房屋建筑结构设计中的基础设计探讨

李玉杰

摘要：随着房屋建筑功能要求的多样化，结构体型呈现复杂化发展趋势，建筑工程设计面临着许多全新的问题与挑战。传统设计模式与理念难以满足实际的设计需要，往往存在缺乏设计经验、设计方法选择不当、概念设计模糊、完全照搬同类工程设计方法的问题。基础作为房屋建筑的根基，起到承担上部荷载并传递给地基的作用，基础的安全与否关系到整个建筑结构的安全及经济。因此本文通过实际工程，从地质条件、上部结构刚度等影响因素，基础类型及其适用范围，基础埋深、较大基础高差、基础抗浮等设计要点方面，阐述了一些工程中遇到的实际问题，提出了一些可行的解决措施。在建筑工程基础设计时，要多注重概念设计，通过一些构造技术措施来保证建筑结构的安全适用，经济合理，为同类工程设计提供一些设计参考。

关键词：基础结构;影响因素;基础类型;设计要点

一、房屋建筑基础结构设计影响因素

1、地质条件

地质条件是基础设计的主要依据，不同的地质条件承载力及变形能力有很大区别。然而在实际工程中，设计人员并未认真分析地勘报告，忽略地勘中存在的一些不良地质问题，导致基础设计方案不合理，在后续施工及使用期间容易出现地基不均匀沉降，抗浮不足等严重问题。因此，在基础设计前必须认真研读并分析岩土工程详细勘察报告，必要时到现场进行踏勘，充分了解地基承载力、变形能力、抗浮设防水位、及是否存在不均匀土层、软弱土层、液化土、膨胀性土、废弃枯井等特殊地基，及时发现问题，在基础设计方案中采取相应措施，如采取换填法、水泥搅拌桩、CFG桩等来处理软土地基，来满足地基承载力及变形的要求。

基础设计时对缺少的必要地质资料应提出补充勘察的要求。如2021年2月某公司提供的关于山海同湾某住宅楼的岩土工程勘察报告，报告中仅简单说明勘察期间场地内未见地下水。报告中未告知是否存在腐蚀性及抗浮设防水位，在基础结构方案设计初期想当然认为不存在抗浮问题，故地库设计时简单的采用了独基加防水板的方案。后期发现本住宅楼位于辽宁东戴河新区起步区，距离海边不是很远，同时勘察期间又是枯水期，遂向地勘公司提出了疑问，结果地勘补充抗浮水位很高，存在严重的抗浮不足问题。如果未及时发现这个问题，待雨季等出现水位升高后就有可能发生严重工程事故。

2、上部结构

上部结构与地基基础组成一个整体共同作用，不仅地基基础的变形影响上部结构的安全，上部结构的整体刚度对基础的设计也有很大的影响。不同结构体系的上部建筑结构所形成的整体刚度有较大区别，其适应地基基础的变形能力也有所不同。如采取的基础类型与上部结构不匹配，一反面由于没有考虑上部结构刚度的影响，导致基础过大，桩数过多等，造成没有必要的浪费，另一方面夸大考虑上部结构刚度，在工程施工与使用期间容易产生较大的变形与沉降，造成安全隐患。为了验证上部结构对基础结构的影响，本人通过YJK软件，采用有限元的计算方法，分别对框架结构和剪力墙结构考虑上部结构刚度与不考虑上部结构刚度进行计算对比，对于整体刚度相对较小的框架结构，考虑上部结构刚度与否对基础的地基反力，沉降等影响不是很大，但对于剪力墙结构，由于整体刚度较大，考虑上部结构刚度与否对基础的地基反力及沉降有很大影响，考虑上部刚度后地基反力及沉降更趋于均匀，承载力更容易满足，在一定程度上可以减小筏板的厚度。说明在对基础进行设计时，考虑上部结构的刚度，并随着上部结构刚度的增大能减小地基的差异沉降，在一定程度上使基础设计更经济合理。因此地基基础设计时，综合考虑地质条件，结构类型等，有条件的情况下应考虑上部结构与地基基础整体协调设计[1]。

