浅谈结构设计中的地基基础设计

刘启川

中外建工程设计与顾问有限公司深圳分公司 广东深圳 518000

摘要：对于高层建筑而言，基础是结构设计中的重要部分，在对其进行设计的时候，一定要对其强度与刚度进行考虑，并对上部结构体系以及施工条件和周围环境等进行重视。因为地基基础工程属于地下隐蔽工程，是建筑工程的根本，一旦发生事故就会造成灾难性后果。本文简要分析建筑地基基础工程存在的问题，对建筑地基基础工程结构设计的计算以及建筑地基基础工程的结构设计进行了研究分析。

关键词：建筑工程；地基基础；问题；结构设计；计算

进入新时期，随着经济水平的提高，人们对于建筑功能的要求也在不断提高。作为建筑物最重要部分之一的基础，要保证建筑物安全、满足使用要求。但在实际操作中，应该根据工程实际情况进行选型，以保证其设计的科学、合理。建筑地基基础工程结构设计等级分为甲级、乙级、丙级三种。甲级用于30层以上的高层建筑、大面积的多层地下建筑物、体型复杂层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物、复杂地质条件下的坡上建筑物、对地基基础变形有特殊要求的建筑物、对原有工程影响较大的新建建筑物、场地和地基基础条件复杂的一般建筑物、位于复杂地质条件上地下室的基坑工程、开挖深度大于15m的基坑工程以及周边环境条件复杂、环境保护要求高的基坑工程等；乙级用于除甲级、丙级以外的基坑工程、工业与民用建筑物；丙级用于次要的轻型建筑物、场地和地基基础条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物以及非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m的基坑工程。

1、建筑工程地基基础工程施工特点

1.1复杂性

我国幅员辽阔，地质地形环境复杂，特别是山地、丘陵以及高原等地区的地质条件更为复杂，多为季节性冻土、淤泥质土或者杂填土等。这给建筑工程建设施工单位在地基基础施工方面带来了一定的难度，往往会采取相关的地基基础处理技术措施来提升地基基础的稳定性，施工难度大，工序多。

1.2多发性

在建筑工程工程设计过程中因人为因素或者自然因素导致建筑工程工程施工中出现不同程度的质量问题，比如建筑工程工程设计方案的不合理，施工人员未严格按照工程施工规范标准施工，施工过程中受到恶劣天气或者突发性自然灾害影响都会影响建筑工程地基基础施工质量。

1.3潜在性

基于建筑工程地基基础施工为地下工程，一旦地基基础施工完毕后很难发现各个施工工序中所存在的质量问题，多数为隐蔽性工程，如果在施工过程中没有及时发现各工序，尤其是重点施工工序的质量问题，将会对下一道工序施工造成严重影响。

1.4严重性

在建筑工程地基基础工程施工中，通常地下环境比较复杂，施工空间范围比较狭小，一旦出现工程质量问题，引发工程事故，很难及时对施工人员进行抢救，造成施工人员伤亡恶性事故。同时地基基础工程一旦存在质量问题，是无法进行补救的，必须要返工，给建筑工程建设单位带来了严重的经济损失，也给社会带来极其不良的影响。

1.5困难性

建筑工程地基基礎施工涉及的专业领域多，并且具有很强的隐蔽性，一旦发生工程质量事故，对地下操作施工人员的救援难度大；加之地基基础工程是整个建筑工程结构的支撑结构，构造工艺比较复杂，如果对地基基础处理方法不当，可能会对整个上部结构的稳定性造成严重影响。

2、建筑地基基础工程存在的问题

建筑地基基础工程笔者认为存在以下问题：（1）由于动荷载引起的地基基础问题。当遇到不可避免的因素，例如地震或爆破等时，这种动载荷动力会引起地基基础土、特别是饱和无黏性土的液化、失稳和震陷等。（2）强度及稳定性问题。地基基础的强度问题直接决定了房建的质量好坏，当地基基础的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及外荷载时，地基基础就会产生局部或整体剪切破坏。（3）压缩及不均匀沉降问题。建筑不可避免的问题是沉降问题，这一直是专家学者研究的课题之一。当地基基础在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大变形时，会影响建筑物的正常使用，特别是超过规范所容许的不均匀沉降时，结构可能会开裂。

