房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基礎(chǔ)設(shè)計分析

王振源

（中聯(lián)宏信勘察設(shè)計有限公司白銀分公司，白銀 730900）

1 前言

房屋建筑與民眾利益緊密相關(guān)，故而房屋建筑工程質(zhì)量及其實用性也是人們持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)問題，如今民眾物質(zhì)生活都有了可靠保障，因此越來越重視房屋建筑舒適性與美觀性。而房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，則對于房屋建筑功能性、美觀性以及安全實用性具有決定性影響，鑒于基礎(chǔ)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，加之現(xiàn)代化建筑對于基礎(chǔ)設(shè)計的要求越來越高，所以亟需對其進(jìn)行更深層次的分析研究，以便不斷提升房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計水平。

2 影響房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計的因素

2.1 上部結(jié)構(gòu)

房建工程通常由地基和基礎(chǔ)之上的上部結(jié)構(gòu)組成，二者必須構(gòu)成一個牢固的整體，才能確保工程的整體安全。二者之間是互相聯(lián)系又互為影響因素的關(guān)系，上部結(jié)構(gòu)依賴地基提供的牢固基礎(chǔ)而存在，在上部結(jié)構(gòu)的持續(xù)壓力下，地基有可能發(fā)生嚴(yán)重變形。所以，房建工程在進(jìn)行地基設(shè)計期間，需要對上部結(jié)構(gòu)自身的剛度及結(jié)構(gòu)可能給地基造成的變形風(fēng)險進(jìn)行綜合考量，提高基礎(chǔ)設(shè)計方案的完善合理性。

2.2 地質(zhì)條件

要科學(xué)合理地設(shè)計房建工程的地基基礎(chǔ)，還須重點(diǎn)關(guān)注地基所處區(qū)域的地質(zhì)條件因素。要對該區(qū)域的地形地貌、環(huán)境建筑設(shè)施、交通條件、地下管線分布、電力設(shè)施以及給排水系統(tǒng)等進(jìn)行全面勘察和掌握。房建工程在基礎(chǔ)設(shè)計方案的指導(dǎo)下施工，方案的差異性會導(dǎo)致工程成本造價和施工效率等方面帶來差異，通常提倡多采取天然地基，不僅作業(yè)難度很低，工程成本也會得到遏制，整體性價比非?？捎^。同時，地基設(shè)計還要對土剪力進(jìn)行考量，避免這種影響因素引發(fā)地基變形。工程選址要嚴(yán)防滑坡，就是要注意地基所在地土層不得含有抗剪強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的滑動面，這種軟弱地層一旦在外部荷載突然加大時，就可能造成滑坡。

2.3 施工環(huán)境

如果房建工程選擇利用天然地基，它的沉降性能以及承載能力可能與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有所差異，還須通過樁基礎(chǔ)施工加以改善，但是施工過程可能會干擾到周邊環(huán)境。舉例來說，樁基礎(chǔ)作業(yè)期間擠土、振動以及噪音等擾動都比較劇烈，一旦造成嚴(yán)重影響，會帶來很大經(jīng)濟(jì)損失。因此，樁基礎(chǔ)作業(yè)期間必須對可能給周邊環(huán)境造成不利影響的施工行為進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保地基基礎(chǔ)和施工環(huán)境安全。

3 房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)用

3.1 設(shè)計類型及基礎(chǔ)埋設(shè)

（1）如果房建工程屬于多層建筑，還須以獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計為宜，這種方式非常經(jīng)濟(jì)適用，抗震性能優(yōu)良，不易引發(fā)地基變形。但是如果地基所在位置土質(zhì)不均勻，承載能力達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，就不宜采用獨(dú)立基礎(chǔ)，改用鋼筋混凝土材質(zhì)的筏板基礎(chǔ)更加牢靠。筏板基礎(chǔ)可以兼職地下室的結(jié)構(gòu)筏板功能，還可在地下室中用于底板，它的優(yōu)點(diǎn)在于施工操作簡便易行，承載能力比較突出。開展基礎(chǔ)設(shè)計時有幾個關(guān)鍵指標(biāo)需要好好把握，就是設(shè)計高度，基礎(chǔ)起筋中的抗浮因素以及最小配筋率等。同時，無論基礎(chǔ)設(shè)計形式是筏形還是箱形，它的混凝土結(jié)構(gòu)體量非常龐大，如果施工過程不能合理控制，會引發(fā)一系列結(jié)構(gòu)裂縫。所以基礎(chǔ)設(shè)計不能忽略后澆帶的設(shè)計的重要性，要避免混凝土澆筑后因內(nèi)外溫差過大造成大量裂縫，通常后澆帶的設(shè)計寬度在800mm 到1000mm 之間。

