民用建筑结构设计中的基础设计分析

雷 博

(兰州理工大学建筑勘察设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

在建筑行业飞速发展的背景下，越来越多的施工企业对建筑结构设计、施工质量提高了要求。作为建筑结构的核心，基础设计质量决定了结构的稳定性与安全性，如果未进行合理的处理，将会降低基础结构的稳固性，影响民用建筑的整体质量。若基础承载力不够，一旦受到重大外力，就会出现结构变形、沉降等问题。因此，施工企业要提高对基础设计的重视度，不断优化设计方案、提升技术水平、掌握设计要点，在增强基础稳固性的同时，节约施工成本，提高民用建筑的施工质量。

1 工程案例

工程位于当地主城区西南部，距主城区核心区9km，交通便捷，地理位置优越。占地面积332 630m2，基地中间穿过绿化带，其中11R地块占地126 847m2，10R地块占地面积104 350m2，环外住宅地块占地101 433m2。共建高层住宅30栋，公共建筑3栋，涉外专家公寓40栋，地下设有停车场2层，地下建筑面积69 212m2。其中，公共建筑共3层，高度41m；涉外专家公寓共5层，地下2层，地上3层，高度13m；高层住宅12～30层，高度46～130m。

2 影响民用建筑基础设计的因素

2.1 上部结构的安全性

地基、上部结构是民用建筑的重要部分，只有设计人员协调好两者的关系，才能发挥出实际作用，提高民用建筑的施工质量。一般而言，民用建筑的安全性和上部结构息息相关，上部结构安全与否又和受力构件、基础结构的强度有关。在设计地基基础之前，要基于规范要求考虑上部结构的刚度[1]。由于地基形式的不同，上部结构的形式也有所差异。因此，设计人员要加深对上部结构刚度的了解，依托刚度特征科学设计。地基基础见图1。

图1 民用建筑结构地基基础

2.2 施工环境

由于土地资源有限，城市中出现了很多的大型或高层建筑。大型建筑对地基的承载力要求高，天然地基又很难承受建筑物的沉降量、承载力，因此多选择桩基础。桩基础的运用能够提高建筑工程的稳固性，然而由于城市建筑密集，沉桩作业会破坏周围环境。桩施工可能会影响工程造价、质量，特别是打桩操作，会带来噪音、震动等，造成不可挽回的损失。鉴于此，施工企业要在打桩施工前进行全方位的分析，将危害降至最低。

2.3 地质条件

在设计人员进行基础结构设计之前，要全面了解周围环境、施工现场，亲自到现场调研，做好前期资料的分析工作。同时，依托调查结果模拟施工场地，包括排污、地形地势等。即便建筑物相同，不同的施工环境、施工方案都会给设计、施工带来一定的影响。对此，施工人员要尽可能地选择简单的处理方法，切实发挥出天然地基的优势[2]。在民用建筑设计和施工中，除了要考虑工程质量外，还要考虑经济效益。但是，民用建筑基础设计中常出现和设计需求不符的问题，需要优化地基结构设计，从而增强地基基础的安全性。

3 民用建筑结构设计中的基础形式

3.1 独立基础

在民用建筑基础设计过程中，独立基础是比较常用的形式，分为柔性和刚性独立基础。独立基础具有抗震能力好、成本低等特点，通常设置在现浇混凝土柱、承重柱之下，采用浇筑混凝土的方式固定。在独立基础设计期间，设计人员要全面考虑施工场地的土壤、地质特征，科学地选择基础类型。在该工程中，地基土压缩性弱，土壤黏合力小，使用柔性独立基础。具体设计中，可使用杯形、坡形基础，根据施工现场的情况，合理地选择设计类型，以满足民用建筑的稳固性要求。同时，科学规划基础结构，完成单独的优势设计，综合完成相关安排，确保不会出现安全质量问题。

