民用建筑結構設計中的基礎設計研究

黃斌斌

（廣西路橋集團勘察設計有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

在國民經濟發展中，建筑行業屬于支柱性產業，必須高度重視結構設計問題。在結構設計中，常面臨多種不確定因素，當存在設計漏洞時就有可能引發安全事故，對和諧社會建設危害影響大。為規避不良問題，需結合結構概念、設計過程，并考慮多種因素，對主體結構設計方案予以完善，確保施工工序安排的合理性，落實各項措施。通過大量建筑案例可知，融合概念設計措施，可加強主體結構質量，縮短工程建設周期，提高工程效益。

1 民用建筑結構設計中的基礎設計原則

1.1 功能性原則

民用建筑作為人們日常生活和工作主要載體，是人們生存和發展的重要保障?，F代社會，人們生活物質、精神文化需求不斷改變，對建筑物的需求不再局限于居住、學習、工作等，提出了更多功能性需求，對建筑外觀、建筑舒適度、生態性和智能化程度等也有了一定的要求[1]。因此，建筑結構基礎設計應充分考慮這一需求及未來發展方向，注重功能性設計原則，確保地基基礎能夠滿足新型民用建筑地基承載力的需求。

1.2 經濟原則

建筑結構的基本設計應貫徹經濟原則。在加強基礎設計的科學性和合理性，確保防水、承重和等級均符合國家行業標準的基礎上，需要注意設計原材料和生產成本的投入，確保工程造價在合理范圍內。同時，要綜合考慮多種因素，設計多個基礎設計方案，綜合比較建筑材料用量、施工難度、人工成本、工期等，選擇最能控制成本、擴大企業經濟效益的基礎設計方案。

1.3 協調原則

民用建筑結構的基礎設計方案直接影響到建筑物的安全。在基礎設計中，應以建筑整體為基礎，協調建筑結構的剛度和延性設計，以滿足建筑低承載力和高延性的設計思想，避免因建筑結構剛度過大和承載力突然增加而引發突發自然災害。建筑物的損壞或倒塌，或由于結構剛度過大而造成的建筑物變形[2]。同時，注重多個結構構件的有效協調，形成多道防線，形成統一的結構整體，有效分解和消除外力，保持建筑的完整性。

2 建筑結構設計的主要特點

與多層建筑結構相比，高層建筑具有高度大、空間大和節省土地的優點。在某種程度上，它們是城市土地的增值，是城市文明的象征。在啟動建筑結構設計之前，建筑結構工程師應站在施工和使用的整體角度，運用整體設計思維來考慮建筑的結構體系和建筑布局方案，并對建筑結構進行合理的設計選擇。因此，有必要研究高層建筑結構的設計特點[3]。大量研究表明，隨著結構高度的增加，建筑結構的應力和變形將發生顯著變化，應力和形變的主要控制因素將發生顯著改變，在地震指數、結構應力指數和變形指數方面表現出其自身的特點，綜合分析表明，高層建筑結構的設計具有以下顯著特點。

（1）與豎向荷載相比，高層建筑的水平荷載已成為設計中應考慮的主要因素。與低層和多層建筑結構相比，高層建筑的荷載系統主要分為兩部分。結構不僅受到豎向荷載的影響，還受到水平風荷載和地震水平力的影響。隨著建筑高度的增加，水平荷載的重要性越來越高，它成為控制結構穩定性、抗震性能和水平位移的重要因素，這決定了高層建筑的設計不僅需要控制垂直荷載的指標，還需要充分考慮水平風荷載和地震作用。垂直荷載作用下建筑結構軸向力的變化，以及水平荷載作用下彎矩和位移的變化。隨著建筑物高度的增加，由建筑物垂直荷載引起的結構軸向力與樓層高度之間的相關性是線性函數，而由建筑物水平荷載引起的彎矩與建筑物高度之間的關系可以用二次數學函數表示，水平荷載引起的位移與建筑物高度之間的關系可以用四次數學函數表示。位移和彎矩的增加將導致結構層間位移角的增加，梁柱結構中的裂縫，并導致結構的整體破壞。

