民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

郭鳳

（山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

由于住宅結(jié)構(gòu)逐漸朝著高、多功能的方向發(fā)展，住宅結(jié)構(gòu)的施工難度也隨之增大，對(duì)地基部位的承載力提出了更高的要求，并對(duì)沉降、傾斜、穩(wěn)定性等進(jìn)行了更為嚴(yán)格的控制。在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要進(jìn)行科學(xué)、理性的選擇，要分析、總結(jié)其所處地區(qū)的地質(zhì)數(shù)據(jù)，充分把握影響房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的主要因素，理解其主要因素，并通過(guò)相應(yīng)的對(duì)策來(lái)提高其設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，以保證其安全、穩(wěn)定，提高民房建筑結(jié)構(gòu)的壽命。

1 民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則

在目前的建筑業(yè)中，民房占有很大的比例，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，民房的建造和建造正朝著多用途化的方向發(fā)展。地基是土木工程中土木工程的主要組成部分。在目前的市場(chǎng)迅速發(fā)展的背景下，部分民用建筑在建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量和安全問(wèn)題日益凸顯，因此，民用建筑的建設(shè)設(shè)計(jì)也漸漸成為目前最受重視的一個(gè)方面。在進(jìn)行土木工程地基的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意3 個(gè)方面的問(wèn)題：①整體性。在進(jìn)行地基的設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)的建筑工作者必須對(duì)民用建筑的總體構(gòu)造及性質(zhì)進(jìn)行綜合考量，確保地基的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到民用建筑的質(zhì)量，達(dá)到民用建筑的安全性。②正確性。在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)前，有關(guān)的設(shè)計(jì)者必須事先研究好地基建設(shè)所處的地理位置，地質(zhì)條件，氣候條件，水體條件等，以確保地基建設(shè)的正確性。③在地基設(shè)計(jì)方面，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)土木工程中重要節(jié)點(diǎn)、重要構(gòu)件的設(shè)計(jì)，例如，墻體、梁柱等主要節(jié)點(diǎn)的受力與受力結(jié)構(gòu)，以提高土木工程的綜合使用能力。

2 影響基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素

2.1 上部結(jié)構(gòu)的安全性

建筑物的上層建筑和下層基礎(chǔ)是構(gòu)成建筑物的兩個(gè)重要部分。在施工過(guò)程中，要使上蓋與下蓋相互配合，使其更好地發(fā)揮各自的功能，從而提高施工質(zhì)量。上層建筑的安全程度將直接關(guān)系到整個(gè)建筑物的安全程度，而上層建筑的安全程度則決定于下層建筑的基本構(gòu)造及其各受力件的強(qiáng)度?？梢钥闯?，該工程的基礎(chǔ)與上層建筑是相互補(bǔ)充的[1]。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，在進(jìn)行基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)之前，應(yīng)對(duì)工程中的上層建筑的剛性作一個(gè)客觀的計(jì)算。由于上部結(jié)構(gòu)的不同形態(tài)，其基礎(chǔ)的類(lèi)型也不盡相同，因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)其基礎(chǔ)的剛性特征有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，并針對(duì)其剛性特征進(jìn)行相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

2.2 地質(zhì)條件是否符合要求

在對(duì)建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)師要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及其周邊的環(huán)境進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察，并對(duì)前期的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的深入分析。實(shí)地考察之后，可以對(duì)所選地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地勘察，對(duì)其地形地貌，地質(zhì)條件，交通狀況，污水排放等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查。對(duì)于同一結(jié)構(gòu)物，由于場(chǎng)地條件的差異，其基礎(chǔ)處理方法的差異，對(duì)其設(shè)計(jì)與建造的難度也有一定的影響。施工中應(yīng)盡可能選用簡(jiǎn)易而又行之有效的方法，以最大限度地利用自然基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。不僅要看建筑的品質(zhì)，更要看建筑的經(jīng)濟(jì)效益。然而，在實(shí)際的民用建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)要求不符的現(xiàn)象，這時(shí)就必須強(qiáng)化對(duì)地基結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理，有效提升地基的穩(wěn)定性。

