民用建筑結構設計中的基礎設計

戴麗薇

（中國建筑技術集團有限公司，北京 100013）

1 引言

民用建筑基礎設計的質量直接影響著建筑結構整體的安全性與穩定性，若基礎設計不合理，會導致基礎結構穩定性下降，從而降低民用建筑整體質量。 對此，需要建設單位高度重視優化民用建筑基礎設計，深入分析影響基礎設計的因素，并把握基礎設計要點，使基礎更加穩固，進而保障建筑整體質量。

2 基礎設計的重要性

在民用建筑結構設計中，若基礎設計不當，可能導致建筑物因缺乏足夠的承載力而發生不均勻沉降， 使建筑物發生傾斜或開裂問題，并且所造成的工程質量問題難以修復。 同時，在民用建筑工程造價當中，基礎工程占比較大，一般可達到約25%，在遇到復雜地質或復雜結構時，基礎占比還會增加，所以，優化基礎設計，合理選擇基礎類型，把握好基礎設計要點，有助于控制工程造價。 另外，優化基礎設計有助于縮短施工工期，因為在民用建筑土建工程施工中，基礎工程的工期在總工期中占比約達到30%，所以，優化基礎設計可保證基礎工程順利施工并按時完工，甚至縮減工期。

3 民用建筑結構設計中基礎設計的影響因素

3.1 地質條件

在民用建筑基礎結構設計中， 地質條件屬于關鍵影響因素， 建筑工程所在地的地質條件涉及范圍比較廣而且復雜性強，會對基礎設計的多個環節產生影響。 所以，在民用建筑基礎設計之前，需要全面、細致地開展地質勘查工作，充分掌握必要的地質資料， 在勘察工作中全面了解施工場地周邊的交通、建筑物條件以及給排水、地形地貌等情況。 而且同一建筑物可能會選擇不同的基礎形式以及地基設計方案， 并且在工程造價以及施工難度等方面也有所差異， 需要綜合考慮多項因素優化選擇設計方案。 一些民用建筑物施工現場地形比較復雜，而且地基強度不足，有較大的壓縮性，難以達到基礎的設計要求，像一些民用建筑基礎土層當中有潛在傾斜滑動面，抑或滑動面不具備足夠的抗剪強度， 若遇到地震或受到外部負載影響，可導致地基順著軟弱面發生水平位移，為避免滑坡現象，需要在設計中結合地質條件采取有效的處理措施，以盡量減少地基變形，使地基具有更高的強度與穩定性[1]。

3.2 上部結構

在民用建筑結構中， 上部結構的高度會對建筑基礎受力情況產生重要影響， 因為建筑上部結構有不同的高度和墻體厚度，建筑物的上部荷載也不同，從而對基礎受力產生不同的影響。 如果上部結構具有較大的剛度，會容易使地基基礎出現一定變形，而且基礎結構中的豎向構件可能發生均勻沉降；如果上部結構剛度較小， 有可能會因為上部結構受到的基礎約束力比較小，在基礎構件發生彎曲問題時，建筑整體也發生彎曲。 所以，在民用建筑基礎設計過程中，要綜合考慮建筑上部結構實際情況，通過對基礎抗變形能力、穩定性以及沉降量等進行科學分析與計算，優化選擇基礎設計類型，明確基礎埋深等，以確保達到承載上部結構荷載的要求。

