關于土木工程建設中建筑結構基礎設計分析

聶旭東

(山西路晟交通建筑設計有限公司，山西 太原 030001)

當前，建筑數量和種類越來越多，傳統基礎設計形式已經無法滿足建筑行業的發展需求。只有確保基礎設計的科學合理性，才能維護土木工程建筑結構的安全性，進而推動整個建筑行業的良好發展。

1 基礎形式設計說明

1.1 單多層建筑的基礎設計說明

一般來說，單多層建筑以框架結構和砌體結構為主。單多層框架結構基礎形式主要形式為柱下獨立基礎或者柱下條形基礎，這種基礎由于受力簡單明確、方便施工、同時經濟效益顯著。因此，是工程設計的首選。柱下條形基礎一般用于柱網布置比較有規律的結構中。近年來，獨立基礎加防水板基礎也在工程中得到了廣泛應用。

多層砌體結構基礎主要以墻下鋼筋混凝土條形基礎為主，墻下條形基礎受力簡單，傳力直接，墻下條形基礎一般均可拆分為兩個單向條形基礎進行計算。

1.2 高層建筑的基礎設計說明

高層建筑的垂直高度較高，基礎結構所需承受的來自上部結構的重力荷載相對較大。基礎形式主要有筏形及箱型基礎、樁基礎。筏形基礎具有整體性好、承載力高、結構布置靈活等優點，箱型基礎施工難度大，造價較高，一般用于人防等特殊用途的地下室建筑中。

2 土木工程建筑設計中結構基礎設計的相關要點

2.1 墻下條形基礎的設計要點

土木工程建筑的基礎設計形式是多種多樣的。墻下條形基礎是一類較為常見的基礎設計形式。在選擇材料時，多以磚石、混凝土以及毛石等剛度條件良好的基礎材料為主。這些材料不僅具有良好的剛度條件，而且在抗壓能力、抗拉能力與抗剪能力等方面也體現出諸多優勢。設計人員必須從剛度角度出發，對墻下條形基礎內部產生的抗拉能力與抗剪能力展開控制，將基礎所承受的拉應力和剪應力控制在耐受限度內。

通常來說，多層砌體結構以墻下條形基礎為主，比如早些年的小區住宅、辦公樓等。如果持力層為良好的天然地基，能承受一定的重力荷載，也可以適當提升建筑的樓層數。

總的來說，墻下條形基礎具有施工便捷迅速、造價成本低等優勢。為增強整體基礎的整體性，可采取基礎上方增設地圈梁的方式。將鋼筋混凝土柔性基礎運用到土木工程建筑的條形基礎中，當上部結構產生的重力荷載超過地基基礎的抗壓耐受限度，地基基礎就會出現不規則沉降，增大基礎斷面。

此外，基礎埋深應根據建筑物的高度、體型、結構形式、地質情況和抗震設防烈度等因素綜合考慮。如果地基基礎分布不均勻，可以采取增設肋梁的方式，增強基礎抗彎矩能力，以此有效抑制地基基礎的不規則沉降。

2.2 獨立基礎的設計要點

按照獨立基礎的剛度差異，可將其劃分為剛性基礎和柔性基礎兩大類。獨立柱基礎斷面以矩形和方形為主。通常情況下，設計人員會根據柱荷載偏心距對斷面形狀加以選擇。

若柱荷載偏心距較大，以獨立柱基礎為宜，可以節約投資成本，擴大經濟效益。采用拉梁拉結設計形式，可以顯著提升地基基礎的抗震性能，避免地基基礎在發生地震時出現不規則形變。如果土木工程建筑的上部結構是框架結構，而地基基礎又具備一定的承載負荷能力，則地基基礎出現不規則形變的概率是較低的。對于獨立柱基礎來說，宜沿兩個主軸方向設計基礎拉梁。拉梁的主要目的是：(1)加強獨立基礎之間的整體性；(2)調整柱基之間的不均勻沉降；(3)減小首層柱的計算高度等等。

2.3 柱下條形基礎和十字交叉基礎的設計要點

如果土木工程建筑所處區域的地基條件較差，或者產生的柱荷載較大，單純采用獨立基礎形式根本無法滿足整體建筑結構的承載負荷力要求。又由于施工現場預留的回旋空間有限，環境雜亂，無法擴大基礎面積。所以在這種情況下，柱下條形基礎是最佳選擇。柱下條形基礎具有良好的剛度條件，可以避免地基基礎發生不規則沉降。但是如果柱基礎的荷載偏心距過大，條形基礎的剛度條件也無法滿足要求，自然也無法控制地基基礎的不規則沉降。

