房屋建筑结构设计中的基础设计分析

王振源

（中联宏信勘察设计有限公司白银分公司，白银 730900）

1 前言

房屋建筑与民众利益紧密相关，故而房屋建筑工程质量及其实用性也是人们持续关注的热点问题，如今民众物质生活都有了可靠保障，因此越来越重视房屋建筑舒适性与美观性。而房屋建筑结构设计，则对于房屋建筑功能性、美观性以及安全实用性具有决定性影响，鉴于基础设计是建筑结构设计的重要内容，加之现代化建筑对于基础设计的要求越来越高，所以亟需对其进行更深层次的分析研究，以便不断提升房屋建筑结构基础设计水平。

2 影响房屋建筑基础设计的因素

2.1 上部结构

房建工程通常由地基和基础之上的上部结构组成，二者必须构成一个牢固的整体，才能确保工程的整体安全。二者之间是互相联系又互为影响因素的关系，上部结构依赖地基提供的牢固基础而存在，在上部结构的持续压力下，地基有可能发生严重变形。所以，房建工程在进行地基设计期间，需要对上部结构自身的刚度及结构可能给地基造成的变形风险进行综合考量，提高基础设计方案的完善合理性。

2.2 地质条件

要科学合理地设计房建工程的地基基础，还须重点关注地基所处区域的地质条件因素。要对该区域的地形地貌、环境建筑设施、交通条件、地下管线分布、电力设施以及给排水系统等进行全面勘察和掌握。房建工程在基础设计方案的指导下施工，方案的差异性会导致工程成本造价和施工效率等方面带来差异，通常提倡多采取天然地基，不仅作业难度很低，工程成本也会得到遏制，整体性价比非常可观。同时，地基设计还要对土剪力进行考量，避免这种影响因素引发地基变形。工程选址要严防滑坡，就是要注意地基所在地土层不得含有抗剪强度不达标的滑动面，这种软弱地层一旦在外部荷载突然加大时，就可能造成滑坡。

2.3 施工环境

如果房建工程选择利用天然地基，它的沉降性能以及承载能力可能与设计标准有所差异，还须通过桩基础施工加以改善，但是施工过程可能会干扰到周边环境。举例来说，桩基础作业期间挤土、振动以及噪音等扰动都比较剧烈，一旦造成严重影响，会带来很大经济损失。因此，桩基础作业期间必须对可能给周边环境造成不利影响的施工行为进行严格控制，确保地基基础和施工环境安全。

3 房屋建筑基础设计应用

3.1 设计类型及基础埋设

（1）如果房建工程属于多层建筑，还须以独立基础进行设计为宜，这种方式非常经济适用，抗震性能优良，不易引发地基变形。但是如果地基所在位置土质不均匀，承载能力达不到设计标准，就不宜采用独立基础，改用钢筋混凝土材质的筏板基础更加牢靠。筏板基础可以兼职地下室的结构筏板功能，还可在地下室中用于底板，它的优点在于施工操作简便易行，承载能力比较突出。开展基础设计时有几个关键指标需要好好把握，就是设计高度，基础起筋中的抗浮因素以及最小配筋率等。同时，无论基础设计形式是筏形还是箱形，它的混凝土结构体量非常庞大，如果施工过程不能合理控制，会引发一系列结构裂缝。所以基础设计不能忽略后浇带的设计的重要性，要避免混凝土浇筑后因内外温差过大造成大量裂缝，通常后浇带的设计宽度在800mm 到1000mm 之间。

（2）如果房建工程是高层建筑，无论它的基础设计采取的是筏形还是箱形，强度设计必须达标，否则建筑容易滑移或者倾覆，同时基础要达到标准要求的埋设深度。在目前国内大力推动城市化建设的大环境下，建筑和用地的矛盾越来越突出，房建工程正越来越多地向高层建筑发展。如果高层建筑设计引入地下室结构，不但增加了一项建筑应用功能，同时可促进软土地基提高承载能力和稳固性，建筑整体更加安全牢靠，因此还须大力提倡地下室结构引进高层建筑设计中。城市化建设改造了部分老旧建筑，新旧建筑物两厢混杂，间距太小，如果新基础开挖深度超过了邻近老建筑的地基，就会破坏老建筑的安全稳定性，甚至会导致老建筑坍塌。要有效避免这种问题，新建筑就要在基础设计上离老建筑足够远，形成安全距离。这项指标的确定需要结合部分行业标准进行，其中地基的稳定性、变形风险以及承载能力最为关键。通常两座房建工程影响安全距离的因素包括新建筑的刚度以及沉降量等，沉降量指标取决于地基所在土层的压缩性和整体荷载，老建筑的刚度决定因素包括结构形式、规格以及地基的土层土质。