（2）高層建筑結構的豎向變形導致梁彎矩和柱剪力的增加。由于高層建筑結構的應力系統分為兩個部分，即垂直支承系統和水平支承系統，這兩個應力系統也會在結構的兩個方向上產生位移。在豎向位移方面，在低層或多層結構中，主要考慮偏心荷載對建筑物高度造成的彎矩和位移，而軸向荷載引起的變形可以忽略不計。隨著荷載的增加，彎矩和軸向力在高度方向上迅速增加，并呈現累積疊加變形的效應，累積的大變形影響建筑結構的內力分布。

3 房屋建筑結構設計中的常見問題

3.1 業主認識程度不夠

許多開發商為了提高效率、獲得紅利，對建筑結構設計的認識不夠，經常會選擇設計費用較低、設計周期更短的設計單位，并未從綜合實力的角度出發進行考察比對。雖然設計費用占建設項目總投資的比重較小，但會影響百分之八九十的建造成本。許多業主對設計專業不了解，認為結構設計只要通過驗算合格即可，所以將更多的注意力集中在費用比較上，這種情況很難選出高質量的設計方案[4]。業主過于注重建筑造型，忽略結構的重要性，迫使設計人員按照主觀臆想進行設計，違背了科學性、合理性、可行性的基本原則。因此，質量較低的結構設計方案輕則影響建筑美觀性、實用性、經濟性，重則造成結構安全隱患。

3.2 設計水平參差

為了節省時間和勞動力，許多設計師認為結構設計方案滿足相關規范就足夠了，并且對使用功能和經濟合理性方面不夠重視，無法真正從業主的角度進行設計。隨著技術的不斷發展，一些設計規范相對滯后，因此不能以通過審查為目標降低結構設計的門檻。目前，結構選擇不合理、結構布局不當、構件尺寸過大等問題屢見不鮮，不僅會損害業主的利益，還會影響建筑的整體性能甚至結構安全。同時，我國許多計算軟件還不成熟，缺乏方法和理論。設計者需要具備一定的實踐經驗，才能做出綜合判斷，確保計算模型和計算結果的合理性。在滿足剛性要求的前提下，有效減少資源浪費，提高結構設計質量和效率。

3.3 結構梁設計問題

在房屋建筑中，梁起著承重的作用，是建筑安全的重要保障。結構梁的設計問題主要體現在梁高和連續梁的設計等環節。首先，在對房屋建筑中的梁進行設計時，設計人員往往注重梁的強度和剛度，而忽視了梁高和撓度。隨著時間的推移，這類房屋建筑中梁的穩定性將越來越差，梁的撓度也將持續增大，甚至梁還有可能在建筑結構的擠壓作用下出現變形、開裂等問題。而一旦產生裂紋，即使是細微震動，也有可能造成梁的裂紋迅速擴大，進而導致房屋建筑成為危房，甚至失去居住功能。其次，連續梁變形、開裂也是房屋建筑結構設計中值得關注的問題。房屋承重力計算的過程比較復雜，并且需要考慮各方面的影響因素，因此，個別設計人員為了減少工作量，甚至會將連續梁當作邊梁來進行承重能力計算。此舉將導致連續梁受到溫度變化的影響而在短時間內發生劇烈變化，如發生明顯的收縮或者拉伸等情況，進而導致結構裂痕進一步擴大、加深[5]。

4 建筑結構優化設計要點

4.1 明確設計依據

房屋建筑結構設計工作的落實應該首先從依據著手，確保該設計依據符合相關要求，注意對相關設計人員提供可靠指導，進而避免在后續結構設計中出現偏差問題?；谠O計依據方面的明確和選定而言，設計人員應該重點考慮到房屋建筑結構面臨的所有影響因素，尤其是對于可能干擾房屋建筑結構安全性和耐久性的各個因素，更是需要重點分析明確，由此指導后續房屋建筑結構優化設計工作。為了保障相應設計的依據較為準確全面，除了要全面掌握所有有待考慮的參數信息外，往往還需要重點從項目所在地的相關資料入手，進行全方位調查分析，由此更好形成準確指導效果[6]。比如在房屋建筑結構設計中應該充分考慮到基本風壓、基本雪壓、抗震設防烈度、標準凍深等基本信息，由此更好實現房屋建筑基礎結構以及上部結構的優化設計，避免在這些不利影響因素下出現受損問題。此外，對于房屋建筑的分類等級也需要予以明確，只有所有分類等級得到確定，才能夠更好確保后續結構設計工作較為科學合理，避免了可能出現的設計不到位現象。例如，針對房屋建筑結構安全等級、地基基礎設計等級、抗震設防類別以及抗震等級等，都需要予以明確，以此形成較為理想的優化指導效果。

