民用建筑结构设计中的基础设计研究

黄斌斌

（广西路桥集团勘察设计有限公司，广西 南宁 530000）

0 引言

在国民经济发展中，建筑行业属于支柱性产业，必须高度重视结构设计问题。在结构设计中，常面临多种不确定因素，当存在设计漏洞时就有可能引发安全事故，对和谐社会建设危害影响大。为规避不良问题，需结合结构概念、设计过程，并考虑多种因素，对主体结构设计方案予以完善，确保施工工序安排的合理性，落实各项措施。通过大量建筑案例可知，融合概念设计措施，可加强主体结构质量，缩短工程建设周期，提高工程效益。

1 民用建筑结构设计中的基础设计原则

1.1 功能性原则

民用建筑作为人们日常生活和工作主要载体，是人们生存和发展的重要保障。现代社会，人们生活物质、精神文化需求不断改变，对建筑物的需求不再局限于居住、学习、工作等，提出了更多功能性需求，对建筑外观、建筑舒适度、生态性和智能化程度等也有了一定的要求[1]。因此，建筑结构基础设计应充分考虑这一需求及未来发展方向，注重功能性设计原则，确保地基基础能够满足新型民用建筑地基承载力的需求。

1.2 经济原则

建筑结构的基本设计应贯彻经济原则。在加强基础设计的科学性和合理性，确保防水、承重和等级均符合国家行业标准的基础上，需要注意设计原材料和生产成本的投入，确保工程造价在合理范围内。同时，要综合考虑多种因素，设计多个基础设计方案，综合比较建筑材料用量、施工难度、人工成本、工期等，选择最能控制成本、扩大企业经济效益的基础设计方案。

1.3 协调原则

民用建筑结构的基础设计方案直接影响到建筑物的安全。在基础设计中，应以建筑整体为基础，协调建筑结构的刚度和延性设计，以满足建筑低承载力和高延性的设计思想，避免因建筑结构刚度过大和承载力突然增加而引发突发自然灾害。建筑物的损坏或倒塌，或由于结构刚度过大而造成的建筑物变形[2]。同时，注重多个结构构件的有效协调，形成多道防线，形成统一的结构整体，有效分解和消除外力，保持建筑的完整性。

2 建筑结构设计的主要特点

与多层建筑结构相比，高层建筑具有高度大、空间大和节省土地的优点。在某种程度上，它们是城市土地的增值，是城市文明的象征。在启动建筑结构设计之前，建筑结构工程师应站在施工和使用的整体角度，运用整体设计思维来考虑建筑的结构体系和建筑布局方案，并对建筑结构进行合理的设计选择。因此，有必要研究高层建筑结构的设计特点[3]。大量研究表明，随着结构高度的增加，建筑结构的应力和变形将发生显著变化，应力和形变的主要控制因素将发生显著改变，在地震指数、结构应力指数和变形指数方面表现出其自身的特点，综合分析表明，高层建筑结构的设计具有以下显著特点。

（1）与竖向荷载相比，高层建筑的水平荷载已成为设计中应考虑的主要因素。与低层和多层建筑结构相比，高层建筑的荷载系统主要分为两部分。结构不仅受到竖向荷载的影响，还受到水平风荷载和地震水平力的影响。随着建筑高度的增加，水平荷载的重要性越来越高，它成为控制结构稳定性、抗震性能和水平位移的重要因素，这决定了高层建筑的设计不仅需要控制垂直荷载的指标，还需要充分考虑水平风荷载和地震作用。垂直荷载作用下建筑结构轴向力的变化，以及水平荷载作用下弯矩和位移的变化。随着建筑物高度的增加，由建筑物垂直荷载引起的结构轴向力与楼层高度之间的相关性是线性函数，而由建筑物水平荷载引起的弯矩与建筑物高度之间的关系可以用二次数学函数表示，水平荷载引起的位移与建筑物高度之间的关系可以用四次数学函数表示。位移和弯矩的增加将导致结构层间位移角的增加，梁柱结构中的裂缝，并导致结构的整体破坏。

