張志江 甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司工程師

隨著房屋建筑結(jié)構(gòu)逐漸向著高度、多功能等方面發(fā)展，房屋建筑結(jié)構(gòu)的工程難度逐漸增加，對于基礎(chǔ)部分的承載能力有著更高的要求，對于沉降、傾斜、穩(wěn)定性等方面的控制更加嚴(yán)格。在房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，一定要科學(xué)合理地進(jìn)行選型，要對所在區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié)，充分掌握影響房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的核心要素，了解影響基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，采取針對性措施提升基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平，從而保障基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的安全性和穩(wěn)定性，進(jìn)而提升民房建筑結(jié)構(gòu)的使用年限。

1 建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求

1.1 多層建筑

多層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)受多種因素的影響，地面土質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下巖土成分等是外部的基本條件，建筑本身的層高、地下室層數(shù)和建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對地基的壓迫程度是建筑自身對地基基礎(chǔ)的限制條件。此外，相關(guān)的抗震要求等對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。所以，在設(shè)計(jì)過程中需要考慮的設(shè)計(jì)要求是相對復(fù)雜的。地基的牢固性、建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與抗震性、地基豎向的承載力與橫向的抗滑移、地基的沉降指數(shù)、地基土層的抗壓能力和地基壓力變形范圍等，這些都是對地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求。

1.2 高層建筑

這類建筑通常要負(fù)擔(dān)很大的荷載，為此要求地基有突出的承載性能。為此，樁基需要有較深的深度?；诖耍O(shè)計(jì)工作者應(yīng)對整體的沉降幅度進(jìn)行嚴(yán)控，使用恰當(dāng)?shù)某至雍突A(chǔ)形式讓變形符合有關(guān)規(guī)范。并且樁基與地基大部分是地下項(xiàng)目，其地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的，設(shè)計(jì)應(yīng)讓用戶的實(shí)際需要得到滿足，并盡量降低項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的影響因素

2.1 上部結(jié)構(gòu)

一般房屋建筑主要包括地基和上部結(jié)構(gòu)兩部分，兩者之間密不可分，相互關(guān)聯(lián)，相互影響，所以房屋建筑的上部結(jié)構(gòu)會對地基基礎(chǔ)變形情況有較大影響。因此，進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時一定要充分考慮上部結(jié)構(gòu)剛度的影響，同時要考慮上部結(jié)構(gòu)形式對于基礎(chǔ)變形的影響。所以，在實(shí)際工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要充分考慮上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的影響，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的地基基礎(chǔ)。

2.2 地質(zhì)條件

為了確?；A(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性，一定要對建筑所在地的地質(zhì)情況進(jìn)行充分分析，要充分掌握所在地的地形地貌、地下管線情況、周邊建筑物、周圍交通情況、給排水情況和電力供應(yīng)情況等。

建筑物采取不同基礎(chǔ)方案時，在施工便利性、工程造價等方面存在較大的差異，一般盡量采用天然地基，能有效降低施工難度，提升其性價比。但對于某些較為特殊的建筑結(jié)構(gòu)，往往會建設(shè)在相對特殊的區(qū)域，如某些區(qū)域的地基強(qiáng)度不夠穩(wěn)定、具有較大壓縮性，無法有效滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時便需要針對性進(jìn)行處理，以提升基礎(chǔ)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，有效避免基礎(chǔ)變形問題[1]。此外，建筑基礎(chǔ)要避免受到土剪力而產(chǎn)生變形問題，選定建筑基礎(chǔ)時要避免產(chǎn)生滑坡問題。所謂的滑坡問題，是指建筑區(qū)域土層內(nèi)存在抗剪強(qiáng)度較差的滑動面，一旦受到外部載荷等影響，便會順著軟弱面形成滑動變形問題。

2.3 施工環(huán)境

進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時，某些天然地基無法滿足承載力和沉降方面的要求，這些區(qū)域會采取樁基礎(chǔ)，這些樁基礎(chǔ)施工時會對周邊環(huán)境造成影響。例如，樁施工過程中會對周邊環(huán)境產(chǎn)生噪聲、振動、擠土等方面的不良影響，情況嚴(yán)重時會造成非常大的損失。為了確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性，同時不會對場地附近原有建筑物安全造成影響，需要對樁基礎(chǔ)施工進(jìn)行有效控制。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型及埋設(shè)情況