二、房屋建筑基础的常见类型

基础是将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分[2]。不同类型基础形式在建筑整体结构中发挥作用与适用范围存在明显差异，设计人员应根据地质条件，建筑高度和体型、使用功能、结构类型、荷载情况、有无地下室等情况来选择合理的基础形式。在进行基础设计时，优先采用天然地基，承载力和变形不能满足要求时采用地基处理的复合地基，桩基础形式等，以达到经济效果。上部结构形体不规则，荷载分布不均匀及高烈度设防区的建筑应优先选用筏板基础、桩筏基础等整体性和刚度较大的基础。

1、柱下独立基础

柱下钢筋混凝土独立基础形式简单，传力明确，地基较好时，宜优先选用。单独柱基多用于无地下室且地基较好的多层框架结构。对于有地下室、地基较好且地下抗浮设防水位不高时现比较常用的是独立基础加防水板的形式。为了增强独立基础之间的整体性、减少不均匀沉降及首层计算高度等，在符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016版）第6.1.11条规定时，宜在两个主轴方向设计基础拉梁来平衡柱底弯矩。采用偏心较大的独立基础，容易导致基础产生较大转角，出现倾斜失稳现象，存在安全隐患，设计人员应引起注意。采用独基加防水板时，不考虑防水板的承载能力，独立基础承担全部上部荷载，防水板及起到抗浮或防潮的作用。当地下水位在基底以下或高出基底不多时，可不考虑防水板对基础的影响，防水板按构造配筋，但当地下水位较高时，应该考虑防水板承担水浮力对基础弯矩的增大作用[3]。

2、柱下条形基础

柱下条形基础由基础梁及梁底两侧挑板组成的倒T形基础，多用于地基承载力较小、软弱地基上框架结构或排架结构的房屋建筑工程中，由多排柱交叉分布构成，起到分散荷载、抑制地基不均匀沉降、形成一定空间刚度的作用。由于计算机的普及应用，建议柱下条形基础按弹性地基梁进行计算，基础梁截面一般由剪力控制，基础梁高度可取1/4～1/8的柱距，有條件的情况下两端宜悬臂伸出第一跨的1/4，并适当增加两端跨的受力钢筋面积。

3、墙下条形基础

墙下钢筋混凝土条形基础多用单层或多层砌体结构房屋，多层及小高层钢筋混凝土剪力墙结构房屋。由于基础本身及上部结构的整体刚度较大，在墙下钢筋混凝土条形基础设计计算时，基础底面的地基反力可按直线分布的假定进行计算。对于宽度较大的条形基础，注意基础交叉重叠面积对基底面积的影响。尤其注意在进行挡土墙的条形基础设计时，不能忽略土压力引起的墙底弯矩及水平推力。

4、筏板基础

筏板基础分为平板式与梁板式。平板式筏基由大厚板基础构成，梁板式筏基由地基梁和基础筏板组成。由于平板式筏基构造简单，整体刚度大，基础高度底，开挖深度小等，通长首选平板式筏基。由于筏板基础整体刚度较大，对于高层建筑，当条形基础不能满足承载力及变形要求，或建筑物要求基础具有足够的刚度来调节承载力及不均匀沉降时可采用筏板基础。对于框架-核心筒结构及筒中筒结构多用变厚的平板筏形基础。

5、桩基础

桩基础是由设置于岩土中的桩和连接于桩顶的承台组成的基础。基础底板下地基土承载力较低，或存在较厚软弱土层时，桩可以将上部建筑荷载有效穿越土层传递至地基持力层。桩基础由于具有承载大、整体性好、沉降小等特点被广范应用。实际工程中桩大多布置在墙柱等冲切椎体范围内，对于荷载分布差异较大的框架-核心筒结构及主楼与裙房结构，在荷载较大的核心筒范围加密布桩，实现变刚度调平设计，裙房范围采用天然地基等措施来减少差异沉降。桩基础的种类很多，面对不同地质条件，不同的结构形式，可以采取相应类型的桩基础。