2.3 大型建筑物的影響

目前，我國(guó)城鎮(zhèn)土地資源緊缺。為解決土地資源緊缺的問(wèn)題，我國(guó)的建筑物正逐步向著高層和超高層發(fā)展，而建筑項(xiàng)目的數(shù)量也在增加。大型工程對(duì)基礎(chǔ)的承載能力提出了更高的要求，然而，由于自然基礎(chǔ)無(wú)法承受上層工程的荷載，因此，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。在工程建設(shè)中，若對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工方法不夠科學(xué)，將會(huì)造成工程建設(shè)中的不均衡沉降。樁基作為目前廣泛使用的地基體系，在提高建筑的安全與穩(wěn)定方面起到了重要的幫助作用。但由于我國(guó)城鎮(zhèn)房屋分布比較集中，因此，在采用樁基技術(shù)時(shí)，往往會(huì)遇到周邊房屋、特別是大型房屋等對(duì)樁基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響的問(wèn)題。此外，樁基建設(shè)也會(huì)對(duì)周邊結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境造成干擾，特別是樁基建設(shè)對(duì)周邊土壤造成干擾。可以看出，在建造建筑物的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)地基的加固技術(shù)進(jìn)行全面的分析和研究，將其對(duì)周邊的結(jié)構(gòu)以及對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成的沖擊降到最低。

3 建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題

3.1 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不符合相關(guān)規(guī)范

房屋基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，涉及很多方面，具有很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性。如果設(shè)計(jì)者的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)較差，不僅難以建造出高質(zhì)量的建筑物，而且還可能引起一系列的質(zhì)量和安全問(wèn)題。在工程實(shí)踐中，由于工程技術(shù)人員工作中存在一些疏忽，未能對(duì)建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定性做出客觀的評(píng)估，從而導(dǎo)致工程的安全隱患。如果沒(méi)有對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性有一個(gè)深刻、全面和準(zhǔn)確的理解，在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)工作時(shí)，就很難對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，即便是完成了建筑工程的施工，在使用過(guò)程中也會(huì)存在著各種問(wèn)題。特別是在深層軟黏土地區(qū)，這種情況更是嚴(yán)重。一些建筑公司沒(méi)有對(duì)軟土的等級(jí)和具體深度進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，而設(shè)計(jì)者也沒(méi)有對(duì)土層的軟弱狀況進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，導(dǎo)致對(duì)基礎(chǔ)的承載力不能準(zhǔn)確把握。當(dāng)設(shè)計(jì)方法不當(dāng)時(shí)，將引起基礎(chǔ)的不均勻沉降，并逐步顯露出設(shè)計(jì)方法中的種種不足之處，從而帶來(lái)不可挽回的損失。

3.2 施工圖紙專(zhuān)業(yè)性不足

在地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)畫(huà)圖對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，有些地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員沒(méi)有充分的設(shè)計(jì)水平，其中一個(gè)原因就是他們的設(shè)計(jì)圖紙不夠?qū)I(yè)。在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃時(shí)，需要編制各種結(jié)構(gòu)圖，包括平面結(jié)構(gòu)圖、屋頂結(jié)構(gòu)圖、內(nèi)部管線圖等。在建設(shè)過(guò)程中，建筑工人要按照設(shè)計(jì)圖進(jìn)行相應(yīng)的建設(shè)工作。要確保設(shè)計(jì)方案的有效實(shí)施，就必須對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的標(biāo)注，對(duì)其要點(diǎn)進(jìn)行清晰，準(zhǔn)確、有效、細(xì)致地繪制，在不對(duì)地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量造成影響的情況下，確保施工進(jìn)度[2]。同時(shí)，在繪圖時(shí)，設(shè)計(jì)者也要注意到一些特殊的細(xì)節(jié)。一些設(shè)計(jì)師只對(duì)基礎(chǔ)建筑進(jìn)行了粗略的設(shè)計(jì)，卻沒(méi)有對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)注，導(dǎo)致了設(shè)計(jì)圖紙的精度不夠，而建筑工人也很難理解設(shè)計(jì)圖紙中所包含的特定要求。這將對(duì)工程建設(shè)帶來(lái)很大的阻力，使工程人員在工程建設(shè)中很難順利、高效地完成工程建設(shè)任務(wù)。

