關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基礎(chǔ)設(shè)計探討

摘要：基礎(chǔ)設(shè)計和施工對建筑本身至關(guān)重要.只有選擇合理的基礎(chǔ)形式及設(shè)計方法才能夠保證建筑結(jié)構(gòu)安全并且降低工程造價。文章通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中基礎(chǔ)設(shè)計進行探討，具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；基礎(chǔ)設(shè)計

1、建筑結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)設(shè)計概述

基礎(chǔ)設(shè)計是在考慮構(gòu)造措施的前提下，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告、上部結(jié)構(gòu)類型及上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)和當(dāng)?shù)氐氖┕ぜ夹g(shù)水平和材料供應(yīng)情況確定基礎(chǔ)的形式以及材料的強度等級，進行基礎(chǔ)底面積的確定及地基承載力驗算，完成基礎(chǔ)的內(nèi)力計算和配筋計算。

建筑的基礎(chǔ)一般采用深樁基礎(chǔ)，受力可以是樁獨自受力或者樁土共同受力。樁基礎(chǔ)是一種比較古老的基礎(chǔ)形式，其力學(xué)原理正確，通過樁可以充分發(fā)揮深部土層的承載能力，同時又具有施工相對簡單的特點。也因此樁基不僅能延續(xù)至今，而且結(jié)合現(xiàn)代的施工和材料技術(shù)還獲得了更進一步的發(fā)展，成為目前基礎(chǔ)工程中普遍采用的一種重要的基礎(chǔ)形式。

為了滿足各種結(jié)構(gòu)物的要求，適應(yīng)各種不同地質(zhì)條件和施工方法，在工程實踐中往往采用各種不同的樁和樁基礎(chǔ)。一般比較常用的分類方法是根據(jù)受力條件的不同，將樁分為端承樁和摩擦樁。端承樁一般會穿過較軟弱土層，樁底支承在巖層或硬土層等非壓縮性土層上，沉降量很小，樁側(cè)摩阻力可以忽略不計，全部荷載由樁底巖石層抵抗力承受。摩擦樁穿過并支承在各種壓縮性土層中，一般樁基沉降量比較大，主要依靠樁側(cè)摩阻力承擔(dān)豎向荷載，樁底土層也會支承部分豎向荷載。

樁基礎(chǔ)的受力方式有兩種，可以是獨自受力，也可以是樁土共同受力。不過不管樁基礎(chǔ)是獨自受力還是樁土共同受力，其作用最主要也是將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給地基。樁基礎(chǔ)另外一個作用是可以比較好的控制建筑物的沉降量。天然地基往往不可能非常均勻，在建筑物的不同部位某層土層的厚度一般不可能完全相同，甚至還會出現(xiàn)在局部部位土層缺失的情況，這些都會造成建筑物的不均勻沉降。相比天然地基，樁基礎(chǔ)把荷載傳遞給不可壓縮或低壓縮性的硬土層或巖石層，建筑物的沉降量就會容易控制。

2、建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型的選擇

建筑基礎(chǔ)的選型應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)、抗震設(shè)防要求、施工條件、周圍建筑物和環(huán)境條件等因素綜合考慮確定，應(yīng)選用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。

天然地基上的筏形基礎(chǔ)比較經(jīng)濟，宜優(yōu)先采用，必要時也可以采用箱型基礎(chǔ)；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件好、荷載較小且能滿足地基承載力和變形的要求時，也可以采用交叉梁基礎(chǔ)或其他基礎(chǔ)形式；當(dāng)?shù)鼗休d力和變形不能滿足設(shè)計要求時，可采用樁基或符合地基的形式。

基礎(chǔ)是否發(fā)生傾斜是高層建筑是否安全的關(guān)鍵因素。高層建筑由于質(zhì)心高、荷載大，對基礎(chǔ)底面一般難免有偏心，故在沉降過程中建筑物總重量對基礎(chǔ)底面形心將產(chǎn)生新的傾覆力矩增量，而此傾覆力矩增量又產(chǎn)生新的傾斜增量，傾斜可能隨之增長，直至地基變形穩(wěn)定為止。因此，為減少基礎(chǔ)產(chǎn)生傾斜，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)豎向荷載中心與基礎(chǔ)平面形心相結(jié)合，當(dāng)偏心難以避免時，應(yīng)對其偏心距加以限制。《高層規(guī)程》規(guī)定，在地基比較均勻的條件下，箱型基礎(chǔ)及筏形基礎(chǔ)的基礎(chǔ)平面形心宜與上部結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心重合。不能重合時，偏心距e宜符合e≤0.1W/A式中：e為基底平面形心與上部結(jié)構(gòu)在永久荷載與樓面可變荷載準(zhǔn)永久值組合下的重心的偏心距（m）；W為與偏心方向一致的基礎(chǔ)底面邊緣抵抗矩（m3）；A為基礎(chǔ)底面的面積（m2）。

