房屋建筑结构设计中的基础设计分析

张志江 甘肃省建筑科学研究院有限公司工程师

随着房屋建筑结构逐渐向着高度、多功能等方面发展，房屋建筑结构的工程难度逐渐增加，对于基础部分的承载能力有着更高的要求，对于沉降、倾斜、稳定性等方面的控制更加严格。在房屋建筑结构基础设计过程中，一定要科学合理地进行选型，要对所在区域地质数据进行分析、总结，充分掌握影响房屋建筑结构基础设计的核心要素，了解影响基础设计的关键内容，采取针对性措施提升基础设计水平，从而保障基础设计的安全性和稳定性，进而提升民房建筑结构的使用年限。

1 建筑基础设计要求

1.1 多层建筑

多层建筑的地基基础设计受多种因素的影响，地面土质结构、地下岩土成分等是外部的基本条件，建筑本身的层高、地下室层数和建筑的内部结构对地基的压迫程度是建筑自身对地基基础的限制条件。此外，相关的抗震要求等对基础设计提出了更高的要求。所以，在设计过程中需要考虑的设计要求是相对复杂的。地基的牢固性、建筑结构的稳定性与抗震性、地基竖向的承载力与横向的抗滑移、地基的沉降指数、地基土层的抗压能力和地基压力变形范围等，这些都是对地基基础设计的基本要求。

1.2 高层建筑

这类建筑通常要负担很大的荷载，为此要求地基有突出的承载性能。为此，桩基需要有较深的深度。基于此，设计工作者应对整体的沉降幅度进行严控，使用恰当的持力层和基础形式让变形符合有关规范。并且桩基与地基大部分是地下项目，其地下结构设计是非常关键的，设计应让用户的实际需要得到满足，并尽量降低项目建设费用。

2 房屋建筑结构基础设计的影响因素

2.1 上部结构

一般房屋建筑主要包括地基和上部结构两部分，两者之间密不可分，相互关联，相互影响，所以房屋建筑的上部结构会对地基基础变形情况有较大影响。因此，进行地基基础设计时一定要充分考虑上部结构刚度的影响，同时要考虑上部结构形式对于基础变形的影响。所以，在实际工程基础设计中要充分考虑上部结构对基础的影响，设计出科学合理的地基基础。

2.2 地质条件

为了确保基础设计的合理性，一定要对建筑所在地的地质情况进行充分分析，要充分掌握所在地的地形地貌、地下管线情况、周边建筑物、周围交通情况、给排水情况和电力供应情况等。

建筑物采取不同基础方案时，在施工便利性、工程造价等方面存在较大的差异，一般尽量采用天然地基，能有效降低施工难度，提升其性价比。但对于某些较为特殊的建筑结构，往往会建设在相对特殊的区域，如某些区域的地基强度不够稳定、具有较大压缩性，无法有效满足设计标准，进行基础设计时便需要针对性进行处理，以提升基础的强度和稳定性，有效避免基础变形问题[1]。此外，建筑基础要避免受到土剪力而产生变形问题，选定建筑基础时要避免产生滑坡问题。所谓的滑坡问题，是指建筑区域土层内存在抗剪强度较差的滑动面，一旦受到外部载荷等影响，便会顺着软弱面形成滑动变形问题。

2.3 施工环境

进行建筑结构基础设计时，某些天然地基无法满足承载力和沉降方面的要求，这些区域会采取桩基础，这些桩基础施工时会对周边环境造成影响。例如，桩施工过程中会对周边环境产生噪声、振动、挤土等方面的不良影响，情况严重时会造成非常大的损失。为了确保建筑结构的安全性，同时不会对场地附近原有建筑物安全造成影响，需要对桩基础施工进行有效控制。

3 房屋建筑结构设计中基础设计分析

3.1 基础设计选型及埋设情况

第一，对于多层房屋建筑来说，应用最多的基础形式是独立基础，此种基础结构具有较好的经济性，同时具有较强的抗震性能，能较好地适应地基变形情况。但是，对于某些地基土质均匀性较差、无法满足地基承载力的区域来说，盲目选用独立基础并不合适，更多采取的是钢筋混凝土筏板基础，此种基础不但能作为地下室结构筏板，而且可以作为地下室底板结构。此种基础的优势是施工便利、具有较强的承载性能。在基础设计过程中需要特别注重基础高度、最小配筋率等指标，同时要充分考虑抗浮设计对于基础配筋的影响。此外，箱形或者筏形基础采取的是大体积混凝土形式，一旦施工控制不当，就会引发温度裂缝等问题，所以进行基础设计时需要加强后浇带设置，有效降低温度变化的影响，一般宽度需要控制在800 ～1 000 mm[2]。