3.3 地質(zhì)勘查不夠全面、準(zhǔn)確

地質(zhì)勘查成果為土木工程地基設(shè)計(jì)提供了保證，準(zhǔn)確全面的勘察設(shè)計(jì)成果將為土木工程地基設(shè)計(jì)提供有力的支撐。一些建設(shè)單位在初期勘探設(shè)計(jì)階段，沒(méi)有對(duì)地質(zhì)調(diào)查進(jìn)行充分而精確的調(diào)查，調(diào)查結(jié)果不夠精確，這就造成了對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作不能提供有效的幫助。有些設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑物基坑工程設(shè)計(jì)時(shí)，未對(duì)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真分析，未深入實(shí)地勘察，致使工程設(shè)計(jì)結(jié)果不夠合理。工程勘察是建筑物基底設(shè)計(jì)的先決條件，沒(méi)有精確的勘察資料，就無(wú)法獲得高品質(zhì)的工程設(shè)計(jì)方案?？辈煸O(shè)計(jì)涉及地形地貌，地下水位，氣候等多方面的因素。利用勘察數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)者可以很好地規(guī)避某些不利條件，確保項(xiàng)目的成功。唯有對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了科學(xué)、理性的設(shè)計(jì)，才可以提升地基基礎(chǔ)的科學(xué)性和真實(shí)性，才可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的靈活的施工，也可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程項(xiàng)目的構(gòu)建。但也存在一些施工單位對(duì)工程勘察不夠關(guān)注，導(dǎo)致勘察結(jié)果不夠全面、準(zhǔn)確[3]。假如勘察工作做得不好，設(shè)計(jì)師就無(wú)法對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確、深入的分析，同時(shí)，也很難對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和有效的規(guī)避。有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行房屋的地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，過(guò)于依賴自己的主觀判斷，并沒(méi)有遵循客觀的原則，這樣就會(huì)造成設(shè)計(jì)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性不夠。

4 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型及埋設(shè)情況

（1）在多層住宅中，采用的最多的是自力基礎(chǔ)，這種自力基礎(chǔ)不僅經(jīng)濟(jì)，而且可以很好的承受地面的變形，而且還可以很好的進(jìn)行地震反應(yīng)。然而，在一些地基土質(zhì)均勻性差，無(wú)法滿足地基承載力要求的地區(qū)，不宜盲目選擇單獨(dú)的基礎(chǔ)，常用的是鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)既可以用作地下室結(jié)構(gòu)的筏板，也可以用作地下室底板。這種地基具有施工方便，承重能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，既要注意地基高度和最小配筋率，又要注意地基基礎(chǔ)的加固效果。

（2）為保證與自然地基相比，高聳結(jié)構(gòu)中的筏（箱）型地基具備較強(qiáng)的抗傾、滑動(dòng)能力，需要對(duì)其埋設(shè)深度進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。為了確保機(jī)組的正常工作，需要在機(jī)組的出水口保持一定的壓力值。在城市快速發(fā)展和城市用地緊張的背景下，高聳結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，在其上增設(shè)地下室，既能提升其功能性，又能對(duì)其進(jìn)行加固，進(jìn)而增強(qiáng)其整體的穩(wěn)定性。在城鎮(zhèn)居住區(qū)，由于其新老建筑之間的間距比較小，當(dāng)新建筑的地基深度大于既有建筑的地基深度時(shí)，勢(shì)必會(huì)對(duì)既有建筑的穩(wěn)定產(chǎn)生不利的作用，進(jìn)而對(duì)既有建筑的安全性形成了極大的威脅。當(dāng)新建成的住宅與已建成的住宅相隔很大時(shí)，會(huì)引起兩個(gè)住宅的差異沉降。為保證新建筑基礎(chǔ)的安全性，在進(jìn)行新建筑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，一定要將與原建筑物之間的安全距離納入考量，并參照相關(guān)的指數(shù)，來(lái)決定安全距離的數(shù)值，這包含了但不局限于新老建筑物之間的地基承載力、地基變形和地基穩(wěn)定性等。

4.2 合理設(shè)計(jì)房屋建筑上部結(jié)構(gòu)

因此，要想使地基的設(shè)計(jì)更加合理，就必須使地基的設(shè)計(jì)更加合理。在建筑物的上部結(jié)構(gòu)中，屋面是一個(gè)重要的內(nèi)容，許多建筑屋面采用的是斜坡結(jié)構(gòu)形式，其主要有折板式、梁板式等[4]。兩者均為偏心受拉型態(tài)，且折板更多用于平面不夠規(guī)則、樓板跨度過(guò)大的屋蓋，而梁板更多用于屋蓋斜坡比較復(fù)雜的屋蓋。在選取特定的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，要參考建筑物的特定的構(gòu)造，保證其合理的構(gòu)造，才能為地基的設(shè)計(jì)奠定好的基礎(chǔ)。