3.2 墙下条形基础

在结构设计的基础上完成相关工作，满足建筑的使用需求。在建筑墙下设置条形基础，整体建设依靠混凝土完成，混凝土耐久性强，可以增强建筑结构的安全性。对于高度较低的建筑物，相关优势要通过合理造价安排；对于相关建设而言，其优势是造价低、操作方便。因此,对于工程整体来讲，要结合具体情况因地制宜地改进刚度。

3.3 复合基础

复合基础隶属于人工基础，承重能力强，能够支撑上部结构的质量。复合基础的作用是增强地基的承载力、抗沉降能力，涉及内容多，包括灌浆、强夯等，依托复合基础对地基进行设计，可增强地基的承重能力、荷载能力。在基础设计过程中，使用复合基础应对和改善土层的缺陷问题。值得注意的是，复合基础的承重能力由增强体、基体共同实现，因此其组成、受力结构比较复杂[3]。另一方面，由于复合基础施工工艺复杂，要求在设计复合基础时基于地基要求，科学地选择复合基础类型。

3.4 阀形基础

阀形基础是指将底板连成片作为基础结构，在设计这种结构时，基于情况不同分为平板式、梁板式两种形式，由于阀板刚度大，设计过程中要避免不均匀沉降，保证建筑结构的牢固性。在确定阀板厚度时，从抗剪切力、抗冲切等方面着手，采用简化计算法计算阀板的具体数值。

4 建筑结构设计中基础设计的优化措施

4.1 基础设计的优化措施

4.1.1合理选型

为了保证民用建筑基础设计的合理性，工作人员要基于工程要求合理选择基础类型。目前，独立基础的抗震性、经济性都比较好，在地基变形适应方面效果理想。但是，部分地基不够均匀，和地基承载力的需求严重不符。如果独立基础选择盲目，可能会出现严重的问题。在民用建筑施工中，常见结构为钢筋混凝土阀板，其可以同时作为地下室底板、阀板，承载力强，施工简便。在具体设计中，设计人员要严格把控相关参数，比如配筋率(最小)、高度等。基础施工通常会涉及体积较大的结构，需要使用混凝土技术(大体积)，如果未合理管控施工工艺，可能会出现施工裂缝。因此，施工人员要科学设置后浇带，有效处理裂缝问题，一般为800～1 000mm。

另外，有些高层建筑建在天然基础之上，设计施工时要严格控制埋深，提高抗滑性能。在我国城市建设进程加快的背景下，高层建筑可以很好地解决城市用地紧张的问题，合理的基础设计可以保证建筑结构的安全性，改善软土地基的性能。多数情况下，城市建筑的选址距离旧建筑比较近，如果新建筑埋深多于原建筑，将会影响原建筑的稳定性；如果未采用有效的保护措施，会引发坍塌、变形等问题[4]。为了避免这些问题的出现，设计人员要严格设置新旧建筑的安全距离，依托相关指标和要求明确安全距离，从多个方面综合考量。

4.1.2科学设置基础埋深

在天然的地基上，建筑箱形、阀形基础埋深要符合要求，尽可能地确保其抗滑移性和抗倾覆性，避免发生意外。随着经济水平的提升以及城市进程的加快，城市建筑的占地面积受到一定限制，造成高层建筑越来越密集。现阶段，高层建筑都配有地下室，建筑难度增加，不仅要考虑埋深问题，还要满足使用价值。由于建筑使用的基础形式不同，其埋深也有所差异，需要从工程地质、建筑高度等方面进行设计。本工程使用阀形基础，埋深10m，宽度15m，基底压力400kPa，地基土层见表1。

表1 地基土层参数分析

4.1.3合理选择施工材料

混凝土、配筋等是民用建筑基础结构的重要部分，和建筑结构的稳固性、安全性有直接关系。因此，要合理选择配筋、混凝土等材料，适当提高施工标准，增强建筑结构的耐久性，确保其符合施工标准。同时，设计人员在选择配筋材料时，要确保其和最小配筋相匹配，结合设计图纸科学设置，并对基础宽度进行调整，精准定位构造柱，提高基础结构的可靠性。