3.3 施工環境

在民用建筑結構設計過程中還要考慮施工環境的影響，主要分為人工環境和自然環境。 其中，自然環境影響因素主要包括抗震等級、環境溫度等，并且此因素還會對鋼筋混凝土等施工建材產生影響，若施工環境溫度比較低，地基基礎可能會出現開裂問題；建筑基礎還可能受到地震影響，需要在設計中預先設置抗震縫， 并要綜合考慮多項因素明確抗震縫的布置情況和實際數量等。 而影響基礎設計的人工環境因素主要包括打樁施工、施工振動等，在樁基埋設過程中，會導致周邊土壤受到擠壓力，并由此產生應力，從而影響基礎結構以及周邊地下管線，所以，基礎設計中要重點考慮該影響因素。 例如，某民用建筑項目在設計抗震等級過程中著重考慮工程所在地的地質情況、基本雪壓、基本風壓、舒適度驗算、結構阻尼比以及風荷載計算相關結構阻尼比等， 在此基礎上分析計算塔樓結構構件在罕遇地震、設防地震、多遇地震等不同性能目標的構造抗震等級，由此確定建筑基礎設計要點，優化設計方案，使建筑結構其抗震性能達到了相關標準。

4 民用建筑結構設計中的基礎設計要點

4.1 優化選擇基礎形式

對于民用建筑結構， 在基礎設計過程中首先要注意合理選型，由此確保基礎設計方案更加科學、合理。 目前常見的基礎類型有兩種，即獨立基礎和復合基礎，要基于工程實際情況恰當地選擇基礎類型。 獨立基礎具有較好的抗震性和經濟性，并且地基變形適應能力強， 但是一些民用建筑局部地基缺乏均勻性，且不符合地基承載力要求，若盲目選擇獨立基礎可引發嚴重問題。 獨立基礎有多種設計形式，較為常用的形式有兩種，即墻下獨立基礎和柱下獨立基礎，應用較廣泛的類型是鋼筋混凝土筏板基礎，具有很強的承載力，而且便于施工[2]。 實際設計期間，要求設計人員優化設計高度、配筋率等參數。 基礎施工中經常會遇到大體積結構， 要用到大體積混凝土施工技術，嚴格管控施工工藝，否則將容易發生施工裂縫。 對此，需要施工人員合理設置后澆帶，重點處理裂縫，通常寬度在800~1 000 mm。

而對于復合基礎來說，其設計不同于獨立基礎，設計內容以人工基礎作業為主，體現出抗振動、抗沉降能力強等優勢，同時地基基礎有很高的承載力，可充分支撐上部建筑結構。 復合基礎也有較多的類型，如灌漿、強夯、深層攪拌樁等，設計期間要著重改善地基土層濕陷、液化、軟弱等問題，在使基體以及增強體協同發揮作用基礎上， 共同支撐上部結構的承重能力。 所以，復雜基礎無論是結構設計還是施工工藝，均比較復雜， 要求設計人員在綜合考慮地基實際情況的基礎上合理選擇地基類型。

4.2 合理明確地基埋深

在民用建筑不斷發展的過程中，建筑層高不斷加大，對于高層民用建筑，若選擇箱形或者筏形基礎，要求埋置深度必須滿足地基承載力、穩定性以及變形等要求。 若民用建筑處于抗震設防區，天然地基（除巖石地基之外）其筏形和箱形基礎的埋深應≥1/15 建筑物高度；而對于樁筏或者樁箱基礎，其埋深應≥1/18 建筑高度[3]。 如果高層民用建筑在巖石地基之上，要求基礎埋深達到抗滑要求， 而且目前大多高層民用建筑均設有地下室，由此拓展建筑結構功能，使建筑物空間更大，高效利用土地資源，并由此對埋深問題予以解決，但此種設計也使建筑有更大的施工難度， 需要在地基埋深確定過程中綜合考量建筑整體使用價值。 另外，民用建筑地基埋深也會在一定程度上受到地理空間點位的影響。 例如，某民用建筑在區塊核心點位，周邊分布著城市主干道以及住宅小區、商業辦公樓等建筑，地下管線的埋設情況也比較復雜，所以，在確定該建筑地基埋深時， 應盡量避免干擾周邊建筑物， 細致地做好測量工作，全面收集有關信息和資料，最大限度地降低對周邊建筑和道路的影響，并確保建筑能夠正常、安全使用。