對低壓縮地基或端承樁基的基礎(chǔ)，可適當(dāng)放寬偏心距的限制。

3、建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計

3.1房屋基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計基本要求

房屋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)是房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容。結(jié)構(gòu)設(shè)計方法采用概率極限狀態(tài)的設(shè)計理論。房屋上部結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)自身重力恒載、人、家具、設(shè)備等荷載的豎向靜力作用和風(fēng)壓力、地震力的水平荷載的動力作用下，滿足結(jié)構(gòu)應(yīng)有的強度、剛度、穩(wěn)定性問題。房屋靜載作用一般由上向下傳遞，地震作用則是通過基礎(chǔ)傳給上部結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)上部的機構(gòu)和下部的地基條件，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建筑物地下的部分對建筑整體具有十分重要的影響。房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一項全面、系統(tǒng)性的工作，我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中要保證遵循四項基本的原則：整體上抓大放小、設(shè)置多道防線、剛?cè)嵯酀鷧f(xié)調(diào)、打通重要關(guān)節(jié)。按照這樣的原則進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，對在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時的反饋和研究，不斷提高設(shè)計人員自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。設(shè)計的結(jié)構(gòu)在滿足建筑物安全的同時，符合實際使用的要求。

由于建筑層數(shù)多，上部結(jié)構(gòu)荷載很大，使其基礎(chǔ)具有埋置深度大、材料用量多、施工周期長、工程造價高等特點。為此，建筑設(shè)計時應(yīng)滿足要求概括起來有如下幾個方面：

（1）地下結(jié)構(gòu)滿足建筑防水的要求；

（2）滿足天然地基或復(fù)合地基承載力及樁基承載力的要求；

（3）基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉降量應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的允許值；

（4）應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟效益，不僅考慮基礎(chǔ)本身的用料和造價，還應(yīng)考慮土方、降水、施工條件和工期等因素。

3.2地基條件對基礎(chǔ)受力狀況的影響

基礎(chǔ)受力狀況還取決于地基土的壓縮性及其分布的均勻性。當(dāng)?shù)鼗敛豢蓧嚎s時，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不僅不產(chǎn)生整體彎曲，局部彎曲亦很小；上部結(jié)構(gòu)也不會因不均勻沉降產(chǎn)生次應(yīng)力。實踐中最常遇到的情況卻是地基土有一定的可壓縮性，且分布不均，這樣，基礎(chǔ)彎矩分布就截然不同。基礎(chǔ)與地基界面處往往顯示出摩擦特征。由于土的強度有限，形成的摩擦力也有限，不會超過土的抗剪強度。孔隙水壓力的變化，可能改變壓縮過程中摩擦力的大小與分布。此外，外荷載的分布和性質(zhì)、基礎(chǔ)的相對柔度以及土的蠕變等涉及時間變化的效應(yīng)等都會影響到界面條件。因此，應(yīng)從完全光滑一直到完全粘著這兩種極端情況之間來慎重估計界面摩擦的影響。

3.3上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基共同作用的概念及分析方法

上部結(jié)構(gòu)與地基和基礎(chǔ)三者是彼此不可分離的整體，每一部分的工作性狀都是三者共同作用的結(jié)果。共同作用分析，就是把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基看成是一個彼此協(xié)調(diào)工作的整體，在連接點和接觸點上滿足變形協(xié)調(diào)的條件下求解整個系統(tǒng)的變形與內(nèi)力。在共同作用分析中，上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)通常是由梁、板組成，因此可以采用有限單元法、有限條法、有限差分法或解析方法建立上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度矩陣，并利用變形協(xié)調(diào)條件與地基的剛度矩陣耦合起來。地基首先需確定采用何種地基模型：線彈性地基模型，非線彈性地基模型還是彈塑地基模型。然后建立地基的剛度矩陣。在共同作用分析中，可以根據(jù)實測結(jié)果把基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的實際剛度進行共同作用分析，并考慮施工過程的影響，把結(jié)構(gòu)荷載和剛度形成情況分別考慮來進行共同作用分析。

4、建筑在基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)考慮的主要因素

建筑的基礎(chǔ)設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，它對保證建筑物的正常使用和安全至關(guān)重要。因此，基礎(chǔ)設(shè)計時必須做到以下五個方面的要求。

4.1基底附加壓力不超過地基承載力或樁基承載力；

4.2基礎(chǔ)總沉降量和差異沉降量控制在允許限值以內(nèi)；

4.3適當(dāng)考慮樁基的運用；

4.4預(yù)先估計到基礎(chǔ)在施工過程中對毗鄰房屋可能造成的影響；

4.5應(yīng)當(dāng)考慮綜合經(jīng)濟效果，不僅考慮基礎(chǔ)本身的用料和造價，還應(yīng)考慮使用、施工條件和施工工期等因素對經(jīng)濟效果的影響。

5、結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國建筑業(yè)也得到了快速發(fā)展，取得了巨大的成就，但同時也存在一些問題。實際設(shè)計工作中常常發(fā)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計的種種概念和方法上的差錯，這些差錯的產(chǎn)生，有的是由于設(shè)計人員沒有對一般建筑尤其是多層建筑設(shè)計引起高度重視，盲目參照或套用其他的設(shè)計的結(jié)果；有的則是由于設(shè)計人員對設(shè)計規(guī)范和設(shè)計方法缺乏理解；還有的是由于設(shè)計者的力學(xué)概念模糊，不能建立正確的計算模式，對結(jié)構(gòu)電算結(jié)果也缺乏判斷正確與否的經(jīng)驗。