房屋建筑結構設計中基礎選型探討

伍騰峰（湘潭市規(guī)劃建筑設計院，湖南 湘潭411100）

房屋建筑結構設計中基礎選型探討

伍騰峰（湘潭市規(guī)劃建筑設計院，湖南 湘潭411100）

隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展，現(xiàn)今的房屋建筑需要滿足的功能要求日益增多，工程造價在很大程度上取決于設計。在實際設計過程中，基礎工程建造造價占建筑總造價的15～25%，超高層建筑所占比例更高。因此，必須加強對建筑結構基礎設計的關注和重視，確保基礎設計的科學性和合理性，在保證安全的前提下，節(jié)約工程造價。基于此，本文介紹了地基基礎設計的重要性及需要遵循的原則，分析了房屋基礎設計的選型，并提出了在設計過程中需要注意的有關問題，以供參考。

房屋建筑；結構設計；基礎設計；基礎選型

1 引言

建筑物的重量最終要通過基礎傳給地基，一個穩(wěn)固的地基和基礎是建筑物安全的基本要求，并且相對于上部結構，基礎造價對建筑總造價的影響較大。因此，地基基礎設計是建筑結構設計的重要組成部分。而在地基基礎設計過程中，應充分利用地基本身的承載能力，選擇合理的基礎形式，才能在滿足建筑物安全的同時降低工程造價。因此，在結構設計時，提高地基基礎設計的水平極具現(xiàn)實意義。

2 影響建筑地基基礎設計的因素

2.1 上部結構的影響

建筑的高度，上部結構形式，墻體的厚度對于基礎的類型、埋深以及基底面積都有著十分重要的影響，其會導致房屋建筑荷載在基礎上分布特點的不同，隨后則會相應的影響基礎沉降、穩(wěn)定性以及抗變形能力，所以，在進行房屋建筑結構基礎設計時要重點考慮。

2.2 地質(zhì)條件的影響

基礎的選型很大程度上取決于地質(zhì)條件，而地質(zhì)條件所涉及的范圍較廣，包含的因素也比較的復雜，其中影響較大的因素主要有以下幾個：①土層的地基承載力，土層的地基承載力是能否選作基礎持力層的關鍵；②土層的分布均勻性問題，土層厚度在基礎范圍內(nèi)的不均勻分布將會造成不均勻沉降，嚴重者甚至危及建筑物安全；③地下水的分布情況，對于帶地下室建筑基礎設計必需考慮抗浮問題。基礎設計中必需對地質(zhì)勘察資料進行分析研究，才能做出安全合理的基礎方案。

2.3 施工環(huán)境

房屋建筑的施工環(huán)境主要指自然環(huán)境以及人工環(huán)境。自然環(huán)境則主要包含：建筑場地的地形情況，建筑場地所在地的是否存在凍融情況等。人工環(huán)境對于建筑基礎設計的影響則主要體現(xiàn)在基礎工程在施工過程中，不能對周邊建筑物或居民產(chǎn)生過大影響。

3 主要基礎型式

在進行房屋建筑基礎選型時，由于影響的因素比較多，因此盡可能選擇具有較高整體性能，能夠滿足地基承載載力及允許變形要求的基礎形式，所選擇的基礎形式最好能夠?qū)Σ痪鶆虺两灯鸬揭欢ǖ恼{(diào)節(jié)作用。現(xiàn)階段，工程中主要采用的基礎形式有以下幾種：

3.1 淺基礎

淺基礎一般指基礎埋深3～5m，或者基礎埋深小于基礎寬度的基礎，且只需排水，挖槽等普通施工即可建造的基礎。淺基礎根據(jù)結構形式可分為墻下條基、柱下獨基、柱下條形基礎、柱下交叉條形基礎、筏形基礎、箱形基礎等。

3.1.1 墻下條形基礎

墻下條形基礎是在墻下沿墻走向設置的擴展基礎，能直接將上部墻體傳來的線荷載分散至地基。根據(jù)所采用材料不同，可分為剛性條基和鋼筋混凝土條基。墻下條基存在荷載傳遞直接簡單、施工簡便、造價低等優(yōu)點。

3.1.2 獨立基礎

獨立基礎，多用于柱下，將柱傳來的上部荷載擴散至其下地基。獨立基礎常用斷面形式有踏步形、錐形、杯形。材料通常采用鋼筋混凝土、素混凝土等。其特點在于傳力路徑明確，設計計算方法簡單，施工簡便，造價較低。

3.1.3 柱下條形基礎及十字交叉基礎

柱下條形基礎由于有較好的剛度，可以對不均勻沉降進行有效的調(diào)整，所以通常在柱荷載較大或是地項穩(wěn)定性較差時采用，但柱距應控制在六七米的距離，否則條形基礎的作用也會下降。十字交叉基礎盡管其空間剛度較大，但其造價并不太經(jīng)濟，所以在使用過程中只有在條形基礎不能有效的滿足條件時，才能考慮使用十字交叉基礎。交叉基礎節(jié)點類型見圖1。

圖1 交叉基礎節(jié)點類型

3.1.4 鋼筋混凝土筏板基礎

鋼筋混凝土筏板基礎多用于地基承載力達不到標準，地基土質(zhì)不均勻，上部結構荷載較大，同時基礎之間空隙不夠或是出現(xiàn)重疊時，則均可以使用筏板基礎，同時在地下室結構中則需要使用筏板基礎，而且可以充當?shù)叵率业匕褰Y構使用。筏板基礎主要見圖2。

