建筑基础设计研究

高山棚 强霖

【摘 要】建筑结构设计是建筑设计中非常重要的一环，文章对析建筑结构设计中基础设计进行探讨，具有一定的借鉴意义。

【关键词】建筑；结构设计；基础设计

【Abstract】Building structure design is a very important part of architectural design. The article discusses the basic design of building structure design and has certain reference significance.

【Key words】Architecture；Structural design；Basic design

1. 前言

文章對建筑的基础设计进行了简要介绍，对建筑在基础设计中应考虑的主要因素进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对建筑基础设计中应注意的问题进行了探讨。

2. 建筑的基础设计概述

（1）基础设计是在考虑构造措施的前提下，根据工程地质勘察报告、上部结构类型及上部结构传来的荷载效应和当地的施工技术水平和材料供应情况确定基础的形式以及材料的强度等级，进行基础底面积的确定及地基承载力验算，完成基础的内力计算和配筋计算。筑的基础一般采用深桩基础，受力可以是桩独自受力或者桩土共同受力。桩基础是一种比较古老的基础形式，其力学原理正确，通过桩可以充分发挥深部土层的承载能力，同时又具有施工相对简单的特点。也因此桩基不仅能延续至今，而且结合现代的施工和材料技术还获得了更进一步的发展，成为目前基础工程中普遍采用的一种重要的基础形式。基础设计应根据建筑上部的结构类型、规模、荷载、整体刚度、对不均匀沉降的敏感性以及建筑下部工程地质条件、地层结构、各土层的物理力学性质、地基承载力、地下水位埋深与水质、当地冻深等因素因地制宜进行。当然，施工技术和施工材料等其他因素，也是全面考虑基础形式选择的条件。

（2）由于人们认识上的局限性以及计算手段的缺乏，在设计计算中往往人为地切割了各部分之间的联系，而把上部结构和基础结构作为两个独立的单元分别进行考虑，亦即首先把基础结构作为上部结构的固定支座，求得上部结构在荷载作用下的内力和基础结构固定处的反力，然后把该反力作用于弹性地基的基础上计算基础的内力。这种方法没有考虑上部结构与地基基础的共同作用，忽略了上部结构对基础的约束（亦即上部结构刚度的贡献）作用。它所导致的结果：一是基础弯矩和纵向弯曲过大，基础设计偏于保守；二是没有考虑基础实际存在的差异沉降对上部结构引起的次应力，在某些部位低估了上部结构的内力，从而使这些部位计算结果偏于不安全。

3. 建筑在基础设计中应考虑的主要因素

建筑的基础设计是建筑结构设计的重要内容，它对保证建筑物的正常使用和安全至关重要。因此，基础设计时必须做到以下五个方面的要求。

（1）基底附加压力不超过地基承载力或桩基承载力；

（2）基础总沉降量和差异沉降量控制在允许限值以内；

（3）适当考虑桩基的运用；

（4）预先估计到基础在施工过程中对毗邻房屋可能造成的影响；

（5）应当考虑综合经济效果，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑使用、施工条件和施工工期等因素对经济效果的影响。

4. 建筑结构基础设计分析

4.1 房屋基础和上部结构设计基本要求。

4.1.1 房屋基础结构和上部结构是房屋结构设计的主要内容。结构设计方法采用概率极限状态的设计理论。房屋上部结构是在满足结构自身重力恒载、人、家具、设备等荷载的竖向静力作用和风压力、地震力的水平荷载的动力作用下，结构应有的强度、刚度、稳定性问题。房屋静载作用一般由上向下传递，地震作用则是通过基础传给上部结构。为适应上部的机构和下部的地基条件，基础结构建筑物地下的部分对建筑整天具有十分重要的影响。房屋建筑结构的设计是一项全面、系统性的工作，我们在结构设计的过程中要保证遵循四项基本的原则：整体上抓大放下、设置多道防线、刚柔相济协调、打通重要关节。按照这样的原则进行结构设计，对在结构设计过程中发现的问题及时的反馈和研究，不断提高设计人员自身的结构设计水平。设计的结构在满足建筑物安全的同时，符合实际使用的要求。