3、建筑地基基础工程结构设计的计算

1、确定基础埋深，基础埋深根据下列相关条件进行确定：（1）建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施，基础的形式和构造；（2）作用在地基基础上的荷载大小和性质；（3）工程地质和水文地质条件；（4）相邻建筑物的基础埋深；（5）地基基础土冻胀和融陷的影响。除岩石地基基础外，基础埋深不应小于0.5米。高层建筑基础的埋置深度应满足地基基础承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基基础上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基基础外，天然地基基础上箱形和筏形基础埋深不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18。

2、地基基础稳定性计算；地基基础稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算。具体可按照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.4.1条、5.4.2条、5.4.3条相关规定进行验算，山区地基基础（包括丘陵地带）的设计，还必须按照第6.1.1条中可能出现的设计条件进行分析认定，避免发生滑坡、泥石流、崩塌等引起房屋倒塌的事故。

3、地基基础变形计算；地基基础变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。建筑物地基基础变形值，不应大于地基基础变形允许值。建筑物地基基础变形允许值按照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.3.4条中表5.3.4规定采用，建筑物地基基础最终变形量按照第5.3.5条进行计算。

4、建筑地基基础工程结构设计的研究分析

1、建筑物无地下室的地基基础结构设计。建筑物属于砌体结构应优先采用刚性条形基础，如毛石条形基础、四合土条形基础、灰土条形基础、混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础等，当基础宽度大于2.5m时，可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。多层框架结构，无地下室，荷载过大，地基基础较差的情况时，这时需采用十字交叉梁条形基础，以便减少不均匀沉降、增强整体性；框架结构地基基础较好，无地下室，荷载较小时，可选用独立柱基，在抗震设防区可按《建筑抗震设计规范》设柱基拉梁。框剪结构无地下室，地基基础较好，荷载较均匀时，可选用框架柱独立柱基，剪力墙下条基，抗震设防地区，柱基下设拉梁并与剪力墙下条基连结在一起。剪力墙结构不论有无地下室，地基基础较好，这种情况下可以选用交叉条形基础。如采用上述基础不能满足地基基础强度和变形要求，又不宜采用桩基或人工地基基础时，可采用筏板基础。

2、建筑物有地下室的地基基础结构设计。一般情况下有地下室的建筑物可采用筏板基础；在有地下室，地基基础较好，建筑物无防水要求，柱网、荷载较均匀的情况下，应使用筏板基础、钢筋混凝土交叉条形基础，或是选用独立柱基，抗震设防区加柱基拉梁；当基础地基基础较差，为满足地基基础强度和沉降要求，可采用桩基或人工处理地基基础；当有防水要求时，可选用筏板基础或箱形基础；另外建筑物属于框架结构，有地下室且上部结构对防水要求高，不均匀沉降要求严格，柱网均匀时，可采用箱型基础，柱网不均匀时，就采用筏板基础；如果地下室设置有均匀的钢筋混凝土隔墙时，采用箱形基础；要注意建筑物地基基础结构施工时无论采用何种基础都要处理好基础底板与地下室外墙的连结节点。

3、桩基础设计。建筑工程地基结构设计过程中，当天然地基或人工地基的地基承载力或变形不能满足设计要求，可采用桩基础。（1）桩平面布置原则：同一结构单元不应同时采用摩擦桩和端承桩；各桩桩顶受荷均匀，上部结构的荷载重心与桩的重心相重合，群桩在承受水平力和弯矩方向有较大的抵抗矩；大直径桩宜采用一柱一桩；筒体采用群桩时，在满足桩的最小中心距要求的前提下，桩宜尽量布置在筒体以内或不超出简体外缘一