圖2 筏板基礎

3.1.5 鋼筋混凝土箱形基礎

箱形基礎是由鋼筋混凝土的底板、頂板和若干縱橫墻組成的，形成中空箱體的整體結構，共同來承受上部結構的荷載（如圖3所示）。箱形基礎整體空間剛度大，對抵抗地基的不均勻沉降有利，一般適用于高層建筑或在軟弱地基上造的上部荷載較大的建筑物。當基礎的中空部分尺寸較大時，可用作地下室。

圖3 箱形基礎

3.2 樁基礎

樁基礎由基樁和連接于樁頂?shù)某信_共同組成。樁基礎的受力特點是：通過承臺將上部荷載傳給基樁，再由基樁傳至樁周土體及樁底土層（巖層）。根據(jù)受力原理大致可分為摩擦樁和端承樁。

樁基礎優(yōu)點為：①沉降量小；②承載力較高；③抗地震性能好等。其缺點在于：①造價高；②施工較淺基礎復雜；③施工工期較長。

4 基礎選型及設計要點

4.1 多層建筑基礎設計

多層建筑基礎設計的特點在于上部荷載較小。故在地質(zhì)條件允許的前提下，宜盡量考慮淺基礎形式。

4.1.1 多層砌體基礎選型

多層砌體一般采用墻下條形基礎，在層數(shù)不高的時，可采用剛性條形基礎，以節(jié)約成本。

如地質(zhì)條件限制，不能采用天然地基上條形基礎時，宜優(yōu)先考慮地基處理滿足承載力要求的條形基礎。如淺層土層承載力較低（fa≤60kPa），且不適合做地基處理時，考慮采用墻下樁基礎。

4.1.2 多層框架結構基礎設計

多層框架結構一般宜采用柱下獨立基礎。如持力層承載力較低時，可考慮柱下條形基礎及十字交叉基礎。如多層框架結構帶地下室，宜采用柱下獨基加防水板的做法。如地質(zhì)條件較為復雜，亦可采用整體性較好的筏板基礎。

持力層埋深較大，如采用淺基礎開挖土方量較大時，宜采用樁基礎形式。

4.2 高層基礎選型

多層建筑基礎設計的特點主要有：①建筑傳至基礎的荷載較大；②高層建筑對基礎埋深要求較大，一般帶地下室，需考慮整體和局部抗浮；③高層建筑中主樓和裙房的荷載差距較為懸殊，容易引起不均勻沉降。這就需要在高層建筑結構設計時，應該嚴格按照相關規(guī)范規(guī)定的允許值來控制基礎總沉降量和差異沉降量。

在上部土層承載力較高時，宜采用天然地基上筏板基礎或箱形基礎。如土層承載力不夠或沉降量較大，亦可在筏板或箱形基礎下進行地基處理，做成復合地基以滿足承載力和沉降量要求。

如持力層埋深較大，可采用樁基礎加防水板做法來滿足承載力、沉降和抗浮的要求。

對于超高層建筑，則一般采用樁筏基礎或樁箱基礎，以便支承上部荷載和滿足沉降量的要求。

5 基礎選型案例分析

工程概況：某高層建筑主樓15層，裙房為4層（主樓、裙房均采用框架結構），總建筑面積20000余平方米，帶一層地下室，地下室底板以下為粉質(zhì)粘土層（fa=220kPa），抗浮水頭2.5m。

初步設計基礎方案為：主樓采用預制管樁加防水板，裙房采用獨基加防水板。

經(jīng)計算，承載力滿足要求，主樓和裙房間沉降差不滿足要求，設沉降后澆帶加以處理。

優(yōu)化實施方案：主樓與裙房均采用平筏板基礎，主樓筏板厚700mm，裙房筏板厚400mm。

經(jīng)計算，承載力滿足要求，筏板厚度滿足柱沖切要求，主樓和裙房間沉降差不滿足要求，設沉降后澆帶加以處理。

將優(yōu)化實施方案與初步設計方案進行對比，僅基礎工程一項節(jié)約造價300余萬元，節(jié)約工期30d左右。

6 結語

總而言之，基礎工程對整個工程項目的造價和工期影響較大。而基礎設計前期階段的基礎選型是控制基礎工程造價和施工工期的重點。本文對房屋建筑結構設計中的基礎選型問題進行了探討，得到以下結論：

（1）基礎選型中應綜合考慮上部結構形式、地質(zhì)條件和施工現(xiàn)場條件等因素。

（2）基礎選型宜優(yōu)先考慮淺基礎。如持力層（fa≥60kPa時）承載力不滿足要求時，可考慮復合地基上淺基礎。

（3）基礎選型宜以沉降作為設計控制條件。

（4）帶地下室建筑基礎選型時，應考慮地下室抗浮問題的影響。

[1]徐 忠.關于房屋建筑結構設計中的基礎設計的探討[J].工業(yè)b，2016（1）：135.

[2]張 翔.關于房屋建筑結構設計中基礎設計的探討[J].建筑·建材·裝飾，2015（13）：44.

[3]王琪一，褚廣平.探討房屋建筑結構設計中的基礎設計[J].建筑工程技術與設計，2015（9）：96.

TU318

A

2095-2066（2016）22-0161-02

2016-7-16

伍騰峰（1981-），男，工程師，碩士，主要從事結構設計，巖土設計等工作。