3.2 上部结构设计要合理

房建工程的上部结构非常重要，它的刚度性能和整体质量也会影响到基础设计。要有效开展基础设计，上部结构的设计也要提高合理性。上部结构的屋面作用关键，它的形式以斜坡为主，斜坡形式又包括梁板式以及折板式，它们的构件类型属于偏心受拉形式。房建工程屋面平面规则度差，且板材为大跨度的多用折板式结构，而屋面结构错综复杂的状况下更多采用梁板式结构。具体的结构类型选定还须结合实际需要而定，前提是保证科学合理，能够促进基础设计达到预期成效。

3.3 强化性能计算

3.3.1 测算承载力

目前房建工程的结构设计中，比较通行的基础设计形式是主楼裙房为一体化基础，主体结构设计期间需要复核测算并校准承载力在宽度以及深度方面的数据，计算过程要按照基础地面上方两侧超载负荷的状况计算。若是超载宽度达到了基础宽度两倍以上，则超载部分就要进行换算，以换算值当做土层厚度设置成基础的埋深指标；若是基础两边的超载不一样，就要以比较小的数据为准。常规土质条件下岩石基础承载力更好，所以设计期间相关测试以岩石基础为例，通过饱和单轴抗压强度标准值与折减系数相乘得到基础承载力的特征值；

3.3.2 测算稳定值

如果该工程抗浮性能不达标，就要专门进行抗浮构件设置，加大压重等；如果工程整体抗浮性能达标，不达标的只是很小一部分，则不达标的部位就要提高结构刚度设计。如果施作抗拔桩期间构件出现位移，抗拔力就会产生，位移越大，抗拔力越大。要避免抗拔桩出现过度位移，抗拔力的数据设计就必须达到抗拔控制的标准。多数房建工程在测算抗拔桩承载特征值期间开展单桩竖向载荷抗拔测试，以此确定该特征值。如果工程在变形控制方面特别严格，还须进行变形测算。

3.4 基础材料

房建工程的基础设计施工，配筋以及混凝土是最关键的施工材料，它们直接决定基础成型后的安全稳定性。因此在为基础混凝土以及配筋进行材料选购期间，要严格按照设计标准选择规格型号适用的材料，确保基础持久耐用。同时，配筋材料要符合设计的最小配筋率，配筋排布要符合设计图纸，合理调控基础宽度，构造柱所在位置要在图纸上精准标注。

3.5 结构承载力强化设计

目前房建工程的主体结构多为一体化形式，主体结构在进行设计指标计算期间，地基承载力的指标计算需要重点关注基础两边的超载负荷。如果超载宽度比基础宽度大2 倍以上，土层厚度就可直接设置成基础埋深，如果两边超载不等，则以较小数据为准。同时。岩石基础承载能力明显高于土质地基，所以以岩石基础为例设计地基承载能力。同时，计算地基的变形量要给予重点关注，如果变形量计算设计出错造成地基严重变形，势必导致建筑倾斜或坍塌，危害到居民人身安全。

4 房屋建筑结构的基础设计

4.1 独立基础设计

城市的城乡结合部以及广大农村居民在建设自家房屋时，绝大多数会采取独立基础，这种基础结构在低层房建工程中非常适用。就独立基础开展设计，要有机结合当地具体的土壤条件灵活调整。如果区域土层结构非常稳定，刚性基础是适用选择；如果区域土层有较大含水率，地质松软，则柔性基础比较适宜。独立基础广泛应用于民建房建工程，已经形成了比较成熟的设计思路和体系。它的建筑模式一般都是一体化的，这种模式下的立柱现浇之后对促进主体结构加强安全稳定性以及建筑整体性非常有利，可有效避免墙体开裂。独立基础对上部承重结构起到巨大的支撑效果，而且新兴的装配式混凝土预制件房建模式，让房建自重进一步下降，施工过程的质量因素不再是房建工程的主要影响因素。