4.1.2 由于建筑层数多，上部结构荷载很大，使其基础具有埋置深度大、材料用量多、施工周期长、工程造价高等特点。为此，建筑设计时应满足要求概括起来有如下几个方面：

（1）地下结构满足建筑防水的要求；

（2）满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；

（3）基础的总沉降量和差异沉降量应满足规范规定的允许值；

（4）应综合考虑经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑土方、降水、施工条件和工期等因素。

4.2 地基条件对基础受力状况的影响。

基础受力状况还取决于地基土的压缩性及其分布的均匀性。当地基土不可压缩时，基础结构不仅不产生整体弯曲，局部弯曲亦很小；上部结构也不会因不均匀沉降产生次应力。实践中最常遇到的情况却是地基土有一定的可压缩性，且分布不均，这样，基础弯矩分布就截然不同。基础与地基界面处往往显示出摩擦特征。由于土的强度有限，形成的摩擦力也有限，不会超过土的抗剪强度。孔隙水压力的变化，可能改变压缩过程中摩擦力的大小与分布。此外，外荷载的分布和性质、基础的相对柔度以及土的蠕变等涉及时间变化的效应等都会影响到界面条件。因此，应从完全光滑一直到完全粘着这两种极端情况之间来慎重估计界面摩擦的影响。

4.3 上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法。

上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结構和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。地基首先需确定采用何种地基模型：线弹性地基模型，非线弹性地基模型还是弹塑地基模型。然后建立地基的刚度矩阵。在共同作用分析中，可以根据实测结果把基础和上部结构的实际刚度进行共同作用分析，并考虑施工过程的影响，把结构荷载和刚度形成情况分别考虑来进行共同作用分析。

5. 建筑基础设计中应注意的问题

（1）保证荷载的可靠传递。

基础结构应具有必要的强度和刚度，以保证将高层建筑上部结构作用于基础顶面的巨大竖向、水平向荷载与力矩，可靠地传给地基土或桩顶。

（2）参与变形协调，减少不均匀沉降。

基础结构介于上部结构与地基土之间，其刚度大小及其在平面上的分布，对调整不

均匀沉降、减少整体和局部挠曲至关重要。例如：多、高层建筑中，当采用条形基础不能满足上部结构对地基承载力和变形的要求，或当建筑物要求基础具有足够的刚度以调节不均匀沉降时，可采用筏型基础。筏型基础的平面尺寸，在地基土比较均匀的条件下，基底平面形心宜与上部结构竖向永久荷载的重心重合。当不重合时，在荷载效应准永久组合下，宜通过调整基底面积使偏心距符合要求。

（3）内力分析中，应尽可能考虑基础结构与上部结构和地基土的共同作用。

基础结构与上部结构和地基土三者之间的共同作用是客观存在的。当然，在实际工程设计中往往不可能都做到，特别是地基模型及其参数的选取，对共同作用的结果影响甚大；但在构造和配筋上反映对共同作用结果的考虑，是完全可能和必要的。例如：在同一大面积整体筏型基础上建有多幢高层和低层建筑时，筒体下筏板厚度和配筋宜按上部结构、基础与地基土的共同作用的基础变形和基底反力计算确定。带裙房的高层建筑下的大面积整体筏型基础，其主楼下筏板的整体挠度值不应大于0.5‰，主楼与相邻的裙房柱的差异沉降不应大于1‰，裙房柱间的差异沉降不应大于2‰。

6. 结束语

建筑基础设计即对建筑工程中的基础进行优化设计，是建筑设计中极重要的一环，为建筑工程今后打下好的基础，需要重点对待。

参考文献

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[文章编号]1619-2737（2018）06-15-890