4.3 考量地基承載力

在民用建筑地基基礎設計過程中， 還要綜合考慮建筑正常使用中的極限狀態以及承載能力極限情況， 若民用建筑選擇的是天然地基和獨立基礎結構， 那么要求其承載力應達到以下要求： 上部建筑結構中的豎向荷載能夠順利傳至獨立基礎當中，而且獨立基礎的基底壓力不可比地基承載力高；而若民用建筑選擇樁基礎以及承臺結構， 那么其承載力要達到以下要求：上部建筑結構當中的豎向荷載能夠順利傳至承臺，然后再傳至樁基， 而且樁基所承受的豎向力不可比樁基承載力特征值高[4]。 在正常設計及使用時，應達到基礎沉降、裂縫寬度驗算、樁基抗裂、樁基沉降變形等要求。 比如，在對民用建筑結構的主裙樓進行一體化設計過程中， 不僅要對地基承重能力予以考量，還要結合實際情況優化基礎設計，選擇合適的基礎設計方案，深度修正主體結構地基，結合基礎底面荷載情況，根據雙側超載程度明確基礎埋深。

一般在基礎雙側有不同的超載情況時， 其基準應為結構地基承載力極小值； 而如果基礎雙側的超載超過基礎寬度2倍時，則要參考土層厚度[5]。 而且和土質地基相比，巖石地基有著更強的地基承載能力，可分別選取破碎巖體、完整巖體、較完整巖體的樣本展開地基荷載試驗， 并結合單軸抗壓強度標準值對地基承載力的特征值進行計算。

4.4 做好性能計算

首先，要進行穩定性計算。 當前很多民用建筑工程普遍有抗浮穩定性不佳情況，為規避此問題，需要設計人員結合工程設計要求及實際情況優化設置構件，也可采取增壓措施。 若局部抗浮沒有達到要求， 可適度提升結構剛度， 如可應用抗拔樁，若抗拔樁的位置發生變動，也會同步增加抗拔力[6]。 為避免結構有較大差異，需要優化設計抗拔力值。 比如，某民用建筑的地下室基底深度較大，抗浮水頭是18.8 m，所以，上部建筑結構重量無法達到抗浮要求，要著重優化抗浮設計，使建筑物更加穩定。 對于這一情況，主要采取巖石錨桿抗浮措施，結合整體抗浮要求，對單根錨桿其所承受的浮力作用值（即Nwk）加以計算，公式為：

式中，Fk為單根錨桿所承受的水浮力標準值；γG為荷載分項系數，取0.9；Gk為單根錨桿其底板自重標準數值，經計算獲得錨桿直徑、長度還有間距。

其次，要進行基礎變形計算。 因為地基變形程度對民用建筑的安全性有直接影響，所以，基礎設計期間要做好地基變形計算。 地基變形主要有地基沉降差、地基沉降量、地基局部傾斜、地基整體傾斜等類型，地基設計及施工中要著重計算這幾類地基變形，確保地基變形計算值比地基變形允許值小，若發現計算值超過允許值，需及時調整地基基礎設計，促使地基基礎更加穩定[7]。

4.5 科學選擇施工材料

在民用建筑基礎結構當中， 基礎配筋以及混凝土等材料性能及質量等也會對基礎結構的穩定性以及安全性產生直接影響，所以，基礎設計中還要優化選定基礎配筋以及混凝土等材料，合理提升施工標準，保證建筑結構更具耐久性，并達到規范標準。 設計人員在確定基礎配筋過程中，要注意和最小配筋相匹配，結合標準圖紙設計基礎配筋，對基礎寬度、高度做適當調整，促使基礎結構更加可靠與穩定[8]。

5 結語

在民用建筑結構中，基礎結構發揮著支撐作用，直接影響著工程建設的整體質量及安全性。 所以，要求設計人員充分認識基礎設計的重要性，明確影響基礎設計的因素，并在做好地質勘察以及細致分析的基礎上優化選擇基礎類型，合理確定基礎埋深，著重考量地基承載力，并加強性能計算，優化選擇施工材料，盡量提升民用建筑基礎設計質量，保障整體建筑設計果。