為保證柱下條形基礎充分發揮實際作用，一般條形基礎的梁截面高度高取柱距的1/4～1/8，條形基礎的端部宜向外伸出，長度宜為第一跨距的0.25倍。如果地基基礎的承載負荷力不足，或者柱基礎承受的荷載力過大，則需擴大地基基礎底面積，提升基礎的承載負荷能力與抗形變能力。此時，十字交叉基礎形式是最合適的選擇。盡管十字交叉基礎形式具有良好的空間剛度條件，但并不適用于所有土木工程建筑。為此，設計人員就要結合實際情況，在條件允許的情況下選擇十字交叉基礎形式。

2.4 鋼筋混凝土筏片基礎的設計要點

如果地基土質分布不均勻，地基基礎承載負荷能力較差，且土木工程建筑上部結構產生的重力荷載較大，可以選擇十字交叉基礎形式。由于部分地基基礎的底面積存在相互重疊的可能性，無法提供充足的底面積空間。對此，可采用鋼筋混凝土筏片基礎結構形式。通常來說，鋼筋混凝土筏片基礎結構形式往往更加適用于土木工程建筑的地下室結構設計中。

鋼筋混凝土筏片基礎也分為多種類型，而且不同基礎形式的適用條件不同。若地基基礎所受到的荷載力較小，可以選擇平板式筏片基礎；若地基基礎所受到的荷載力較大，可以選擇梁板式筏片基礎。此外，鋼筋混凝土筏片基礎具有良好的剛度條件，可以有效抑制墻體或柱體的不規則沉降，尤其是對于軟土地基，具有良好的效果。

2.5 樁基礎的設計要點

樁基礎具有承載負荷能力強，沉降量小等優勢特點。大多數土木工程建筑都會選擇淺基礎形式。只有當地基基礎抗荷載能力與抗形變能力無法滿足要求時，才會選擇樁基礎形式。樁基礎形式在土木工程建筑基礎結構設計中的應用情況如下。

第一，如果土木工程建筑上部結構產生的重力荷載過大，同時，下部結構作為樁端持力層時，可以選擇樁基形式；第二，如果土木工程建筑地基淺層基礎出現不規則沉降，而軟土地基的夯實加固處理無法滿足整體結構的沉降需求，需采用樁基礎形式；第三，盡管地基基礎具有較強的承載負荷能力，但由于土木工程建筑的自身重量較大，對地基基礎的抗沉降能力提出了較高的標準要求，所以適宜選擇樁基礎形式。

3 合理設計土木工程建筑基礎結構的方法

3.1 合理布置建筑總平面圖

在建筑總平面圖設計時，設計人員還需考慮建筑物周邊的具體情況。在土木工程建筑地基基礎設計中，必須嚴格參照建筑抗震設計標準規范進行設計。在科技時代背景下，設計人員要結合工程地質、工程分類、基礎等級合理運用設計軟件創建建筑結構模型，綜合分析基礎結構的承載負荷能力，保障整體建筑結構的安全性。

3.2 選擇合理的基礎結構形式

在對建筑物展開基礎結構展開時，應根據建筑物功能要求以及建筑物周邊環境的特點，選擇適宜的基礎結構類型。滿足安全的前提下避免浪費，同時，在設計中應避免“偷懶”設計。例如，有設計人員在梁板式筏基中，采用滿堂布樁，看似是保守設計，但實際中地基梁與筏板的剛度差距較大，基礎梁剛度很大，而板相對剛度較小，很難滿足梁板同時作用，嚴重時就有可能造成梁下樁先破壞，進而致使板下樁也遭到破壞，嚴重危害結構的安全性。

3.3 合理設計上部結構設計

基礎結構的主要作用是承擔上部結構產生的重力荷載。由此，上部結構的設計形態決定了基礎結構的設計形態。為維持基礎結構設計的穩固性，就需要對上部結構展開合理設計。

4 結 語

綜上所述，在土木工程建筑結構基礎設計中，設計人員應明確設計標準規范與設計要點，采用合理的基礎結構形式，保證整體土木工程建筑的安全性，以滿足人們的基本需求，推動建筑行業的良好發展。