（2）高层建筑结构的竖向变形导致梁弯矩和柱剪力的增加。由于高层建筑结构的应力系统分为两个部分，即垂直支承系统和水平支承系统，这两个应力系统也会在结构的两个方向上产生位移。在竖向位移方面，在低层或多层结构中，主要考虑偏心荷载对建筑物高度造成的弯矩和位移，而轴向荷载引起的变形可以忽略不计。随着荷载的增加，弯矩和轴向力在高度方向上迅速增加，并呈现累积叠加变形的效应，累积的大变形影响建筑结构的内力分布。

3 房屋建筑结构设计中的常见问题

3.1 业主认识程度不够

许多开发商为了提高效率、获得红利，对建筑结构设计的认识不够，经常会选择设计费用较低、设计周期更短的设计单位，并未从综合实力的角度出发进行考察比对。虽然设计费用占建设项目总投资的比重较小，但会影响百分之八九十的建造成本。许多业主对设计专业不了解，认为结构设计只要通过验算合格即可，所以将更多的注意力集中在费用比较上，这种情况很难选出高质量的设计方案[4]。业主过于注重建筑造型，忽略结构的重要性，迫使设计人员按照主观臆想进行设计，违背了科学性、合理性、可行性的基本原则。因此，质量较低的结构设计方案轻则影响建筑美观性、实用性、经济性，重则造成结构安全隐患。

3.2 设计水平参差

为了节省时间和劳动力，许多设计师认为结构设计方案满足相关规范就足够了，并且对使用功能和经济合理性方面不够重视，无法真正从业主的角度进行设计。随着技术的不断发展，一些设计规范相对滞后，因此不能以通过审查为目标降低结构设计的门槛。目前，结构选择不合理、结构布局不当、构件尺寸过大等问题屡见不鲜，不仅会损害业主的利益，还会影响建筑的整体性能甚至结构安全。同时，我国许多计算软件还不成熟，缺乏方法和理论。设计者需要具备一定的实践经验，才能做出综合判断，确保计算模型和计算结果的合理性。在满足刚性要求的前提下，有效减少资源浪费，提高结构设计质量和效率。

3.3 结构梁设计问题

在房屋建筑中，梁起着承重的作用，是建筑安全的重要保障。结构梁的设计问题主要体现在梁高和连续梁的设计等环节。首先，在对房屋建筑中的梁进行设计时，设计人员往往注重梁的强度和刚度，而忽视了梁高和挠度。随着时间的推移，这类房屋建筑中梁的稳定性将越来越差，梁的挠度也将持续增大，甚至梁还有可能在建筑结构的挤压作用下出现变形、开裂等问题。而一旦产生裂纹，即使是细微震动，也有可能造成梁的裂纹迅速扩大，进而导致房屋建筑成为危房，甚至失去居住功能。其次，连续梁变形、开裂也是房屋建筑结构设计中值得关注的问题。房屋承重力计算的过程比较复杂，并且需要考虑各方面的影响因素，因此，个别设计人员为了减少工作量，甚至会将连续梁当作边梁来进行承重能力计算。此举将导致连续梁受到温度变化的影响而在短时间内发生剧烈变化，如发生明显的收缩或者拉伸等情况，进而导致结构裂痕进一步扩大、加深[5]。

4 建筑结构优化设计要点

4.1 明确设计依据

房屋建筑结构设计工作的落实应该首先从依据着手，确保该设计依据符合相关要求，注意对相关设计人员提供可靠指导，进而避免在后续结构设计中出现偏差问题。基于设计依据方面的明确和选定而言，设计人员应该重点考虑到房屋建筑结构面临的所有影响因素，尤其是对于可能干扰房屋建筑结构安全性和耐久性的各个因素，更是需要重点分析明确，由此指导后续房屋建筑结构优化设计工作。为了保障相应设计的依据较为准确全面，除了要全面掌握所有有待考虑的参数信息外，往往还需要重点从项目所在地的相关资料入手，进行全方位调查分析，由此更好形成准确指导效果[6]。比如在房屋建筑结构设计中应该充分考虑到基本风压、基本雪压、抗震设防烈度、标准冻深等基本信息，由此更好实现房屋建筑基础结构以及上部结构的优化设计，避免在这些不利影响因素下出现受损问题。此外，对于房屋建筑的分类等级也需要予以明确，只有所有分类等级得到确定，才能够更好确保后续结构设计工作较为科学合理，避免了可能出现的设计不到位现象。例如，针对房屋建筑结构安全等级、地基基础设计等级、抗震设防类别以及抗震等级等，都需要予以明确，以此形成较为理想的优化指导效果。

