關(guān)于土木工程建設(shè)中建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

聶旭東

(山西路晟交通建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030001)

當(dāng)前，建筑數(shù)量和種類越來越多，傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式已經(jīng)無法滿足建筑行業(yè)的發(fā)展需求。只有確保基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，才能維護(hù)土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。

1 基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)說明

1.1 單多層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)說明

一般來說，單多層建筑以框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)為主。單多層框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式主要形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或者柱下條形基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)由于受力簡單明確、方便施工、同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，是工程設(shè)計(jì)的首選。柱下條形基礎(chǔ)一般用于柱網(wǎng)布置比較有規(guī)律的結(jié)構(gòu)中。近年來，獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)也在工程中得到了廣泛應(yīng)用。

多層砌體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)主要以墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)為主，墻下條形基礎(chǔ)受力簡單，傳力直接，墻下條形基礎(chǔ)一般均可拆分為兩個(gè)單向條形基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。

1.2 高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)說明

高層建筑的垂直高度較高，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所需承受的來自上部結(jié)構(gòu)的重力荷載相對(duì)較大?；A(chǔ)形式主要有筏形及箱型基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)。筏形基礎(chǔ)具有整體性好、承載力高、結(jié)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，箱型基礎(chǔ)施工難度大，造價(jià)較高，一般用于人防等特殊用途的地下室建筑中。

2 土木工程建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)

2.1 墻下條形基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

土木工程建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式是多種多樣的。墻下條形基礎(chǔ)是一類較為常見的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式。在選擇材料時(shí)，多以磚石、混凝土以及毛石等剛度條件良好的基礎(chǔ)材料為主。這些材料不僅具有良好的剛度條件，而且在抗壓能力、抗拉能力與抗剪能力等方面也體現(xiàn)出諸多優(yōu)勢。設(shè)計(jì)人員必須從剛度角度出發(fā)，對(duì)墻下條形基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生的抗拉能力與抗剪能力展開控制，將基礎(chǔ)所承受的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力控制在耐受限度內(nèi)。

通常來說，多層砌體結(jié)構(gòu)以墻下條形基礎(chǔ)為主，比如早些年的小區(qū)住宅、辦公樓等。如果持力層為良好的天然地基，能承受一定的重力荷載，也可以適當(dāng)提升建筑的樓層數(shù)。

總的來說，墻下條形基礎(chǔ)具有施工便捷迅速、造價(jià)成本低等優(yōu)勢。為增強(qiáng)整體基礎(chǔ)的整體性，可采取基礎(chǔ)上方增設(shè)地圈梁的方式。將鋼筋混凝土柔性基礎(chǔ)運(yùn)用到土木工程建筑的條形基礎(chǔ)中，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載超過地基基礎(chǔ)的抗壓耐受限度，地基基礎(chǔ)就會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則沉降，增大基礎(chǔ)斷面。

此外，基礎(chǔ)埋深應(yīng)根據(jù)建筑物的高度、體型、結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)情況和抗震設(shè)防烈度等因素綜合考慮。如果地基基礎(chǔ)分布不均勻，可以采取增設(shè)肋梁的方式，增強(qiáng)基礎(chǔ)抗彎矩能力，以此有效抑制地基基礎(chǔ)的不規(guī)則沉降。

2.2 獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

按照獨(dú)立基礎(chǔ)的剛度差異，可將其劃分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)兩大類。獨(dú)立柱基礎(chǔ)斷面以矩形和方形為主。通常情況下，設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)柱荷載偏心距對(duì)斷面形狀加以選擇。

若柱荷載偏心距較大，以獨(dú)立柱基礎(chǔ)為宜，可以節(jié)約投資成本，擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益。采用拉梁拉結(jié)設(shè)計(jì)形式，可以顯著提升地基基礎(chǔ)的抗震性能，避免地基基礎(chǔ)在發(fā)生地震時(shí)出現(xiàn)不規(guī)則形變。如果土木工程建筑的上部結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)，而地基基礎(chǔ)又具備一定的承載負(fù)荷能力，則地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不規(guī)則形變的概率是較低的。對(duì)于獨(dú)立柱基礎(chǔ)來說，宜沿兩個(gè)主軸方向設(shè)計(jì)基礎(chǔ)拉梁。拉梁的主要目的是：(1)加強(qiáng)獨(dú)立基礎(chǔ)之間的整體性；(2)調(diào)整柱基之間的不均勻沉降；(3)減小首層柱的計(jì)算高度等等。

