民用建筑结构设计中的基础设计分析

2024-03-29郭凤

建材与装饰 2024年7期

郭凤

（山西四建集团有限公司，山西太原 030024）

0 引言

由于住宅结构逐渐朝着高、多功能的方向发展，住宅结构的施工难度也随之增大，对地基部位的承载力提出了更高的要求，并对沉降、倾斜、稳定性等进行了更为严格的控制。在进行房屋建筑结构基础的设计时，必须要进行科学、理性的选择，要分析、总结其所处地区的地质数据，充分把握影响房屋建筑结构基础的主要因素，理解其主要因素，并通过相应的对策来提高其设计水准，以保证其安全、稳定，提高民房建筑结构的寿命。

1 民用建筑基础设计原则

在目前的建筑业中，民房占有很大的比例，随着建筑业的发展，民房的建造和建造正朝着多用途化的方向发展。地基是土木工程中土木工程的主要组成部分。在目前的市场迅速发展的背景下，部分民用建筑在建设过程中出现的质量和安全问题日益凸显，因此，民用建筑的建设设计也渐渐成为目前最受重视的一个方面。在进行土木工程地基的设计时，应注意3 个方面的问题：①整体性。在进行地基的设计时，有关的建筑工作者必须对民用建筑的总体构造及性质进行综合考量，确保地基的设计能够达到民用建筑的质量，达到民用建筑的安全性。②正确性。在进行地基设计前，有关的设计者必须事先研究好地基建设所处的地理位置，地质条件，气候条件，水体条件等，以确保地基建设的正确性。③在地基设计方面，应重点加强对土木工程中重要节点、重要构件的设计，例如，墙体、梁柱等主要节点的受力与受力结构，以提高土木工程的综合使用能力。

2 影响基础设计的因素

2.1 上部结构的安全性

建筑物的上层建筑和下层基础是构成建筑物的两个重要部分。在施工过程中，要使上盖与下盖相互配合，使其更好地发挥各自的功能，从而提高施工质量。上层建筑的安全程度将直接关系到整个建筑物的安全程度，而上层建筑的安全程度则决定于下层建筑的基本构造及其各受力件的强度。可以看出，该工程的基础与上层建筑是相互补充的[1]。根据有关规定，在进行基础工程的设计之前，应对工程中的上层建筑的刚性作一个客观的计算。由于上部结构的不同形态，其基础的类型也不尽相同，因此，设计者在进行基础设计时，必须对其基础的刚性特征有一个清晰的认识，并针对其刚性特征进行相应的基础设计。

2.2 地质条件是否符合要求

在对建筑物的基础结构进行设计之前，设计师要对施工现场及其周边的环境进行全面的认识，对施工现场进行实地考察，并对前期的勘察数据进行全面的深入分析。实地考察之后，可以对所选地点进行实地勘察，对其地形地貌，地质条件，交通状况，污水排放等进行详细的调查。对于同一结构物，由于场地条件的差异，其基础处理方法的差异，对其设计与建造的难度也有一定的影响。施工中应尽可能选用简易而又行之有效的方法，以最大限度地利用自然基础的优点。不仅要看建筑的品质，更要看建筑的经济效益。然而，在实际的民用建筑工程的结构设计中，经常会出现与设计要求不符的现象，这时就必须强化对地基结构的优化处理，有效提升地基的稳定性。

2.3 大型建筑物的影响

目前，我国城镇土地资源紧缺。为解决土地资源紧缺的问题，我国的建筑物正逐步向着高层和超高层发展，而建筑项目的数量也在增加。大型工程对基础的承载能力提出了更高的要求，然而，由于自然基础无法承受上层工程的荷载，因此，对基础进行了研究。在工程建设中，若对基础的设计与施工方法不够科学，将会造成工程建设中的不均衡沉降。桩基作为目前广泛使用的地基体系，在提高建筑的安全与稳定方面起到了重要的帮助作用。但由于我国城镇房屋分布比较集中，因此，在采用桩基技术时，往往会遇到周边房屋、特别是大型房屋等对桩基结构产生不利影响的问题。此外，桩基建设也会对周边结构及周边环境造成干扰，特别是桩基建设对周边土壤造成干扰。可以看出，在建造建筑物的时候，设计人员和技术人员应该对地基的加固技术进行全面的分析和研究，将其对周边的结构以及对周围的环境造成的冲击降到最低。

