房屋建筑結構設計中的基礎設計分析

王振源

（中聯宏信勘察設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，故而房屋建筑工程質量及其實用性也是人們持續關注的熱點問題，如今民眾物質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。而房屋建筑結構設計，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，鑒于基礎設計是建筑結構設計的重要內容，加之現代化建筑對于基礎設計的要求越來越高，所以亟需對其進行更深層次的分析研究，以便不斷提升房屋建筑結構基礎設計水平。

2 影響房屋建筑基礎設計的因素

2.1 上部結構

房建工程通常由地基和基礎之上的上部結構組成，二者必須構成一個牢固的整體，才能確保工程的整體安全。二者之間是互相聯系又互為影響因素的關系，上部結構依賴地基提供的牢固基礎而存在，在上部結構的持續壓力下，地基有可能發生嚴重變形。所以，房建工程在進行地基設計期間，需要對上部結構自身的剛度及結構可能給地基造成的變形風險進行綜合考量，提高基礎設計方案的完善合理性。

2.2 地質條件

要科學合理地設計房建工程的地基基礎，還須重點關注地基所處區域的地質條件因素。要對該區域的地形地貌、環境建筑設施、交通條件、地下管線分布、電力設施以及給排水系統等進行全面勘察和掌握。房建工程在基礎設計方案的指導下施工，方案的差異性會導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，不僅作業難度很低，工程成本也會得到遏制，整體性價比非常可觀。同時，地基設計還要對土剪力進行考量，避免這種影響因素引發地基變形。工程選址要嚴防滑坡，就是要注意地基所在地土層不得含有抗剪強度不達標的滑動面，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計標準有所差異，還須通過樁基礎施工加以改善，但是施工過程可能會干擾到周邊環境。舉例來說，樁基礎作業期間擠土、振動以及噪音等擾動都比較劇烈，一旦造成嚴重影響，會帶來很大經濟損失。因此，樁基礎作業期間必須對可能給周邊環境造成不利影響的施工行為進行嚴格控制，確保地基基礎和施工環境安全。

3 房屋建筑基礎設計應用

3.1 設計類型及基礎埋設

（1）如果房建工程屬于多層建筑，還須以獨立基礎進行設計為宜，這種方式非常經濟適用，抗震性能優良，不易引發地基變形。但是如果地基所在位置土質不均勻，承載能力達不到設計標準，就不宜采用獨立基礎，改用鋼筋混凝土材質的筏板基礎更加牢靠。筏板基礎可以兼職地下室的結構筏板功能，還可在地下室中用于底板，它的優點在于施工操作簡便易行，承載能力比較突出。開展基礎設計時有幾個關鍵指標需要好好把握，就是設計高度，基礎起筋中的抗浮因素以及最小配筋率等。同時，無論基礎設計形式是筏形還是箱形，它的混凝土結構體量非常龐大，如果施工過程不能合理控制，會引發一系列結構裂縫。所以基礎設計不能忽略后澆帶的設計的重要性，要避免混凝土澆筑后因內外溫差過大造成大量裂縫，通常后澆帶的設計寬度在800mm 到1000mm 之間。

（2）如果房建工程是高層建筑，無論它的基礎設計采取的是筏形還是箱形，強度設計必須達標，否則建筑容易滑移或者傾覆，同時基礎要達到標準要求的埋設深度。在目前國內大力推動城市化建設的大環境下，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展。如果高層建筑設計引入地下室結構，不但增加了一項建筑應用功能，同時可促進軟土地基提高承載能力和穩固性，建筑整體更加安全牢靠，因此還須大力提倡地下室結構引進高層建筑設計中。城市化建設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定性，甚至會導致老建筑坍塌。要有效避免這種問題，新建筑就要在基礎設計上離老建筑足夠遠，形成安全距離。這項指標的確定需要結合部分行業標準進行，其中地基的穩定性、變形風險以及承載能力最為關鍵。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構形式、規格以及地基的土層土質。

