建筑基礎設計研究

高山棚 強霖

【摘 要】建筑結構設計是建筑設計中非常重要的一環，文章對析建筑結構設計中基礎設計進行探討，具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】建筑；結構設計；基礎設計

【Abstract】Building structure design is a very important part of architectural design. The article discusses the basic design of building structure design and has certain reference significance.

【Key words】Architecture；Structural design；Basic design

1. 前言

文章對建筑的基礎設計進行了簡要介紹，對建筑在基礎設計中應考慮的主要因素進行了闡述，通過分析，并結合自身實踐經驗和相關理論知識，對建筑基礎設計中應注意的問題進行了探討。

2. 建筑的基礎設計概述

（1）基礎設計是在考慮構造措施的前提下，根據工程地質勘察報告、上部結構類型及上部結構傳來的荷載效應和當地的施工技術水平和材料供應情況確定基礎的形式以及材料的強度等級，進行基礎底面積的確定及地基承載力驗算，完成基礎的內力計算和配筋計算。筑的基礎一般采用深樁基礎，受力可以是樁獨自受力或者樁土共同受力。樁基礎是一種比較古老的基礎形式，其力學原理正確，通過樁可以充分發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至今，而且結合現代的施工和材料技術還獲得了更進一步的發展，成為目前基礎工程中普遍采用的一種重要的基礎形式。基礎設計應根據建筑上部的結構類型、規模、荷載、整體剛度、對不均勻沉降的敏感性以及建筑下部工程地質條件、地層結構、各土層的物理力學性質、地基承載力、地下水位埋深與水質、當地凍深等因素因地制宜進行。當然，施工技術和施工材料等其他因素，也是全面考慮基礎形式選擇的條件。

（2）由于人們認識上的局限性以及計算手段的缺乏，在設計計算中往往人為地切割了各部分之間的聯系，而把上部結構和基礎結構作為兩個獨立的單元分別進行考慮，亦即首先把基礎結構作為上部結構的固定支座，求得上部結構在荷載作用下的內力和基礎結構固定處的反力，然后把該反力作用于彈性地基的基礎上計算基礎的內力。這種方法沒有考慮上部結構與地基基礎的共同作用，忽略了上部結構對基礎的約束（亦即上部結構剛度的貢獻）作用。它所導致的結果：一是基礎彎矩和縱向彎曲過大，基礎設計偏于保守；二是沒有考慮基礎實際存在的差異沉降對上部結構引起的次應力，在某些部位低估了上部結構的內力，從而使這些部位計算結果偏于不安全。

3. 建筑在基礎設計中應考慮的主要因素

建筑的基礎設計是建筑結構設計的重要內容，它對保證建筑物的正常使用和安全至關重要。因此，基礎設計時必須做到以下五個方面的要求。

（1）基底附加壓力不超過地基承載力或樁基承載力；

（2）基礎總沉降量和差異沉降量控制在允許限值以內；

（3）適當考慮樁基的運用；

（4）預先估計到基礎在施工過程中對毗鄰房屋可能造成的影響；

（5）應當考慮綜合經濟效果，不僅考慮基礎本身的用料和造價，還應考慮使用、施工條件和施工工期等因素對經濟效果的影響。

4. 建筑結構基礎設計分析

4.1 房屋基礎和上部結構設計基本要求。

4.1.1 房屋基礎結構和上部結構是房屋結構設計的主要內容。結構設計方法采用概率極限狀態的設計理論。房屋上部結構是在滿足結構自身重力恒載、人、家具、設備等荷載的豎向靜力作用和風壓力、地震力的水平荷載的動力作用下，結構應有的強度、剛度、穩定性問題。房屋靜載作用一般由上向下傳遞，地震作用則是通過基礎傳給上部結構。為適應上部的機構和下部的地基條件，基礎結構建筑物地下的部分對建筑整天具有十分重要的影響。房屋建筑結構的設計是一項全面、系統性的工作，我們在結構設計的過程中要保證遵循四項基本的原則：整體上抓大放下、設置多道防線、剛柔相濟協調、打通重要關節。按照這樣的原則進行結構設計，對在結構設計過程中發現的問題及時的反饋和研究，不斷提高設計人員自身的結構設計水平。設計的結構在滿足建筑物安全的同時，符合實際使用的要求。