第一，對于多層房屋建筑來說，應(yīng)用最多的基礎(chǔ)形式是獨(dú)立基礎(chǔ)，此種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，同時具有較強(qiáng)的抗震性能，能較好地適應(yīng)地基變形情況。但是，對于某些地基土質(zhì)均勻性較差、無法滿足地基承載力的區(qū)域來說，盲目選用獨(dú)立基礎(chǔ)并不合適，更多采取的是鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，此種基礎(chǔ)不但能作為地下室結(jié)構(gòu)筏板，而且可以作為地下室底板結(jié)構(gòu)。此種基礎(chǔ)的優(yōu)勢是施工便利、具有較強(qiáng)的承載性能。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中需要特別注重基礎(chǔ)高度、最小配筋率等指標(biāo)，同時要充分考慮抗浮設(shè)計(jì)對于基礎(chǔ)配筋的影響。此外，箱形或者筏形基礎(chǔ)采取的是大體積混凝土形式，一旦施工控制不當(dāng)，就會引發(fā)溫度裂縫等問題，所以進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時需要加強(qiáng)后澆帶設(shè)置，有效降低溫度變化的影響，一般寬度需要控制在800 ～1 000 mm[2]。

第二，對于處在天然基礎(chǔ)上的高層建筑筏形或者箱形基礎(chǔ)來說，為了確保其具有足夠強(qiáng)度的抗傾覆及抗滑移性能，要控制其埋置深度達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。近些年我國城鎮(zhèn)化推進(jìn)速度加快，土地資源越發(fā)緊張，高層建筑規(guī)模逐漸增加，在此種建筑中設(shè)置地下室不但可以增加建筑的使用功能，而且可以有效改善軟土地基的性能，大大提升整個基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，因此往往會在高層建筑中設(shè)置地下室。對于城市居民區(qū)來說，這些區(qū)域的新舊建筑物距離相對較近，一旦新建建筑物的基礎(chǔ)埋深超過原有建筑物基礎(chǔ)埋深，那么新建的建筑物必然會對已有建筑物穩(wěn)定性造成影響，嚴(yán)重情況下危害原有建筑物的安全。為了防止出現(xiàn)此方面問題，在新建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中一定要保證與原有建筑物具有足夠的安全距離，安全距離值要參考相應(yīng)指標(biāo)來確定，主要包括新舊建筑物的地基承載力、地基變形、地基穩(wěn)定性等。一般影響建筑物相鄰距離的因素主要包括新建建筑物沉降量、原有建筑物剛度等，其中新建建筑物沉降量主要是由所在地地基土壓縮性能、建筑物荷載等因素決定的，而原有建筑物的剛度則是由其結(jié)構(gòu)類型、尺寸、地基土性質(zhì)等因素決定的[3]。

3.2 合理設(shè)計(jì)房屋建筑上部結(jié)構(gòu)

房屋建筑物上部結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布會對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)造成較大影響，所以，為了進(jìn)一步提升基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的有效性，要提升建筑物上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。對于建筑物的上部結(jié)構(gòu)來說，屋面部分是非常重要的內(nèi)容之一，很多建筑屋面采取的是斜坡結(jié)構(gòu)形式，此種結(jié)構(gòu)形式主要包括折板式、梁板式等。這兩種結(jié)構(gòu)類型都屬于偏心受拉構(gòu)件，其中折板式結(jié)構(gòu)更多應(yīng)用在平面不夠規(guī)則、建筑板跨度較大的屋頂結(jié)構(gòu)，而梁板式結(jié)構(gòu)則更多應(yīng)用在屋面坡度相對復(fù)雜的屋面結(jié)構(gòu)中。選擇具體結(jié)構(gòu)類型時，要參照房屋具體結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，確保結(jié)構(gòu)的合理性，能為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。