4.2 桩基设计

桩基础的承载能力极强，这种设计方式可有效保证上部结构得到更加安全稳定的支撑，由于其良好的施工效果，更适用于高层建筑。如果在桩基设计中合理加大成桩的埋深和桩径，可最大限度地把不良地质条件给基础带来的破坏性降到最低。桩基础稳定可靠的承载性能，大大提升了下方地层的承载能力，进而促进建筑整体提高安全稳定性。桩基承载能力与桩径、埋深以及设计密度成正比，上述条件越有利，桩基础就能达到越强的承载能力。如果采取联合桩基设计，可以有效避免由地层沉降带来的建筑开裂风险。桩基带来的支撑效果直接作用于上部结构，直接接受来自上部重力荷载。同时，桩基础设计有利于促进地下空间的开发和延展，桩基础提供安全支撑，地下空间可以发展车库或商场等，很有发展前途。需要注意的是，基础设计需结合具体地质条件以及楼高合理确定桩体埋深，合理控制工程造价，提高经济效益。

4.3 箱形和筏形基础设计

房建基础设计中筏形和箱形也是常见方式，这种设计理念是把从基础到上部结构的房建工程所有组成部分，都看做一个统一结构的分支来开展设计。这种方式在高层建筑中更为多见，这两种设计形式都能在一定程度上扩大地下空间，需要的混凝土材料浇筑量特别大，做成一种双层或者箱形的地基结构。这种方式工程量巨大，质量标准很高，尤其是混凝土施工孔洞及裂缝危害高发，一旦凝固过程遭遇不利温湿度条件，也会引发结构开裂等严重问题，对整体质量造成危害。要避免上述风险，需要对钢筋配比进行合理控制，加设钢丝网促进结构内部更加连续，实现应力平衡。

4.4 桩箱基础设计

这种设计方式是箱形与桩基设计的联合体，不但可以控制地表沉降，同时可促进桩基提高垂直方向的承载效果。其在水边或者含水率大的土质松软区域非常适用，联合体形式有助于底板整体性提高承载能力。底板自重有桩基承担，利用合理控制的底板厚度以及桩体密度，可以有效承受上部结构自重。尤其要精准测算底板厚度，如果桩基以及底板无法达到平衡受力，可能引发底板开裂。房建选址土质分类包括杂填土、粉质黏土、粉砂夹粉质黏土等，设计人员须根据土层性能指标合理划分工程场地分区和建筑面积，结合设计需要测算出所需参数，选定适用的承台和桩体用料，得出单柱竖向的特征及标准值。根据土层具体的承载性能进行桩体密度和数量布局，结合承载数据确定具体的桩体间距和数目。

5 优化基础设计质量的方法

5.1 做好前期准备

房建工程开展基础设计时，相关人员还须对工程的建设性质、规模以及实际地质条件进行综合考量，在此基础上对基础设计所要遵循的类型、等级标准、具体形式以及设计参数进行确定。设计人员要提前深入工程现场进行实地调查，排查潜在的地质构造及风险因素，对采集到的数据信息进行分析处理，按照工程的设计标准对所在地的环境条件和气候等因素进行调研和数据搜集。基础施工标准要按照行业规范进行甲乙丙三类分级，设计方案要体现出对工程规模、服务功能、地基基础以及复杂程度的全面考量。

5.2 合理选型

设计人员对房建工程进行基础设计，须对工程选址区域的水文地质条件进行全面考察，结合工程体量以及整体荷载等具体参数，对基础设计进行科学选型。建筑工程具有丰富多彩的类型和应用功能，高层建筑目前的发展势头更为强劲。基础设计的主要形式以筏形和箱形为主，设计人员要在综合考量潜在的各种影响因素后确定具体的设计形式。

5.3 强化图纸审核

房建工程的基础受到非常复杂的各方作用力影响，设计人员须重点关注地基的抗剪、受弯以及变形沉降等问题，经过反复测算与多方论证，为工程基础设计出切合实际的施工图纸，报送上级部门详细审核，争取一次性通过。

6 结论

基础结构在房屋建筑中占据关键性地位，尤其是在房屋建筑不断向高层发展的形势下，对基础结构设计合理性与施工质量可靠性的要求越来越严格。因此，在开展基础设计作业时，设计人员应全面考虑上部结构、地质条件等原因对建筑基础结构产生的影响，充分掌握基础设计要点，并通过保证选型合理性与强化施工图纸检查审核等措施，有效提高基础设计质量。