3 建筑结构地基基础设计问题

3.1 地基基础设计不符合相关规范

房屋基础的设计是一项比较复杂的工作，涉及很多方面，具有很强的专业性。如果设计者的专业素质较差，不仅难以建造出高质量的建筑物，而且还可能引起一系列的质量和安全问题。在工程实践中，由于工程技术人员工作中存在一些疏忽，未能对建筑物基础的稳定性做出客观的评估，从而导致工程的安全隐患。如果没有对地基基础设计的复杂性有一个深刻、全面和准确的理解，在进行具体的设计工作时，就很难对基础结构进行科学、合理的设计，即便是完成了建筑工程的施工，在使用过程中也会存在着各种问题。特别是在深层软黏土地区，这种情况更是严重。一些建筑公司没有对软土的等级和具体深度进行详细的调查，而设计者也没有对土层的软弱状况进行详细的计算，导致对基础的承载力不能准确把握。当设计方法不当时，将引起基础的不均匀沉降，并逐步显露出设计方法中的种种不足之处，从而带来不可挽回的损失。

3.2 施工图纸专业性不足

在地基基础的设计画图对设计人员的技术水平是一个很大的挑战，有些地基基础设计人员没有充分的设计水平，其中一个原因就是他们的设计图纸不够专业。在进行房屋结构的地基与基础结构的规划时，需要编制各种结构图，包括平面结构图、屋顶结构图、内部管线图等。在建设过程中，建筑工人要按照设计图进行相应的建设工作。要确保设计方案的有效实施，就必须对各种参数进行细致的标注，对其要点进行清晰，准确、有效、细致地绘制，在不对地基基础施工质量造成影响的情况下，确保施工进度[2]。同时，在绘图时，设计者也要注意到一些特殊的细节。一些设计师只对基础建筑进行了粗略的设计，却没有对各种参数进行详细的标注，导致了设计图纸的精度不够，而建筑工人也很难理解设计图纸中所包含的特定要求。这将对工程建设带来很大的阻力，使工程人员在工程建设中很难顺利、高效地完成工程建设任务。

3.3 地质勘查不够全面、准确

地质勘查成果为土木工程地基设计提供了保证，准确全面的勘察设计成果将为土木工程地基设计提供有力的支撑。一些建设单位在初期勘探设计阶段，没有对地质调查进行充分而精确的调查，调查结果不够精确，这就造成了对设计人员进行设计工作不能提供有效的帮助。有些设计人员在进行建筑物基坑工程设计时，未对勘察数据进行认真分析，未深入实地勘察，致使工程设计结果不够合理。工程勘察是建筑物基底设计的先决条件，没有精确的勘察资料，就无法获得高品质的工程设计方案。勘察设计涉及地形地貌，地下水位，气候等多方面的因素。利用勘察数据，设计者可以很好地规避某些不利条件，确保项目的成功。唯有对地基基础设计方案进行了科学、理性的设计，才可以提升地基基础的科学性和真实性，才可以在一定程度上实现对建筑地基基础结构的灵活的施工，也可以在一定程度上实现对建筑工程项目的构建。但也存在一些施工单位对工程勘察不够关注，导致勘察结果不够全面、准确[3]。假如勘察工作做得不好，设计师就无法对有关的数据信息进行准确、深入的分析，同时，也很难对建筑结构的地基基础设计进行及时的发现和有效的规避。有些设计师在进行房屋的地基基础的设计时，过于依赖自己的主观判断，并没有遵循客观的原则，这样就会造成设计的科学性和严谨性不够。

4 民用建筑结构设计中基础设计要点

4.1 基础设计选型及埋设情况

（1）在多层住宅中，采用的最多的是自力基础，这种自力基础不仅经济，而且可以很好的承受地面的变形，而且还可以很好的进行地震反应。然而，在一些地基土质均匀性差，无法满足地基承载力要求的地区，不宜盲目选择单独的基础，常用的是钢筋混凝土筏板基础，这种基础既可以用作地下室结构的筏板，也可以用作地下室底板。这种地基具有施工方便，承重能力强等优点。在地基基础的设计中，既要注意地基高度和最小配筋率，又要注意地基基础的加固效果。