3.2 上部結構設計要合理

房建工程的上部結構非常重要，它的剛度性能和整體質量也會影響到基礎設計。要有效開展基礎設計，上部結構的設計也要提高合理性。上部結構的屋面作用關鍵，它的形式以斜坡為主，斜坡形式又包括梁板式以及折板式，它們的構件類型屬于偏心受拉形式。房建工程屋面平面規則度差，且板材為大跨度的多用折板式結構，而屋面結構錯綜復雜的狀況下更多采用梁板式結構。具體的結構類型選定還須結合實際需要而定，前提是保證科學合理，能夠促進基礎設計達到預期成效。

3.3 強化性能計算

3.3.1 測算承載力

目前房建工程的結構設計中，比較通行的基礎設計形式是主樓裙房為一體化基礎，主體結構設計期間需要復核測算并校準承載力在寬度以及深度方面的數據，計算過程要按照基礎地面上方兩側超載負荷的狀況計算。若是超載寬度達到了基礎寬度兩倍以上，則超載部分就要進行換算，以換算值當做土層厚度設置成基礎的埋深指標；若是基礎兩邊的超載不一樣，就要以比較小的數據為準。常規土質條件下巖石基礎承載力更好，所以設計期間相關測試以巖石基礎為例，通過飽和單軸抗壓強度標準值與折減系數相乘得到基礎承載力的特征值；

3.3.2 測算穩定值

如果該工程抗浮性能不達標，就要專門進行抗浮構件設置，加大壓重等；如果工程整體抗浮性能達標，不達標的只是很小一部分，則不達標的部位就要提高結構剛度設計。如果施作抗拔樁期間構件出現位移，抗拔力就會產生，位移越大，抗拔力越大。要避免抗拔樁出現過度位移，抗拔力的數據設計就必須達到抗拔控制的標準。多數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格，還須進行變形測算。

3.4 基礎材料

房建工程的基礎設計施工，配筋以及混凝土是最關鍵的施工材料，它們直接決定基礎成型后的安全穩定性。因此在為基礎混凝土以及配筋進行材料選購期間，要嚴格按照設計標準選擇規格型號適用的材料，確保基礎持久耐用。同時，配筋材料要符合設計的最小配筋率，配筋排布要符合設計圖紙，合理調控基礎寬度，構造柱所在位置要在圖紙上精準標注。

3.5 結構承載力強化設計

目前房建工程的主體結構多為一體化形式，主體結構在進行設計指標計算期間，地基承載力的指標計算需要重點關注基礎兩邊的超載負荷。如果超載寬度比基礎寬度大2 倍以上，土層厚度就可直接設置成基礎埋深，如果兩邊超載不等，則以較小數據為準。同時。巖石基礎承載能力明顯高于土質地基，所以以巖石基礎為例設計地基承載能力。同時，計算地基的變形量要給予重點關注，如果變形量計算設計出錯造成地基嚴重變形，勢必導致建筑傾斜或坍塌，危害到居民人身安全。

4 房屋建筑結構的基礎設計

4.1 獨立基礎設計

城市的城鄉結合部以及廣大農村居民在建設自家房屋時，絕大多數會采取獨立基礎，這種基礎結構在低層房建工程中非常適用。就獨立基礎開展設計，要有機結合當地具體的土壤條件靈活調整。如果區域土層結構非常穩定，剛性基礎是適用選擇；如果區域土層有較大含水率，地質松軟，則柔性基礎比較適宜。獨立基礎廣泛應用于民建房建工程，已經形成了比較成熟的設計思路和體系。它的建筑模式一般都是一體化的，這種模式下的立柱現澆之后對促進主體結構加強安全穩定性以及建筑整體性非常有利，可有效避免墻體開裂。獨立基礎對上部承重結構起到巨大的支撐效果，而且新興的裝配式混凝土預制件房建模式，讓房建自重進一步下降，施工過程的質量因素不再是房建工程的主要影響因素。