三、房屋建筑结构设计中的基础设计要点

1、确定基础埋深

此处基础埋深是房屋建筑基础底面至室外地面之间的距离，一定要正确区分用于地基承载力修正所用的基础埋深。基础埋深合理与否，直接影响到建筑结构的整体抗倾覆能力及地基抗滑移稳定和變形。因此在确定基础埋深时，设计人员首先需根据建筑物高度、结构类型、水文地质条件、相邻建筑物基础埋深、荷载大小、基础类型等因素来确定基础埋深。如安徽六安康城帝景二期岩土工程勘察报告中场地范围内②层粘土属于膨胀土，具有弱膨胀潜势，根据当地经验，膨胀土对低层建筑物破坏性较为明显，参照有关膨胀土设计规范规定，基础埋深宜≥1.5米。其次，在满足地基稳定、变形、承载力、抗冻深度等前提下，为控制工程造价成本，基础尽量浅埋，但不小于0.5m。最后，将基础埋深值与地下水位进行对比，如果埋深值在地下水位以下，为减小施工扰动，避免出现突发状况，需额外采取设计措施，如在施工期间采用人工降水，基坑底部铺筑适当厚度的砂垫层，搭设地下连续墙等支护结构起到挡土防渗作用。

2、基础高差处理

实际工程中经常遇到由于各种原因导致的多高层主楼基础高于相邻地下车库基础，如2018年河北高碑店铂悦府住宅小区，12栋剪力墙结构住宅单体及地下车库，其中8栋6～7层住宅与车库通过连通口相连，两者水平距离仅5米左右，但基底高差在3.9米左右。不满足水平距离是基础高差的2倍[3]。车库外墙不仅承担土压力，还要承担主楼基底荷载所带来的较大水平推力，同时由于主楼两侧的埋置条件不同，对主楼的稳定性也有一定的影响。为了保证整个建筑结构的安全，首先要保证车库外墙满足在各种荷载作用下的承载力要求及抵抗变形能力的刚度，其次还要在基坑开挖过程中做好必要的维护措施减小对边坡土体的扰动。常规做法，可以参照实际工程中新建基础与相邻建筑基础较近时，采用的永久性锚杆、钢板桩、地下连续墙等措施来减小主楼对地下室外墙的影响。但考虑到本工程主楼层数较低，从经济角度出发，本工程采用局部降低筏板边缘底标高，控制降低后的筏板底标高与地库基础的高差与水平距离在1：2范围内，两者之间用素土分层夯实回填，且压实系数不小于0.94，具体见图1，同时通过在地库内增加与地库外墙垂直的内墙来提高外墙的平面外刚度，施工时先从地库开始施工，主楼在正负零施工完后及时进行肥槽回填。本工程现已全部封顶，暂没有出现结构问题。本工程主楼较低，采用此方案相对经济合理，针对高层建筑应采用更有效的结构措施。

3、基础抗浮

近年抗浮稳定工程事故频发，在实际工程中一定要引起高度注意，尤其是地下水位较高的情况。抗浮设防水位的高低对建筑本身的造价及安全有较大的影响，地勘单位应通过技术分析确定相对合理的抗浮设防水位。目前常用的抗浮设计方法有压重法，抗浮桩或抗浮锚杆法、针对仅局部抗浮不够增加局部基础刚度法。根据《建筑工程抗浮技术标准》[4]JGJ476-2019中表3.0.1及表7.1.11-1和第7.5.8条规定，对于甲级设计等级的基础，即甲级抗浮工程设计等级的基础采用抗浮锚杆进行抗浮设计时需要采用预应力锚杆。

考虑到山海同湾某住宅楼地库面积不是很大，本工程采用了安全可靠的压重法，在筏板基础上回填1.1m素混凝土及增大车库顶板厚度及覆土压重来满足抗浮要求，同时要求基槽室外1.0米宽度范围内用3：7灰土回填，防止地表水渗入而出现抗浮问题。

结语

综上所述，为建设优质的房屋建筑工程，全面提高建筑结构的安全。在房建工程基础结构设计阶段，建筑企业应提高对基础设计工作的重视程度，深入了解基础设计的主要影响因素，贴近工程实际需要选择合理的基础结构类型，重点把控房建基础结构设计细节与要点。不断提升房建工程的设计水准，促使我国建筑业的健康发展。

参考文献

[1]中国建筑设计院有限公司.结构设计统一技术措施[M].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2]建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]朱丙寅.建筑结构设计问答与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[4]建筑工程抗浮技术标准：JGJ476-2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.