（2）如果房建工程是高層建筑，無論它的基礎(chǔ)設(shè)計采取的是筏形還是箱形，強(qiáng)度設(shè)計必須達(dá)標(biāo)，否則建筑容易滑移或者傾覆，同時基礎(chǔ)要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的埋設(shè)深度。在目前國內(nèi)大力推動城市化建設(shè)的大環(huán)境下，建筑和用地的矛盾越來越突出，房建工程正越來越多地向高層建筑發(fā)展。如果高層建筑設(shè)計引入地下室結(jié)構(gòu)，不但增加了一項建筑應(yīng)用功能，同時可促進(jìn)軟土地基提高承載能力和穩(wěn)固性，建筑整體更加安全牢靠，因此還須大力提倡地下室結(jié)構(gòu)引進(jìn)高層建筑設(shè)計中。城市化建設(shè)改造了部分老舊建筑，新舊建筑物兩廂混雜，間距太小，如果新基礎(chǔ)開挖深度超過了鄰近老建筑的地基，就會破壞老建筑的安全穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致老建筑坍塌。要有效避免這種問題，新建筑就要在基礎(chǔ)設(shè)計上離老建筑足夠遠(yuǎn)，形成安全距離。這項指標(biāo)的確定需要結(jié)合部分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其中地基的穩(wěn)定性、變形風(fēng)險以及承載能力最為關(guān)鍵。通常兩座房建工程影響安全距離的因素包括新建筑的剛度以及沉降量等，沉降量指標(biāo)取決于地基所在土層的壓縮性和整體荷載，老建筑的剛度決定因素包括結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格以及地基的土層土質(zhì)。

3.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理

房建工程的上部結(jié)構(gòu)非常重要，它的剛度性能和整體質(zhì)量也會影響到基礎(chǔ)設(shè)計。要有效開展基礎(chǔ)設(shè)計，上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計也要提高合理性。上部結(jié)構(gòu)的屋面作用關(guān)鍵，它的形式以斜坡為主，斜坡形式又包括梁板式以及折板式，它們的構(gòu)件類型屬于偏心受拉形式。房建工程屋面平面規(guī)則度差，且板材為大跨度的多用折板式結(jié)構(gòu)，而屋面結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜的狀況下更多采用梁板式結(jié)構(gòu)。具體的結(jié)構(gòu)類型選定還須結(jié)合實際需要而定，前提是保證科學(xué)合理，能夠促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)計達(dá)到預(yù)期成效。

3.3 強(qiáng)化性能計算

3.3.1 測算承載力

目前房建工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，比較通行的基礎(chǔ)設(shè)計形式是主樓裙房為一體化基礎(chǔ)，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計期間需要復(fù)核測算并校準(zhǔn)承載力在寬度以及深度方面的數(shù)據(jù)，計算過程要按照基礎(chǔ)地面上方兩側(cè)超載負(fù)荷的狀況計算。若是超載寬度達(dá)到了基礎(chǔ)寬度兩倍以上，則超載部分就要進(jìn)行換算，以換算值當(dāng)做土層厚度設(shè)置成基礎(chǔ)的埋深指標(biāo)；若是基礎(chǔ)兩邊的超載不一樣，就要以比較小的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。常規(guī)土質(zhì)條件下巖石基礎(chǔ)承載力更好，所以設(shè)計期間相關(guān)測試以巖石基礎(chǔ)為例，通過飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與折減系數(shù)相乘得到基礎(chǔ)承載力的特征值；

3.3.2 測算穩(wěn)定值

如果該工程抗浮性能不達(dá)標(biāo)，就要專門進(jìn)行抗浮構(gòu)件設(shè)置，加大壓重等；如果工程整體抗浮性能達(dá)標(biāo)，不達(dá)標(biāo)的只是很小一部分，則不達(dá)標(biāo)的部位就要提高結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計。如果施作抗拔樁期間構(gòu)件出現(xiàn)位移，抗拔力就會產(chǎn)生，位移越大，抗拔力越大。要避免抗拔樁出現(xiàn)過度位移，抗拔力的數(shù)據(jù)設(shè)計就必須達(dá)到抗拔控制的標(biāo)準(zhǔn)。多數(shù)房建工程在測算抗拔樁承載特征值期間開展單樁豎向載荷抗拔測試，以此確定該特征值。如果工程在變形控制方面特別嚴(yán)格，還須進(jìn)行變形測算。