4.2 優化基礎設計

在建筑結構的優化設計中，基礎設計也是一項相對重要的任務。如果基礎設計不當，勢必嚴重影響最終整體結構的安全穩定，這已成為當前建筑結構設計的難點和重點。為了確保建筑基礎結構的設計更加科學合理，設計師往往需要首先增加對現場環境的調查和分析，以促進現場環境與基礎結構形成良好的適應性，解決基礎結構設計不當帶來的問題。嚴重偏差問題[7]。因為建筑物所在區域的許多因素將嚴重影響基礎結構的穩定性，因此有必要進行全面和詳細的檢查和控制。例如，場地形成條件、水文地質條件、腐蝕因素等將直接影響基礎結構的穩定性，在建筑結構的優化設計中應充分考慮這些因素。在綜合考慮影響因素的基礎上，設計人員還應重點對基礎結構的選擇和具體布置條件進行綜合分析，以促進基礎結構發揮其保證穩定性的作用，減少后續施工處理。

5 建筑結構設計中的基礎設計

5.1 確定地基埋深

近年來，民用建筑多為高層建筑，高層建筑箱型和筏型基礎的埋置深度應滿足地基承載力、變形和穩定性的要求。在抗震設防區，除巖石地基外，天然地基上的箱型和筏型基礎埋深不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱或樁筏基礎埋深不宜小于建筑高度的1/18。位于巖石地基上的高層建筑，其基礎埋深應滿足抗滑要求。同時很多高層建筑都會設置地下室部分，其優勢在于豐富建筑結構功能性，擴大建筑物空間，提高土地資源利用率，解決埋設深度問題，但也相應增加了建筑施工難度，在確定地基埋深時，還需要綜合考慮建筑物的使用價值。民用建筑場地的地理空間位置也會對地基埋深產生影響，例如，某項目建筑為大型商業綜合體建筑，屬于區塊核心位置，臨近城市主干道，周圍建筑多為商業辦公樓、住宅小區，地下管線埋設復雜[8]。在確定地基埋深時，為避免對臨近建筑物產生干擾，要進行全面細致的測量工作，收集相關資料，盡可能將影響降至最低，保障建筑正常使用和安全。

5.2 考慮地基承載力

基礎應根據承載力極限狀態和正常使用極限狀態進行設計。例如，對于使用天然基礎和獨立基礎的結構，承載力必須滿足以下條件：上部結構的垂直荷載傳遞到獨立基礎，獨立基礎產生的基底壓力不能超過基礎的承載力。例如，對于使用樁基和承臺的結構，計算承載力時需要滿足以下條件：上部結構的垂直荷載傳遞到承臺，然后傳遞到樁基。此時，樁基承受的垂直力不應超過地基承載力的特征值。正常使用時滿足的條件主要是基礎沉降、樁基沉降變形、樁基抗裂性、裂縫寬度驗算等。例如，在主裙樓綜合設計中，在考慮地基承載力時，需要根據實際情況進行基礎設計，確定基礎設計方案，對主體結構基礎進行深度修正，充分考慮基礎底面范圍內的荷載，并考慮基礎兩側的超載[9]。如有必要，確定基礎的深度。通常，當地基兩側的過載不相等時，建筑結構的地基承載力基于最小值，當地基兩邊的過載是地基寬度的兩倍時，土層厚度作為參考。同時，巖石地基具有比土壤地基更高的地基承載力，可以對完整、相對完整、破碎的巖體進行地基荷載試驗，并根據飽和單軸抗壓強度標準值計算地基承載力特征值。

6 結語

綜上所述，民用建筑結構的基礎結構為地基基礎，發揮著支撐建筑物整體穩定性和安全性的重要作用。現階段，社會發展對民用建筑提供了許多新要求，包括環保性、功能性、經濟性、協調性等，設計人員在設計之前，必須做好地質勘察和基礎選型，編制合理地基基礎設計方案，合理計算各項參數，如地基埋深、地基承重力等，選擇適宜獨立基礎或復合基礎設計方法。在滿足建筑需求和設計標準的基礎上，盡可能優化基礎設計，提升基礎設計質量，從而提升民用建筑整體建設效果。