4.1.2 由于建筑層數多，上部結構荷載很大，使其基礎具有埋置深度大、材料用量多、施工周期長、工程造價高等特點。為此，建筑設計時應滿足要求概括起來有如下幾個方面：

（1）地下結構滿足建筑防水的要求；

（2）滿足天然地基或復合地基承載力及樁基承載力的要求；

（3）基礎的總沉降量和差異沉降量應滿足規范規定的允許值；

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

4.2 地基條件對基礎受力狀況的影響。

基礎受力狀況還取決于地基土的壓縮性及其分布的均勻性。當地基土不可壓縮時，基礎結構不僅不產生整體彎曲，局部彎曲亦很??；上部結構也不會因不均勻沉降產生次應力。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，基礎彎矩分布就截然不同。基礎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?？紫端畨毫Φ淖兓?，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、基礎的相對柔度以及土的蠕變等涉及時間變化的效應等都會影響到界面條件。因此，應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。

4.3 上部結構與基礎和地基共同作用的概念及分析方法。

上部結構與地基和基礎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果。共同作用分析，就是把上部結構、基礎和地基看成是一個彼此協調工作的整體，在連接點和接觸點上滿足變形協調的條件下求解整個系統的變形與內力。在共同作用分析中，上部結構和基礎通常是由梁、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構和基礎的剛度矩陣，并利用變形協調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，可以根據實測結果把基礎和上部結構的實際剛度進行共同作用分析，并考慮施工過程的影響，把結構荷載和剛度形成情況分別考慮來進行共同作用分析。

5. 建筑基礎設計中應注意的問題

（1）保證荷載的可靠傳遞。

基礎結構應具有必要的強度和剛度，以保證將高層建筑上部結構作用于基礎頂面的巨大豎向、水平向荷載與力矩，可靠地傳給地基土或樁頂。

（2）參與變形協調，減少不均勻沉降。

基礎結構介于上部結構與地基土之間，其剛度大小及其在平面上的分布，對調整不

均勻沉降、減少整體和局部撓曲至關重要。例如：多、高層建筑中，當采用條形基礎不能滿足上部結構對地基承載力和變形的要求，或當建筑物要求基礎具有足夠的剛度以調節不均勻沉降時，可采用筏型基礎。筏型基礎的平面尺寸，在地基土比較均勻的條件下，基底平面形心宜與上部結構豎向永久荷載的重心重合。當不重合時，在荷載效應準永久組合下，宜通過調整基底面積使偏心距符合要求。

（3）內力分析中，應盡可能考慮基礎結構與上部結構和地基土的共同作用。

基礎結構與上部結構和地基土三者之間的共同作用是客觀存在的。當然，在實際工程設計中往往不可能都做到，特別是地基模型及其參數的選取，對共同作用的結果影響甚大；但在構造和配筋上反映對共同作用結果的考慮，是完全可能和必要的。例如：在同一大面積整體筏型基礎上建有多幢高層和低層建筑時，筒體下筏板厚度和配筋宜按上部結構、基礎與地基土的共同作用的基礎變形和基底反力計算確定。帶裙房的高層建筑下的大面積整體筏型基礎，其主樓下筏板的整體撓度值不應大于0.5‰，主樓與相鄰的裙房柱的差異沉降不應大于1‰，裙房柱間的差異沉降不應大于2‰。

6. 結束語

建筑基礎設計即對建筑工程中的基礎進行優化設計，是建筑設計中極重要的一環，為建筑工程今后打下好的基礎，需要重點對待。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2018）06-15-890