4.1.4加强性能计算

(1)稳定性计算。目前，大多数工程都存在抗浮稳定性差的问题。对此，设计人员要根据工程情况和要求科学设置构件，或采用增压的方式解决。如果局部抗浮未达到标准，设计人员可采用增强结构刚度的措施，比如使用抗拔桩，在抗拔桩位置变动时，其抗拔力也随之增加。为了防止结构位移较大，设计人员要科学设置抗拔力值。如果建筑物在变形方面的要求比较高，设计人员可通过变形计算明确抗拔桩的承载力[5]。

(2)承载力计算。很多建筑都采用裙房、主楼一体化的方案，要求设计人员在基础设计过程中，根据两侧超载情况对基础底部的荷载进行计算，以基础宽度的2倍计算超载宽度，提高计算结果的精准性。如果工程处于岩石地基，设计人员可通过荷载试验明确承载力，依托承载力优化设计方案。

4.2 装配式结构在基础设计中的应用

和以往的建筑结构相比，装配式结构具有显著优势：其一，可以提高生产效率，加强设计和施工之间的联系；其二，加快施工效率。装配式构件由三维模型、数控机床生产，因此构件精度高，有效地缩短了施工周期。在民用建筑结构设计中，装配式结构的应用主要体现在细部构造上，包括接缝、防渗透等设计，特别是上下侧接缝、相邻墙板拼接等相关内容。

4.2.1建筑平面设计

在民用建筑结构设计过程中，平面设计显得至关重要，包括预制构件规格与平面尺寸、合理设计门窗、位置要求等。在平面设计中，门窗多采用上下对齐或成列分布的方式，对提高建筑工程的美观性、降低施工成本等具有重要意义。

4.2.2相关节点设计

节点设计的合理性，对建筑结构的施工质量、受力结构等有着直接影响，一般涉及门窗安装、外墙尺寸等相关内容。对于装配式结构中的门窗设计来讲，可以采用无门窗副框安装的形式，来提高门窗、预制板墙的连接性能，避免外墙洞口、外墙接缝出现渗漏问题。同时，相关节点设计还要做好防渗漏、防水处理，从而提高外墙节点的密实度。

4.2.3外墙立面设计

装配式结构在外墙立面的设计，实际上是对单元立面的标准化设计过程，通过对相关元素的组合、拆分，生产出符合标准的构件进行安装。在外墙立面设计过程中，要格外注意以下几点：其一，保证立面的功能性，由于民用建筑内部功能会影响建筑造型、立面效果等，因此多使用平面组合的方式设计。其二，满足外墙立面的设计需求，比如将立面拆分为预制阳台、外墙等，基于不同的组合形式，对立面造型进行丰富[6]。值得注意的是，在外墙立面设计期间，要选择环保型的石材、涂料等材料。

4.2.4结构设计

装配式结构基于民用建筑的用途、功能等，主要分为主体结构、附加结构。前者是装配式结构的重要部分，包括刚节点、钢梁等；后者由加劲肋、连接板等构件组成。装配式结构不同，附加和主体结构不同，其作用也存在一定的差异。因此，在设计装配式结构的过程中，特别是制作、安装等环节，要科学计算预制构件的相关参数，确保工厂所制作的构件符合实际需要。实际设计中，要尽量避免固定连接件的预埋吊件、临时支撑件的设计。对于有特殊要求的构件，要根据要求设计。若某构件对地震抵抗力的要求较高，在设计中要综合考虑构件变形、承载力等性能。

5 结语

综上所述，基础设计是民用建筑结构设计中的重要环节，设计技术相对复杂，设计质量关乎着建筑结构的稳定性和质量水平。在实际设计中，设计人员要从工程实际着手，提高对每个环节的关注度，全面考虑各因素对设计方案和结果带来的影响，并提出针对性的解决措施，从而提高基础结构的安全性，提升民用建筑的施工质量。