民用建筑结构设计中的基础设计

戴丽薇

（中国建筑技术集团有限公司，北京 100013）

1 引言

民用建筑基础设计的质量直接影响着建筑结构整体的安全性与稳定性，若基础设计不合理，会导致基础结构稳定性下降，从而降低民用建筑整体质量。 对此，需要建设单位高度重视优化民用建筑基础设计，深入分析影响基础设计的因素，并把握基础设计要点，使基础更加稳固，进而保障建筑整体质量。

2 基础设计的重要性

在民用建筑结构设计中，若基础设计不当，可能导致建筑物因缺乏足够的承载力而发生不均匀沉降， 使建筑物发生倾斜或开裂问题，并且所造成的工程质量问题难以修复。 同时，在民用建筑工程造价当中，基础工程占比较大，一般可达到约25%，在遇到复杂地质或复杂结构时，基础占比还会增加，所以，优化基础设计，合理选择基础类型，把握好基础设计要点，有助于控制工程造价。 另外，优化基础设计有助于缩短施工工期，因为在民用建筑土建工程施工中，基础工程的工期在总工期中占比约达到30%，所以，优化基础设计可保证基础工程顺利施工并按时完工，甚至缩减工期。

3 民用建筑结构设计中基础设计的影响因素

3.1 地质条件

在民用建筑基础结构设计中， 地质条件属于关键影响因素， 建筑工程所在地的地质条件涉及范围比较广而且复杂性强，会对基础设计的多个环节产生影响。 所以，在民用建筑基础设计之前，需要全面、细致地开展地质勘查工作，充分掌握必要的地质资料， 在勘察工作中全面了解施工场地周边的交通、建筑物条件以及给排水、地形地貌等情况。 而且同一建筑物可能会选择不同的基础形式以及地基设计方案， 并且在工程造价以及施工难度等方面也有所差异， 需要综合考虑多项因素优化选择设计方案。 一些民用建筑物施工现场地形比较复杂，而且地基强度不足，有较大的压缩性，难以达到基础的设计要求，像一些民用建筑基础土层当中有潜在倾斜滑动面，抑或滑动面不具备足够的抗剪强度， 若遇到地震或受到外部负载影响，可导致地基顺着软弱面发生水平位移，为避免滑坡现象，需要在设计中结合地质条件采取有效的处理措施，以尽量减少地基变形，使地基具有更高的强度与稳定性[1]。

3.2 上部结构

在民用建筑结构中， 上部结构的高度会对建筑基础受力情况产生重要影响， 因为建筑上部结构有不同的高度和墙体厚度，建筑物的上部荷载也不同，从而对基础受力产生不同的影响。 如果上部结构具有较大的刚度，会容易使地基基础出现一定变形，而且基础结构中的竖向构件可能发生均匀沉降；如果上部结构刚度较小， 有可能会因为上部结构受到的基础约束力比较小，在基础构件发生弯曲问题时，建筑整体也发生弯曲。 所以，在民用建筑基础设计过程中，要综合考虑建筑上部结构实际情况，通过对基础抗变形能力、稳定性以及沉降量等进行科学分析与计算，优化选择基础设计类型，明确基础埋深等，以确保达到承载上部结构荷载的要求。

3.3 施工环境

在民用建筑结构设计过程中还要考虑施工环境的影响，主要分为人工环境和自然环境。 其中，自然环境影响因素主要包括抗震等级、环境温度等，并且此因素还会对钢筋混凝土等施工建材产生影响，若施工环境温度比较低，地基基础可能会出现开裂问题；建筑基础还可能受到地震影响，需要在设计中预先设置抗震缝， 并要综合考虑多项因素明确抗震缝的布置情况和实际数量等。 而影响基础设计的人工环境因素主要包括打桩施工、施工振动等，在桩基埋设过程中，会导致周边土壤受到挤压力，并由此产生应力，从而影响基础结构以及周边地下管线，所以，基础设计中要重点考虑该影响因素。 例如，某民用建筑项目在设计抗震等级过程中着重考虑工程所在地的地质情况、基本雪压、基本风压、舒适度验算、结构阻尼比以及风荷载计算相关结构阻尼比等， 在此基础上分析计算塔楼结构构件在罕遇地震、设防地震、多遇地震等不同性能目标的构造抗震等级，由此确定建筑基础设计要点，优化设计方案，使建筑结构其抗震性能达到了相关标准。

4 民用建筑结构设计中的基础设计要点

4.1 优化选择基础形式

对于民用建筑结构， 在基础设计过程中首先要注意合理选型，由此确保基础设计方案更加科学、合理。 目前常见的基础类型有两种，即独立基础和复合基础，要基于工程实际情况恰当地选择基础类型。 独立基础具有较好的抗震性和经济性，并且地基变形适应能力强， 但是一些民用建筑局部地基缺乏均匀性，且不符合地基承载力要求，若盲目选择独立基础可引发严重问题。 独立基础有多种设计形式，较为常用的形式有两种，即墙下独立基础和柱下独立基础，应用较广泛的类型是钢筋混凝土筏板基础，具有很强的承载力，而且便于施工[2]。 实际设计期间，要求设计人员优化设计高度、配筋率等参数。 基础施工中经常会遇到大体积结构， 要用到大体积混凝土施工技术，严格管控施工工艺，否则将容易发生施工裂缝。 对此，需要施工人员合理设置后浇带，重点处理裂缝，通常宽度在800~1 000 mm。