4.2 樁基設計

樁基礎的承載能力極強，這種設計方式可有效保證上部結構得到更加安全穩定的支撐，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條件給基礎帶來的破壞性降到最低。樁基礎穩定可靠的承載性能，大大提升了下方地層的承載能力，進而促進建筑整體提高安全穩定性。樁基承載能力與樁徑、埋深以及設計密度成正比，上述條件越有利，樁基礎就能達到越強的承載能力。如果采取聯合樁基設計，可以有效避免由地層沉降帶來的建筑開裂風險。樁基帶來的支撐效果直接作用于上部結構，直接接受來自上部重力荷載。同時，樁基礎設計有利于促進地下空間的開發和延展，樁基礎提供安全支撐，地下空間可以發展車庫或商場等，很有發展前途。需要注意的是，基礎設計需結合具體地質條件以及樓高合理確定樁體埋深，合理控制工程造價，提高經濟效益。

4.3 箱形和筏形基礎設計

房建基礎設計中筏形和箱形也是常見方式，這種設計理念是把從基礎到上部結構的房建工程所有組成部分，都看做一個統一結構的分支來開展設計。這種方式在高層建筑中更為多見，這兩種設計形式都能在一定程度上擴大地下空間，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構。這種方式工程量巨大，質量標準很高，尤其是混凝土施工孔洞及裂縫危害高發，一旦凝固過程遭遇不利溫濕度條件，也會引發結構開裂等嚴重問題，對整體質量造成危害。要避免上述風險，需要對鋼筋配比進行合理控制，加設鋼絲網促進結構內部更加連續，實現應力平衡。

4.4 樁箱基礎設計

這種設計方式是箱形與樁基設計的聯合體，不但可以控制地表沉降，同時可促進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松軟區域非常適用，聯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，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構自重。尤其要精準測算底板厚度，如果樁基以及底板無法達到平衡受力，可能引發底板開裂。房建選址土質分類包括雜填土、粉質黏土、粉砂夾粉質黏土等，設計人員須根據土層性能指標合理劃分工程場地分區和建筑面積，結合設計需要測算出所需參數，選定適用的承臺和樁體用料，得出單柱豎向的特征及標準值。根據土層具體的承載性能進行樁體密度和數量布局，結合承載數據確定具體的樁體間距和數目。

5 優化基礎設計質量的方法

5.1 做好前期準備

房建工程開展基礎設計時，相關人員還須對工程的建設性質、規模以及實際地質條件進行綜合考量，在此基礎上對基礎設計所要遵循的類型、等級標準、具體形式以及設計參數進行確定。設計人員要提前深入工程現場進行實地調查，排查潛在的地質構造及風險因素，對采集到的數據信息進行分析處理，按照工程的設計標準對所在地的環境條件和氣候等因素進行調研和數據搜集。基礎施工標準要按照行業規范進行甲乙丙三類分級，設計方案要體現出對工程規模、服務功能、地基基礎以及復雜程度的全面考量。

5.2 合理選型

設計人員對房建工程進行基礎設計，須對工程選址區域的水文地質條件進行全面考察，結合工程體量以及整體荷載等具體參數，對基礎設計進行科學選型。建筑工程具有豐富多彩的類型和應用功能，高層建筑目前的發展勢頭更為強勁。基礎設計的主要形式以筏形和箱形為主，設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計形式。

5.3 強化圖紙審核

房建工程的基礎受到非常復雜的各方作用力影響，設計人員須重點關注地基的抗剪、受彎以及變形沉降等問題，經過反復測算與多方論證，為工程基礎設計出切合實際的施工圖紙，報送上級部門詳細審核，爭取一次性通過。

6 結論

基礎結構在房屋建筑中占據關鍵性地位，尤其是在房屋建筑不斷向高層發展的形勢下，對基礎結構設計合理性與施工質量可靠性的要求越來越嚴格。因此，在開展基礎設計作業時，設計人員應全面考慮上部結構、地質條件等原因對建筑基礎結構產生的影響，充分掌握基礎設計要點，并通過保證選型合理性與強化施工圖紙檢查審核等措施，有效提高基礎設計質量。