（2）为保证与自然地基相比，高耸结构中的筏（箱）型地基具备较强的抗倾、滑动能力，需要对其埋设深度进行合理的设计。为了确保机组的正常工作，需要在机组的出水口保持一定的压力值。在城市快速发展和城市用地紧张的背景下，高耸结构越来越多，在其上增设地下室，既能提升其功能性，又能对其进行加固，进而增强其整体的稳定性。在城镇居住区，由于其新老建筑之间的间距比较小，当新建筑的地基深度大于既有建筑的地基深度时，势必会对既有建筑的稳定产生不利的作用，进而对既有建筑的安全性形成了极大的威胁。当新建成的住宅与已建成的住宅相隔很大时，会引起两个住宅的差异沉降。为保证新建筑基础的安全性，在进行新建筑基础的设计时，一定要将与原建筑物之间的安全距离纳入考量，并参照相关的指数，来决定安全距离的数值，这包含了但不局限于新老建筑物之间的地基承载力、地基变形和地基稳定性等。

4.2 合理设计房屋建筑上部结构

因此，要想使地基的设计更加合理，就必须使地基的设计更加合理。在建筑物的上部结构中，屋面是一个重要的内容，许多建筑屋面采用的是斜坡结构形式，其主要有折板式、梁板式等[4]。两者均为偏心受拉型态，且折板更多用于平面不够规则、楼板跨度过大的屋盖，而梁板更多用于屋盖斜坡比较复杂的屋盖。在选取特定的结构型式时，要参考建筑物的特定的构造，保证其合理的构造，才能为地基的设计奠定好的基础。

4.3 加强相应的性能计算

（1）承载力计算。在目前的阶段，许多住宅都是采用了主、副两层的组合结构，在设计过程中，必须对主框架的承载量和承载量进行了最大限度的调整，因此，在基座底部的荷载，必须根据基座两边的过载来确定。当超限宽度超过地基两倍时，可将超限条件转换为地基的厚度，并将其转换为地基的深度；若地基两边的负荷都是不平衡的，则取较小的数值。与普通土壤相比，岩基的承载力较高，因此，在进行岩基测试时，可采用岩基加载的方法。在进行土工实验时，根据土体的承载能力，采用土体的本构关系式进行计算。

（2）稳定性计算。当结构的抗浮稳定度不满足有关规定时，可采用增设抗浮构件和增加承重等方法来处理。当整个建筑满足了抗浮稳定要求而只有部分不满足时，则应在该部位增加一定的刚度。在安装抗拔桩等部件时，当发生位移时，将会产生抗拔力，而且抗拔力将会随着位移的增大而增大，所以为了防止在基础结构中出现过大的变形，必须保证抗拔力值满足变形控制条件。在大多数的房屋结构中，都是采用单桩垂直拉拔荷载测试的方法来测定其承载能力。而对有较大变形的建筑物，则必须进行相应的变形计算。

4.4 选择适宜的基础施工材料

在住宅工程中，地基钢筋、混凝土等材质对地基的安全与稳定起着关键作用。根据基础土体的特性，采用各种方法对其进行处理。为此，应加大对混凝土、地基配筋等材质的选择力度，使其与建设标准、规范相一致，以确保其满足建设标准要求的耐久性。在进行设计的时候，要以项目的实际状况为依据，对建筑材料和施工工艺进行适当的选择，同时还要与施工现场的环境相联系，对基础尺寸进行合理的确定。另外，为了保证地基配筋的合理，需要按照规范设计要求，通过调节地基的宽度，使地基与地基最小钢筋精确匹配，从而保证地基结构柱的准确位置。

4.5 增强结构承载力的设计

目前，我国大部分建设工程都是以“主楼”为主要形式，所以，在计算主体结构地基承载力时，需要对地基两边的荷载进行深入分析。若没有选择适当的基础配筋和混凝土等建筑材料，则会引起地基不稳定、沉降量大等问题。在荷载作用下，当荷载作用在地基上时，可把地基的厚度当作地基的埋入深度，而在地基两边荷载作用下，则取一个更小的值[5]。由于岩基的承载力远高于普通建筑，因此必须考虑到岩土的承载力及稳定性。另外，由于岩基的承载力比土基高得多，故可采取岩基的方法进行计算。此外，还应结合建筑自身的实际需要，对桩基础的类型进行合理的选择。基础变形计算是建筑物设计中的关键环节。建筑物基础在变形过程中发生了显著的变形，这将直接影响到建筑物的整体施工质量，甚至威胁到人身安全。因此，在进行建筑物设计的时候，必须要考虑到岩土工程勘察结果与实际情况不一致的问题，以确保建筑工程整体结构安全。因此，为了保证地基的稳定与可靠，在地基设计时应特别注意地基变形的计算。