3.4 基礎(chǔ)材料

房建工程的基礎(chǔ)設(shè)計施工，配筋以及混凝土是最關(guān)鍵的施工材料，它們直接決定基礎(chǔ)成型后的安全穩(wěn)定性。因此在為基礎(chǔ)混凝土以及配筋進(jìn)行材料選購期間，要嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選擇規(guī)格型號適用的材料，確?；A(chǔ)持久耐用。同時，配筋材料要符合設(shè)計的最小配筋率，配筋排布要符合設(shè)計圖紙，合理調(diào)控基礎(chǔ)寬度，構(gòu)造柱所在位置要在圖紙上精準(zhǔn)標(biāo)注。

3.5 結(jié)構(gòu)承載力強(qiáng)化設(shè)計

目前房建工程的主體結(jié)構(gòu)多為一體化形式，主體結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計指標(biāo)計算期間，地基承載力的指標(biāo)計算需要重點(diǎn)關(guān)注基礎(chǔ)兩邊的超載負(fù)荷。如果超載寬度比基礎(chǔ)寬度大2 倍以上，土層厚度就可直接設(shè)置成基礎(chǔ)埋深，如果兩邊超載不等，則以較小數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。同時。巖石基礎(chǔ)承載能力明顯高于土質(zhì)地基，所以以巖石基礎(chǔ)為例設(shè)計地基承載能力。同時，計算地基的變形量要給予重點(diǎn)關(guān)注，如果變形量計算設(shè)計出錯造成地基嚴(yán)重變形，勢必導(dǎo)致建筑傾斜或坍塌，危害到居民人身安全。

4 房屋建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計

4.1 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計

城市的城鄉(xiāng)結(jié)合部以及廣大農(nóng)村居民在建設(shè)自家房屋時，絕大多數(shù)會采取獨(dú)立基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在低層房建工程中非常適用。就獨(dú)立基礎(chǔ)開展設(shè)計，要有機(jī)結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w的土壤條件靈活調(diào)整。如果區(qū)域土層結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，剛性基礎(chǔ)是適用選擇；如果區(qū)域土層有較大含水率，地質(zhì)松軟，則柔性基礎(chǔ)比較適宜。獨(dú)立基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于民建房建工程，已經(jīng)形成了比較成熟的設(shè)計思路和體系。它的建筑模式一般都是一體化的，這種模式下的立柱現(xiàn)澆之后對促進(jìn)主體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)安全穩(wěn)定性以及建筑整體性非常有利，可有效避免墻體開裂。獨(dú)立基礎(chǔ)對上部承重結(jié)構(gòu)起到巨大的支撐效果，而且新興的裝配式混凝土預(yù)制件房建模式，讓房建自重進(jìn)一步下降，施工過程的質(zhì)量因素不再是房建工程的主要影響因素。

4.2 樁基設(shè)計

樁基礎(chǔ)的承載能力極強(qiáng)，這種設(shè)計方式可有效保證上部結(jié)構(gòu)得到更加安全穩(wěn)定的支撐，由于其良好的施工效果，更適用于高層建筑。如果在樁基設(shè)計中合理加大成樁的埋深和樁徑，可最大限度地把不良地質(zhì)條件給基礎(chǔ)帶來的破壞性降到最低。樁基礎(chǔ)穩(wěn)定可靠的承載性能，大大提升了下方地層的承載能力，進(jìn)而促進(jìn)建筑整體提高安全穩(wěn)定性。樁基承載能力與樁徑、埋深以及設(shè)計密度成正比，上述條件越有利，樁基礎(chǔ)就能達(dá)到越強(qiáng)的承載能力。如果采取聯(lián)合樁基設(shè)計，可以有效避免由地層沉降帶來的建筑開裂風(fēng)險。樁基帶來的支撐效果直接作用于上部結(jié)構(gòu)，直接接受來自上部重力荷載。同時，樁基礎(chǔ)設(shè)計有利于促進(jìn)地下空間的開發(fā)和延展，樁基礎(chǔ)提供安全支撐，地下空間可以發(fā)展車庫或商場等，很有發(fā)展前途。需要注意的是，基礎(chǔ)設(shè)計需結(jié)合具體地質(zhì)條件以及樓高合理確定樁體埋深，合理控制工程造價，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 箱形和筏形基礎(chǔ)設(shè)計