2.3 柱下條形基礎(chǔ)和十字交叉基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

如果土木工程建筑所處區(qū)域的地基條件較差，或者產(chǎn)生的柱荷載較大，單純采用獨(dú)立基礎(chǔ)形式根本無法滿足整體建筑結(jié)構(gòu)的承載負(fù)荷力要求。又由于施工現(xiàn)場預(yù)留的回旋空間有限，環(huán)境雜亂，無法擴(kuò)大基礎(chǔ)面積。所以在這種情況下，柱下條形基礎(chǔ)是最佳選擇。柱下條形基礎(chǔ)具有良好的剛度條件，可以避免地基基礎(chǔ)發(fā)生不規(guī)則沉降。但是如果柱基礎(chǔ)的荷載偏心距過大，條形基礎(chǔ)的剛度條件也無法滿足要求，自然也無法控制地基基礎(chǔ)的不規(guī)則沉降。

為保證柱下條形基礎(chǔ)充分發(fā)揮實(shí)際作用，一般條形基礎(chǔ)的梁截面高度高取柱距的1/4～1/8，條形基礎(chǔ)的端部宜向外伸出，長度宜為第一跨距的0.25倍。如果地基基礎(chǔ)的承載負(fù)荷力不足，或者柱基礎(chǔ)承受的荷載力過大，則需擴(kuò)大地基基礎(chǔ)底面積，提升基礎(chǔ)的承載負(fù)荷能力與抗形變能力。此時(shí)，十字交叉基礎(chǔ)形式是最合適的選擇。盡管十字交叉基礎(chǔ)形式具有良好的空間剛度條件，但并不適用于所有土木工程建筑。為此，設(shè)計(jì)人員就要結(jié)合實(shí)際情況，在條件允許的情況下選擇十字交叉基礎(chǔ)形式。

2.4 鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

如果地基土質(zhì)分布不均勻，地基基礎(chǔ)承載負(fù)荷能力較差，且土木工程建筑上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載較大，可以選擇十字交叉基礎(chǔ)形式。由于部分地基基礎(chǔ)的底面積存在相互重疊的可能性，無法提供充足的底面積空間。對(duì)此，可采用鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。通常來說，鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式往往更加適用于土木工程建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)也分為多種類型，而且不同基礎(chǔ)形式的適用條件不同。若地基基礎(chǔ)所受到的荷載力較小，可以選擇平板式筏片基礎(chǔ)；若地基基礎(chǔ)所受到的荷載力較大，可以選擇梁板式筏片基礎(chǔ)。此外，鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)具有良好的剛度條件，可以有效抑制墻體或柱體的不規(guī)則沉降，尤其是對(duì)于軟土地基，具有良好的效果。

2.5 樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

樁基礎(chǔ)具有承載負(fù)荷能力強(qiáng)，沉降量小等優(yōu)勢特點(diǎn)。大多數(shù)土木工程建筑都會(huì)選擇淺基礎(chǔ)形式。只有當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)抗荷載能力與抗形變能力無法滿足要求時(shí)，才會(huì)選擇樁基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)形式在土木工程建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況如下。

第一，如果土木工程建筑上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載過大，同時(shí)，下部結(jié)構(gòu)作為樁端持力層時(shí)，可以選擇樁基形式；第二，如果土木工程建筑地基淺層基礎(chǔ)出現(xiàn)不規(guī)則沉降，而軟土地基的夯實(shí)加固處理無法滿足整體結(jié)構(gòu)的沉降需求，需采用樁基礎(chǔ)形式；第三，盡管地基基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的承載負(fù)荷能力，但由于土木工程建筑的自身重量較大，對(duì)地基基礎(chǔ)的抗沉降能力提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，所以適宜選擇樁基礎(chǔ)形式。

3 合理設(shè)計(jì)土木工程建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法

3.1 合理布置建筑總平面圖

在建筑總平面圖設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需考慮建筑物周邊的具體情況。在土木工程建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格參照建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。在科技時(shí)代背景下，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合工程地質(zhì)、工程分類、基礎(chǔ)等級(jí)合理運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)模型，綜合分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載負(fù)荷能力，保障整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

3.2 選擇合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式

在對(duì)建筑物展開基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)展開時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑物功能要求以及建筑物周邊環(huán)境的特點(diǎn)，選擇適宜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型。滿足安全的前提下避免浪費(fèi)，同時(shí)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免“偷懶”設(shè)計(jì)。例如，有設(shè)計(jì)人員在梁板式筏基中，采用滿堂布樁，看似是保守設(shè)計(jì)，但實(shí)際中地基梁與筏板的剛度差距較大，基礎(chǔ)梁剛度很大，而板相對(duì)剛度較小，很難滿足梁板同時(shí)作用，嚴(yán)重時(shí)就有可能造成梁下樁先破壞，進(jìn)而致使板下樁也遭到破壞，嚴(yán)重危害結(jié)構(gòu)的安全性。

3.3 合理設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要作用是承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載。由此，上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形態(tài)決定了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形態(tài)。為維持基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)固性，就需要對(duì)上部結(jié)構(gòu)展開合理設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 語

綜上所述，在土木工程建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與設(shè)計(jì)要點(diǎn)，采用合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，保證整體土木工程建筑的安全性，以滿足人們的基本需求，推動(dòng)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。