第二，对于处在天然基础上的高层建筑筏形或者箱形基础来说，为了确保其具有足够强度的抗倾覆及抗滑移性能，要控制其埋置深度达到相应标准。近些年我国城镇化推进速度加快，土地资源越发紧张，高层建筑规模逐渐增加，在此种建筑中设置地下室不但可以增加建筑的使用功能，而且可以有效改善软土地基的性能，大大提升整个基础的稳定性，因此往往会在高层建筑中设置地下室。对于城市居民区来说，这些区域的新旧建筑物距离相对较近，一旦新建建筑物的基础埋深超过原有建筑物基础埋深，那么新建的建筑物必然会对已有建筑物稳定性造成影响，严重情况下危害原有建筑物的安全。为了防止出现此方面问题，在新建筑基础设计过程中一定要保证与原有建筑物具有足够的安全距离，安全距离值要参考相应指标来确定，主要包括新旧建筑物的地基承载力、地基变形、地基稳定性等。一般影响建筑物相邻距离的因素主要包括新建建筑物沉降量、原有建筑物刚度等，其中新建建筑物沉降量主要是由所在地地基土压缩性能、建筑物荷载等因素决定的，而原有建筑物的刚度则是由其结构类型、尺寸、地基土性质等因素决定的[3]。

3.2 合理设计房屋建筑上部结构

房屋建筑物上部结构的刚度和质量分布会对基础设计造成较大影响，所以，为了进一步提升基础设计的有效性，要提升建筑物上部结构设计的合理性。对于建筑物的上部结构来说，屋面部分是非常重要的内容之一，很多建筑屋面采取的是斜坡结构形式，此种结构形式主要包括折板式、梁板式等。这两种结构类型都属于偏心受拉构件，其中折板式结构更多应用在平面不够规则、建筑板跨度较大的屋顶结构，而梁板式结构则更多应用在屋面坡度相对复杂的屋面结构中。选择具体结构类型时，要参照房屋具体结构来进行，确保结构的合理性，能为基础设计打下良好基础。

3.3 加强相应的性能计算

第一，承载力计算。现阶段，很多房屋建筑往往采取主楼和裙房基础一体式结构设计，而实际设计时需要对主体结构地基承载力深度和宽度实施优化修正，需要对基础底面之上载荷按照基础两侧超载进行计算。如果超载宽度超出基础宽度的2倍，那么为了计算有效性，可以将超载情况换算成为土层厚度作为基础埋深；如果基础两侧超载并不均衡，那么要取其中的小值。相对于一般土质来说，岩石地基具有更强的承载力，所以试验时可以采取岩石地基载荷来进行。在试验过程中，可以按照饱和单轴抗压强度标准值×折减系数来确定地基承载力特征值[4]。

第二，稳定性计算。如果建筑物抗浮稳定性不符合设计标准规范，那么可以通过设置抗浮构件、增设压重等措施进行解决。如果建筑物的整体符合抗浮稳定性标准，但局部抗浮不符合标准，那么需要对这些位置增设结构刚度。在设置抗拔桩等构件的过程中，一旦产生位移，就会形成抗拔力，并且抗拔力随着位移的增加而有所提升，因此要避免基础结构中产生较大位移，需要确保抗拔力值符合位移控制条件[5]。对于绝大部分房屋建筑来说，为了确定抗拔桩承载力特性值，可以通过单桩竖向抗拔载荷试验来确定。对于变形较为严格的建筑来说，同时需要实施必要的变形计算。

3.4 选择适宜的基础施工材料

对于房屋建筑基础结构设计来说，基础配筋、混凝土等材料是非常关键的组成部分，对于基础的安全性、稳定性具有直接性影响。所以，要加强混凝土、基础配筋等材料的选定，确保其规格满足施工标准规范，以确保建筑结构耐久性满足施工标准规定。此外，所选定的基础配筋要与最小配筋相匹配，要参照标准图纸对基础配筋进行设置，并且对基础宽度进行调整，对基础图构造柱实施精准定位，保证其设置的合理性。

3.5 增强结构承载力的设计

当前时期，建筑项目大多采用主楼一体的架构，在设计与核算主体架构的地基承载数值的时候，一定要对地基基础两侧的超载情况进行深入考量。如果超载宽度达到基础宽度2 倍，能够把土层厚度视为基础埋深，若基础两边超载不相同的时候，取比较小的数值。另外，岩石基地的承载水平要比土高得多，为此可使用岩石地基确定荷载数值。另外，地基变形核算是不可忽视的一项设计工作，当建筑地基出现程度较大的形状变化时，不但会对建筑总体的建设质量产生影响，还会让人们的生命安全处于危险状态。为此，在基础结构设计过程中，必须要高度关注变形核算。

4 结语

对于房屋建筑来说，基础设计是非常关键的内容之一，并且也是最为复杂的内容。在基础设计过程中，需要特别关注细节方面的内容，保证房屋建筑质量。