3.3 加強(qiáng)相應(yīng)的性能計(jì)算

第一，承載力計(jì)算?，F(xiàn)階段，很多房屋建筑往往采取主樓和裙房基礎(chǔ)一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而實(shí)際設(shè)計(jì)時需要對主體結(jié)構(gòu)地基承載力深度和寬度實(shí)施優(yōu)化修正，需要對基礎(chǔ)底面之上載荷按照基礎(chǔ)兩側(cè)超載進(jìn)行計(jì)算。如果超載寬度超出基礎(chǔ)寬度的2倍，那么為了計(jì)算有效性，可以將超載情況換算成為土層厚度作為基礎(chǔ)埋深；如果基礎(chǔ)兩側(cè)超載并不均衡，那么要取其中的小值。相對于一般土質(zhì)來說，巖石地基具有更強(qiáng)的承載力，所以試驗(yàn)時可以采取巖石地基載荷來進(jìn)行。在試驗(yàn)過程中，可以按照飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值×折減系數(shù)來確定地基承載力特征值[4]。

第二，穩(wěn)定性計(jì)算。如果建筑物抗浮穩(wěn)定性不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，那么可以通過設(shè)置抗浮構(gòu)件、增設(shè)壓重等措施進(jìn)行解決。如果建筑物的整體符合抗浮穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，但局部抗浮不符合標(biāo)準(zhǔn)，那么需要對這些位置增設(shè)結(jié)構(gòu)剛度。在設(shè)置抗拔樁等構(gòu)件的過程中，一旦產(chǎn)生位移，就會形成抗拔力，并且抗拔力隨著位移的增加而有所提升，因此要避免基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大位移，需要確?？拱瘟χ捣衔灰瓶刂茥l件[5]。對于絕大部分房屋建筑來說，為了確定抗拔樁承載力特性值，可以通過單樁豎向抗拔載荷試驗(yàn)來確定。對于變形較為嚴(yán)格的建筑來說，同時需要實(shí)施必要的變形計(jì)算。

3.4 選擇適宜的基礎(chǔ)施工材料

對于房屋建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，基礎(chǔ)配筋、混凝土等材料是非常關(guān)鍵的組成部分，對于基礎(chǔ)的安全性、穩(wěn)定性具有直接性影響。所以，要加強(qiáng)混凝土、基礎(chǔ)配筋等材料的選定，確保其規(guī)格滿足施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保建筑結(jié)構(gòu)耐久性滿足施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。此外，所選定的基礎(chǔ)配筋要與最小配筋相匹配，要參照標(biāo)準(zhǔn)圖紙對基礎(chǔ)配筋進(jìn)行設(shè)置，并且對基礎(chǔ)寬度進(jìn)行調(diào)整，對基礎(chǔ)圖構(gòu)造柱實(shí)施精準(zhǔn)定位，保證其設(shè)置的合理性。

3.5 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載力的設(shè)計(jì)

當(dāng)前時期，建筑項(xiàng)目大多采用主樓一體的架構(gòu)，在設(shè)計(jì)與核算主體架構(gòu)的地基承載數(shù)值的時候，一定要對地基基礎(chǔ)兩側(cè)的超載情況進(jìn)行深入考量。如果超載寬度達(dá)到基礎(chǔ)寬度2 倍，能夠把土層厚度視為基礎(chǔ)埋深，若基礎(chǔ)兩邊超載不相同的時候，取比較小的數(shù)值。另外，巖石基地的承載水平要比土高得多，為此可使用巖石地基確定荷載數(shù)值。另外，地基變形核算是不可忽視的一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作，當(dāng)建筑地基出現(xiàn)程度較大的形狀變化時，不但會對建筑總體的建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生影響，還會讓人們的生命安全處于危險狀態(tài)。為此，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須要高度關(guān)注變形核算。

4 結(jié)語

對于房屋建筑來說，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的內(nèi)容之一，并且也是最為復(fù)雜的內(nèi)容。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，需要特別關(guān)注細(xì)節(jié)方面的內(nèi)容，保證房屋建筑質(zhì)量。