际施工情况中，民用建筑上部结构通常采用的是主裙楼一体的结构，所以要对民用建筑主体结构的地基承重能力进行计算和修正，以保证地基基础的承载能力能够满足民用建筑性能使用的要求。以实际的民用建筑施工情况为准，对基础的承载量设计时，通常以基础底面以上结构的荷载宽度按照基础两侧的超载宽度设计。在实际的基础设计工作中，如果基础超载宽度超过了基础宽度的两倍，则要将超出的超载宽度进行折算，将其折算为土层厚度，并在此基础上设计地基基础埋置深度。要注意的一点是，基础两侧的超载宽度不一致时，需要采取最小值，以最小值作为标准。具体来说，民用建筑基础施工的岩石地基的承重能力要高于软土地基的承重能力，所以也是民用建筑地基设计中使用最普遍的地基类型，也可以利用岩石地基荷载试验来确定岩石地基的承载能力。

3.3 基础变形计算

地基变形计算是基础设计中较为重要的环节。地基变形程度直接影响着民用建筑施工和使用安全，所以在进行基础设计时，必须要考虑到地基变形的计算，首先是地基发生变形，在实际的民用建筑施工和使用过程中，地基变形的主要类型有地基沉降量，地基沉降差，地基整体倾斜度，地基局部倾斜度。在民用建筑地基施工中，进行这四类地基变形计算时，要保证地基变形计算值小于地基变形允许值，如若计算值大于允许值，则要及时的对地基基础设计进行调整，以保证地基基础的稳定性。

3.4 独立基础设计

在民用建筑基础设计中，独立基础设计是最为常用的一种设计模式。独立基础具有造价低、适应能力强、抗震能力强的特点，独立建筑一般设置于承重柱下和现浇混凝土柱下，利用混凝土进行整体浇筑固定。独立地基设计时要充分考虑民用建筑施工场地的地质、土壤特点，针对不同的地质土壤条件，选择最为合适的基础类型，具体来说，民用建筑施工现场的地基土压缩性较弱，压实密度较小，土壤之间黏合力较小，则可以将其设计为柔性基础[4]。独立基础在设计时，可以采用坡形基础、阶形基础和杯形基础，实际的设计过程中需要结合施工现场的具体施工情况，合理选择或者是组合式选择独立基础的设计类型，以实现民用建筑稳定性和安全性的需求。

3.5 民用建筑基础结构常见的主要类型

当前应用于民用建筑基础结构的类型主要包括以下两个方面。

3.5.1 拓展基础常见设计方式

拓展基础常见设计方式主要包括独立基础设计、条形基础设计、筏形基础设计3种具体的形式。依据前面的分析可以得知，独立基础设计是一种最为简单也最常见的形式，当前我国大多数民用建筑在进行基础设计的过程中，都主要应用的这种基础结构的设计方式。

条形基础设计主要是指在建筑上部结构应用较小的框架结构，以达到提高建筑上部结构承载力作用的一种基础结构设计方式。这种设计方式在实际应用中使得上部结构呈现出基础基地的反力分布情况，这种情况会受到民用建筑结构以及上部结构刚度等方面的影响，在对这种基础结构的设计方法进行计算和分析时，主要可以采用倒梁法以及经理分析法来对建筑物的相关结构数据进行计算，进而为民用建筑的施工设计提供更加健全的方法。

筏形基础设计主要是指以底板连接成片作为民用建筑的基础结构，在对这种基础结构进行设计时，依据实际情况的不同，主要可以将其分为梁板式和平板式两种具体的结构设计形式。由于筏板本身具有较大的刚度，在对其进行设计时，设计人员首先要避免建筑基础结构出现不均匀沉降的问题，保证民用建筑结构基础的稳定性。在对筏板的基础厚度进行确定时，则要从筏板的抗冲切、抗剪切力等方面入手，利用简化计算法以及地基与基础共同作用等方法对筏板基础结构的具体数值进行计算。

3.5.2 桩基础常见设计方式

桩基础是能够保证民用建筑基础结构稳定性的主要因素之一，当前我国民用建筑在进行基础设计时，对于桩基础主要采用钻孔灌注桩以及预应力管桩两种设计方式。钻孔灌注桩的设计方式是当前民用建筑在基础设计中较为常见的一种桩基础设计方法，该方法在实际应用中需要充分考虑到钻孔灌注桩的施工是否会对后续民用建筑工程的施工内容造成影响[5]。在对钻孔灌注桩这种桩基础结构进行设计时，相关人员需要对钻孔灌注桩的成桩位置、桩体大小等进行重点考虑，以满足民用建筑基础设计功能和结构稳定性为主要目的，保证民用建筑的施工建设质量。

预应力管桩设计也是一种较为常见的桩基础设计方案。预应力作为当前我国建筑市场中应用较为广泛的技术，在保障民用建筑结构安全性等方面发挥着重要的作用。以预应力技术来实现对预应力管桩的设计，设计人员需要格外重视预应力管桩直径会对民用建筑基础结构造成的影响。由于当前不同民用建筑的施工需求存在一定差异，在对预应力管桩进行设计时，设计人员还需要结合不同民用建筑的施工要求对其进行仔细的调整，并在施工完成后，对预应力管桩的施工质量进行检查，为民用建筑的基础结构设计提供保障。

在当前建筑市场得到快速发展的背景下，民用建筑逐渐在建筑市场中占据较大的地位。越来越多的民用建筑对建筑施工的安全性和稳定性也提出了更高的要求。在这种情况下，民用建筑的设计人员需要格外重视基础结构的设计，在充分考虑到各种可能影响建筑基础结构稳定性因素的同时，需要选择更合理的基础结构设计方式。

4 民用建筑基础结构设计质量优化

为了保证建筑结构基础的稳定性和安全性，设计人员需要优化基础设计方案，提高基础结构应用的可靠性。为此，设计人员要不断加强自身的综合素质，还要具备负责的态度、高度的工作责任心。同时，设计人员要确定建筑工程项目前期勘查设计工作是否详细充分，并做好各类材料信息的整理分析，明确建筑所在区域的具体情况，为高效开展设计工作提供有力的支持。设计人员在获得勘查材料后，要细致地分析勘查数据信息，同时加强施工现场的考察。在具体的设计阶段，设计人员可以积极借助BIM等现代信息技术和软件，利用建筑信息模型的碰撞检查功能确定设计方案是否科学可靠，及时查找设计方案中的不足之处，明确施工中可能存在的缺陷并有针对性地采取预防措施，从而切实保证建筑结构基础设计方案的质量。