房建基礎(chǔ)設(shè)計中筏形和箱形也是常見方式，這種設(shè)計理念是把從基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)的房建工程所有組成部分，都看做一個統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的分支來開展設(shè)計。這種方式在高層建筑中更為多見，這兩種設(shè)計形式都能在一定程度上擴(kuò)大地下空間，需要的混凝土材料澆筑量特別大，做成一種雙層或者箱形的地基結(jié)構(gòu)。這種方式工程量巨大，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)很高，尤其是混凝土施工孔洞及裂縫危害高發(fā)，一旦凝固過程遭遇不利溫濕度條件，也會引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂等嚴(yán)重問題，對整體質(zhì)量造成危害。要避免上述風(fēng)險，需要對鋼筋配比進(jìn)行合理控制，加設(shè)鋼絲網(wǎng)促進(jìn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部更加連續(xù)，實現(xiàn)應(yīng)力平衡。

4.4 樁箱基礎(chǔ)設(shè)計

這種設(shè)計方式是箱形與樁基設(shè)計的聯(lián)合體，不但可以控制地表沉降，同時可促進(jìn)樁基提高垂直方向的承載效果。其在水邊或者含水率大的土質(zhì)松軟區(qū)域非常適用，聯(lián)合體形式有助于底板整體性提高承載能力。底板自重有樁基承擔(dān)，利用合理控制的底板厚度以及樁體密度，可以有效承受上部結(jié)構(gòu)自重。尤其要精準(zhǔn)測算底板厚度，如果樁基以及底板無法達(dá)到平衡受力，可能引發(fā)底板開裂。房建選址土質(zhì)分類包括雜填土、粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉質(zhì)黏土等，設(shè)計人員須根據(jù)土層性能指標(biāo)合理劃分工程場地分區(qū)和建筑面積，結(jié)合設(shè)計需要測算出所需參數(shù)，選定適用的承臺和樁體用料，得出單柱豎向的特征及標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)土層具體的承載性能進(jìn)行樁體密度和數(shù)量布局，結(jié)合承載數(shù)據(jù)確定具體的樁體間距和數(shù)目。

5 優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)計質(zhì)量的方法

5.1 做好前期準(zhǔn)備

房建工程開展基礎(chǔ)設(shè)計時，相關(guān)人員還須對工程的建設(shè)性質(zhì)、規(guī)模以及實際地質(zhì)條件進(jìn)行綜合考量，在此基礎(chǔ)上對基礎(chǔ)設(shè)計所要遵循的類型、等級標(biāo)準(zhǔn)、具體形式以及設(shè)計參數(shù)進(jìn)行確定。設(shè)計人員要提前深入工程現(xiàn)場進(jìn)行實地調(diào)查，排查潛在的地質(zhì)構(gòu)造及風(fēng)險因素，對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，按照工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對所在地的環(huán)境條件和氣候等因素進(jìn)行調(diào)研和數(shù)據(jù)搜集?；A(chǔ)施工標(biāo)準(zhǔn)要按照行業(yè)規(guī)范進(jìn)行甲乙丙三類分級，設(shè)計方案要體現(xiàn)出對工程規(guī)模、服務(wù)功能、地基基礎(chǔ)以及復(fù)雜程度的全面考量。

5.2 合理選型

設(shè)計人員對房建工程進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計，須對工程選址區(qū)域的水文地質(zhì)條件進(jìn)行全面考察，結(jié)合工程體量以及整體荷載等具體參數(shù)，對基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行科學(xué)選型。建筑工程具有豐富多彩的類型和應(yīng)用功能，高層建筑目前的發(fā)展勢頭更為強(qiáng)勁?；A(chǔ)設(shè)計的主要形式以筏形和箱形為主，設(shè)計人員要在綜合考量潛在的各種影響因素后確定具體的設(shè)計形式。

5.3 強(qiáng)化圖紙審核

房建工程的基礎(chǔ)受到非常復(fù)雜的各方作用力影響，設(shè)計人員須重點(diǎn)關(guān)注地基的抗剪、受彎以及變形沉降等問題，經(jīng)過反復(fù)測算與多方論證，為工程基礎(chǔ)設(shè)計出切合實際的施工圖紙，報送上級部門詳細(xì)審核，爭取一次性通過。

6 結(jié)論

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在房屋建筑中占據(jù)關(guān)鍵性地位，尤其是在房屋建筑不斷向高層發(fā)展的形勢下，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性與施工質(zhì)量可靠性的要求越來越嚴(yán)格。因此，在開展基礎(chǔ)設(shè)計作業(yè)時，設(shè)計人員應(yīng)全面考慮上部結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件等原因?qū)ㄖA(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，充分掌握基礎(chǔ)設(shè)計要點(diǎn)，并通過保證選型合理性與強(qiáng)化施工圖紙檢查審核等措施，有效提高基礎(chǔ)設(shè)計質(zhì)量。