4.2 优化基础设计

在建筑结构的优化设计中，基础设计也是一项相对重要的任务。如果基础设计不当，势必严重影响最终整体结构的安全稳定，这已成为当前建筑结构设计的难点和重点。为了确保建筑基础结构的设计更加科学合理，设计师往往需要首先增加对现场环境的调查和分析，以促进现场环境与基础结构形成良好的适应性，解决基础结构设计不当带来的问题。严重偏差问题[7]。因为建筑物所在区域的许多因素将严重影响基础结构的稳定性，因此有必要进行全面和详细的检查和控制。例如，场地形成条件、水文地质条件、腐蚀因素等将直接影响基础结构的稳定性，在建筑结构的优化设计中应充分考虑这些因素。在综合考虑影响因素的基础上，设计人员还应重点对基础结构的选择和具体布置条件进行综合分析，以促进基础结构发挥其保证稳定性的作用，减少后续施工处理。

5 建筑结构设计中的基础设计

5.1 确定地基埋深

近年来，民用建筑多为高层建筑，高层建筑箱型和筏型基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性的要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱型和筏型基础埋深不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础埋深不宜小于建筑高度的1/18。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。同时很多高层建筑都会设置地下室部分，其优势在于丰富建筑结构功能性，扩大建筑物空间，提高土地资源利用率，解决埋设深度问题，但也相应增加了建筑施工难度，在确定地基埋深时，还需要综合考虑建筑物的使用价值。民用建筑场地的地理空间位置也会对地基埋深产生影响，例如，某项目建筑为大型商业综合体建筑，属于区块核心位置，临近城市主干道，周围建筑多为商业办公楼、住宅小区，地下管线埋设复杂[8]。在确定地基埋深时，为避免对临近建筑物产生干扰，要进行全面细致的测量工作，收集相关资料，尽可能将影响降至最低，保障建筑正常使用和安全。

5.2 考虑地基承载力

基础应根据承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计。例如，对于使用天然基础和独立基础的结构，承载力必须满足以下条件：上部结构的垂直荷载传递到独立基础，独立基础产生的基底压力不能超过基础的承载力。例如，对于使用桩基和承台的结构，计算承载力时需要满足以下条件：上部结构的垂直荷载传递到承台，然后传递到桩基。此时，桩基承受的垂直力不应超过地基承载力的特征值。正常使用时满足的条件主要是基础沉降、桩基沉降变形、桩基抗裂性、裂缝宽度验算等。例如，在主裙楼综合设计中，在考虑地基承载力时，需要根据实际情况进行基础设计，确定基础设计方案，对主体结构基础进行深度修正，充分考虑基础底面范围内的荷载，并考虑基础两侧的超载[9]。如有必要，确定基础的深度。通常，当地基两侧的过载不相等时，建筑结构的地基承载力基于最小值，当地基两边的过载是地基宽度的两倍时，土层厚度作为参考。同时，岩石地基具有比土壤地基更高的地基承载力，可以对完整、相对完整、破碎的岩体进行地基荷载试验，并根据饱和单轴抗压强度标准值计算地基承载力特征值。

6 结语

综上所述，民用建筑结构的基础结构为地基基础，发挥着支撑建筑物整体稳定性和安全性的重要作用。现阶段，社会发展对民用建筑提供了许多新要求，包括环保性、功能性、经济性、协调性等，设计人员在设计之前，必须做好地质勘察和基础选型，编制合理地基基础设计方案，合理计算各项参数，如地基埋深、地基承重力等，选择适宜独立基础或复合基础设计方法。在满足建筑需求和设计标准的基础上，尽可能优化基础设计，提升基础设计质量，从而提升民用建筑整体建设效果。