而对于复合基础来说，其设计不同于独立基础，设计内容以人工基础作业为主，体现出抗振动、抗沉降能力强等优势，同时地基基础有很高的承载力，可充分支撑上部建筑结构。 复合基础也有较多的类型，如灌浆、强夯、深层搅拌桩等，设计期间要着重改善地基土层湿陷、液化、软弱等问题，在使基体以及增强体协同发挥作用基础上， 共同支撑上部结构的承重能力。 所以，复杂基础无论是结构设计还是施工工艺，均比较复杂， 要求设计人员在综合考虑地基实际情况的基础上合理选择地基类型。

4.2 合理明确地基埋深

在民用建筑不断发展的过程中，建筑层高不断加大，对于高层民用建筑，若选择箱形或者筏形基础，要求埋置深度必须满足地基承载力、稳定性以及变形等要求。 若民用建筑处于抗震设防区，天然地基（除岩石地基之外）其筏形和箱形基础的埋深应≥1/15 建筑物高度；而对于桩筏或者桩箱基础，其埋深应≥1/18 建筑高度[3]。 如果高层民用建筑在岩石地基之上，要求基础埋深达到抗滑要求， 而且目前大多高层民用建筑均设有地下室，由此拓展建筑结构功能，使建筑物空间更大，高效利用土地资源，并由此对埋深问题予以解决，但此种设计也使建筑有更大的施工难度， 需要在地基埋深确定过程中综合考量建筑整体使用价值。 另外，民用建筑地基埋深也会在一定程度上受到地理空间点位的影响。 例如，某民用建筑在区块核心点位，周边分布着城市主干道以及住宅小区、商业办公楼等建筑，地下管线的埋设情况也比较复杂，所以，在确定该建筑地基埋深时， 应尽量避免干扰周边建筑物， 细致地做好测量工作，全面收集有关信息和资料，最大限度地降低对周边建筑和道路的影响，并确保建筑能够正常、安全使用。

4.3 考量地基承载力

在民用建筑地基基础设计过程中， 还要综合考虑建筑正常使用中的极限状态以及承载能力极限情况， 若民用建筑选择的是天然地基和独立基础结构， 那么要求其承载力应达到以下要求： 上部建筑结构中的竖向荷载能够顺利传至独立基础当中，而且独立基础的基底压力不可比地基承载力高；而若民用建筑选择桩基础以及承台结构， 那么其承载力要达到以下要求：上部建筑结构当中的竖向荷载能够顺利传至承台，然后再传至桩基， 而且桩基所承受的竖向力不可比桩基承载力特征值高[4]。 在正常设计及使用时，应达到基础沉降、裂缝宽度验算、桩基抗裂、桩基沉降变形等要求。 比如，在对民用建筑结构的主裙楼进行一体化设计过程中， 不仅要对地基承重能力予以考量，还要结合实际情况优化基础设计，选择合适的基础设计方案，深度修正主体结构地基，结合基础底面荷载情况，根据双侧超载程度明确基础埋深。

一般在基础双侧有不同的超载情况时， 其基准应为结构地基承载力极小值； 而如果基础双侧的超载超过基础宽度2倍时，则要参考土层厚度[5]。 而且和土质地基相比，岩石地基有着更强的地基承载能力，可分别选取破碎岩体、完整岩体、较完整岩体的样本展开地基荷载试验， 并结合单轴抗压强度标准值对地基承载力的特征值进行计算。

4.4 做好性能计算

首先，要进行稳定性计算。 当前很多民用建筑工程普遍有抗浮稳定性不佳情况，为规避此问题，需要设计人员结合工程设计要求及实际情况优化设置构件，也可采取增压措施。 若局部抗浮没有达到要求， 可适度提升结构刚度， 如可应用抗拔桩，若抗拔桩的位置发生变动，也会同步增加抗拔力[6]。 为避免结构有较大差异，需要优化设计抗拔力值。 比如，某民用建筑的地下室基底深度较大，抗浮水头是18.8 m，所以，上部建筑结构重量无法达到抗浮要求，要着重优化抗浮设计，使建筑物更加稳定。 对于这一情况，主要采取岩石锚杆抗浮措施，结合整体抗浮要求，对单根锚杆其所承受的浮力作用值（即Nwk）加以计算，公式为：

式中，Fk为单根锚杆所承受的水浮力标准值；γG为荷载分项系数，取0.9；Gk为单根锚杆其底板自重标准数值，经计算获得锚杆直径、长度还有间距。

其次，要进行基础变形计算。 因为地基变形程度对民用建筑的安全性有直接影响，所以，基础设计期间要做好地基变形计算。 地基变形主要有地基沉降差、地基沉降量、地基局部倾斜、地基整体倾斜等类型，地基设计及施工中要着重计算这几类地基变形，确保地基变形计算值比地基变形允许值小，若发现计算值超过允许值，需及时调整地基基础设计，促使地基基础更加稳定[7]。

4.5 科学选择施工材料

在民用建筑基础结构当中， 基础配筋以及混凝土等材料性能及质量等也会对基础结构的稳定性以及安全性产生直接影响，所以，基础设计中还要优化选定基础配筋以及混凝土等材料，合理提升施工标准，保证建筑结构更具耐久性，并达到规范标准。 设计人员在确定基础配筋过程中，要注意和最小配筋相匹配，结合标准图纸设计基础配筋，对基础宽度、高度做适当调整，促使基础结构更加可靠与稳定[8]。

5 结语

在民用建筑结构中，基础结构发挥着支撑作用，直接影响着工程建设的整体质量及安全性。 所以，要求设计人员充分认识基础设计的重要性，明确影响基础设计的因素，并在做好地质勘察以及细致分析的基础上优化选择基础类型，合理确定基础埋深，着重考量地基承载力，并加强性能计算，优化选择施工材料，尽量提升民用建筑基础设计质量，保障整体建筑设计果。