4.3 加強(qiáng)相應(yīng)的性能計(jì)算

（1）承載力計(jì)算。在目前的階段，許多住宅都是采用了主、副兩層的組合結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須對(duì)主框架的承載量和承載量進(jìn)行了最大限度的調(diào)整，因此，在基座底部的荷載，必須根據(jù)基座兩邊的過(guò)載來(lái)確定。當(dāng)超限寬度超過(guò)地基兩倍時(shí)，可將超限條件轉(zhuǎn)換為地基的厚度，并將其轉(zhuǎn)換為地基的深度；若地基兩邊的負(fù)荷都是不平衡的，則取較小的數(shù)值。與普通土壤相比，巖基的承載力較高，因此，在進(jìn)行巖基測(cè)試時(shí)，可采用巖基加載的方法。在進(jìn)行土工實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)土體的承載能力，采用土體的本構(gòu)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算。

（2）穩(wěn)定性計(jì)算。當(dāng)結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定度不滿足有關(guān)規(guī)定時(shí)，可采用增設(shè)抗浮構(gòu)件和增加承重等方法來(lái)處理。當(dāng)整個(gè)建筑滿足了抗浮穩(wěn)定要求而只有部分不滿足時(shí)，則應(yīng)在該部位增加一定的剛度。在安裝抗拔樁等部件時(shí)，當(dāng)發(fā)生位移時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生抗拔力，而且抗拔力將會(huì)隨著位移的增大而增大，所以為了防止在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)過(guò)大的變形，必須保證抗拔力值滿足變形控制條件。在大多數(shù)的房屋結(jié)構(gòu)中，都是采用單樁垂直拉拔荷載測(cè)試的方法來(lái)測(cè)定其承載能力。而對(duì)有較大變形的建筑物，則必須進(jìn)行相應(yīng)的變形計(jì)算。

4.4 選擇適宜的基礎(chǔ)施工材料

在住宅工程中，地基鋼筋、混凝土等材質(zhì)對(duì)地基的安全與穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用。根據(jù)基礎(chǔ)土體的特性，采用各種方法對(duì)其進(jìn)行處理。為此，應(yīng)加大對(duì)混凝土、地基配筋等材質(zhì)的選擇力度，使其與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范相一致，以確保其滿足建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求的耐久性。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要以項(xiàng)目的實(shí)際狀況為依據(jù)，對(duì)建筑材料和施工工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，同時(shí)還要與施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境相聯(lián)系，對(duì)基礎(chǔ)尺寸進(jìn)行合理的確定。另外，為了保證地基配筋的合理，需要按照規(guī)范設(shè)計(jì)要求，通過(guò)調(diào)節(jié)地基的寬度，使地基與地基最小鋼筋精確匹配，從而保證地基結(jié)構(gòu)柱的準(zhǔn)確位置。

4.5 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載力的設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)大部分建設(shè)工程都是以“主樓”為主要形式，所以，在計(jì)算主體結(jié)構(gòu)地基承載力時(shí)，需要對(duì)地基兩邊的荷載進(jìn)行深入分析。若沒(méi)有選擇適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)配筋和混凝土等建筑材料，則會(huì)引起地基不穩(wěn)定、沉降量大等問(wèn)題。在荷載作用下，當(dāng)荷載作用在地基上時(shí)，可把地基的厚度當(dāng)作地基的埋入深度，而在地基兩邊荷載作用下，則取一個(gè)更小的值[5]。由于巖基的承載力遠(yuǎn)高于普通建筑，因此必須考慮到巖土的承載力及穩(wěn)定性。另外，由于巖基的承載力比土基高得多，故可采取巖基的方法進(jìn)行計(jì)算。此外，還應(yīng)結(jié)合建筑自身的實(shí)際需要，對(duì)樁基礎(chǔ)的類(lèi)型進(jìn)行合理的選擇?；A(chǔ)變形計(jì)算是建筑物設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建筑物基礎(chǔ)在變形過(guò)程中發(fā)生了顯著的變形，這將直接影響到建筑物的整體施工質(zhì)量，甚至威脅到人身安全。因此，在進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要考慮到巖土工程勘察結(jié)果與實(shí)際情況不一致的問(wèn)題，以確保建筑工程整體結(jié)構(gòu)安全。因此，為了保證地基的穩(wěn)定與可靠，在地基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意地基變形的計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

地基基礎(chǔ)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，并對(duì)其進(jìn)行選擇，對(duì)其進(jìn)行合理的計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行最優(yōu)的設(shè)計(jì)與繪制，以提升建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)品質(zhì)，進(jìn)而保證了建筑工程項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)品質(zhì)，提升了建筑項(xiàng)目的施工效果。