伍騰峰（湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院，湖南 湘潭411100）

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)選型探討

伍騰峰（湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院，湖南 湘潭411100）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)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(jià)在很大程度上取決于設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，基礎(chǔ)工程建造造價(jià)占建筑總造價(jià)的15～25%，超高層建筑所占比例更高。因此，必須加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)注和重視，確?；A(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，在保證安全的前提下，節(jié)約工程造價(jià)?；诖耍疚慕榻B了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要性及需要遵循的原則，分析了房屋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選型，并提出了在設(shè)計(jì)過程中需要注意的有關(guān)問題，以供參考。

房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)選型

1 引言

建筑物的重量最終要通過基礎(chǔ)傳給地基，一個(gè)穩(wěn)固的地基和基礎(chǔ)是建筑物安全的基本要求，并且相對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)造價(jià)對(duì)建筑總造價(jià)的影響較大。因此，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。而在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分利用地基本身的承載能力，選擇合理的基礎(chǔ)形式，才能在滿足建筑物安全的同時(shí)降低工程造價(jià)。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，提高地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的水平極具現(xiàn)實(shí)意義。

2 影響建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的因素

2.1 上部結(jié)構(gòu)的影響

建筑的高度，上部結(jié)構(gòu)形式，墻體的厚度對(duì)于基礎(chǔ)的類型、埋深以及基底面積都有著十分重要的影響，其會(huì)導(dǎo)致房屋建筑荷載在基礎(chǔ)上分布特點(diǎn)的不同，隨后則會(huì)相應(yīng)的影響基礎(chǔ)沉降、穩(wěn)定性以及抗變形能力，所以，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮。

2.2 地質(zhì)條件的影響

基礎(chǔ)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(fù)雜，其中影響較大的因素主要有以下幾個(gè)：①土層的地基承載力，土層的地基承載力是能否選作基礎(chǔ)持力層的關(guān)鍵；②土層的分布均勻性問題，土層厚度在基礎(chǔ)范圍內(nèi)的不均勻分布將會(huì)造成不均勻沉降，嚴(yán)重者甚至危及建筑物安全；③地下水的分布情況，對(duì)于帶地下室建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必需考慮抗浮問題?；A(chǔ)設(shè)計(jì)中必需對(duì)地質(zhì)勘察資料進(jìn)行分析研究，才能做出安全合理的基礎(chǔ)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(chǎng)地的地形情況，建筑場(chǎng)地所在地的是否存在凍融情況等。人工環(huán)境對(duì)于建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的影響則主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)工程在施工過程中，不能對(duì)周邊建筑物或居民產(chǎn)生過大影響。

3 主要基礎(chǔ)型式

在進(jìn)行房屋建筑基礎(chǔ)選型時(shí)，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(chǔ)形式，所選擇的基礎(chǔ)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(chǔ)形式有以下幾種：

3.1 淺基礎(chǔ)

淺基礎(chǔ)一般指基礎(chǔ)埋深3～5m，或者基礎(chǔ)埋深小于基礎(chǔ)寬度的基礎(chǔ)，且只需排水，挖槽等普通施工即可建造的基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可分為墻下條基、柱下獨(dú)基、柱下條形基礎(chǔ)、柱下交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等。

3.1.1 墻下條形基礎(chǔ)

墻下條形基礎(chǔ)是在墻下沿墻走向設(shè)置的擴(kuò)展基礎(chǔ)，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(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

3.1.2 獨(dú)立基礎(chǔ)

獨(dú)立基礎(chǔ)，多用于柱下，將柱傳來的上部荷載擴(kuò)散至其下地基。獨(dú)立基礎(chǔ)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(diǎn)在于傳力路徑明確，設(shè)計(jì)計(jì)算方法簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便，造價(jià)較低。

3.1.3 柱下條形基礎(chǔ)及十字交叉基礎(chǔ)

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

圖1 交叉基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)類型

3.1.4 鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)

鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)多用于地基承載力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，地基土質(zhì)不均勻，上部結(jié)構(gòu)荷載較大，同時(shí)基礎(chǔ)之間空隙不夠或是出現(xiàn)重疊時(shí)，則均可以使用筏板基礎(chǔ)，同時(shí)在地下室結(jié)構(gòu)中則需要使用筏板基礎(chǔ)，而且可以充當(dāng)?shù)叵率业匕褰Y(jié)構(gòu)使用。筏板基礎(chǔ)主要見圖2。

圖2 筏板基礎(chǔ)

3.1.5 鋼筋混凝土箱形基礎(chǔ)

箱形基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)，共同來承受上部結(jié)構(gòu)的荷載（如圖3所示）。箱形基礎(chǔ)整體空間剛度大，對(duì)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(dāng)基礎(chǔ)的中空部分尺寸較大時(shí)，可用作地下室。

圖3 箱形基礎(chǔ)

3.2 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)由基樁和連接于樁頂?shù)某信_(tái)共同組成。樁基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)是：通過承臺(tái)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(chǔ)優(yōu)點(diǎn)為：①沉降量??；②承載力較高；③抗地震性能好等。其缺點(diǎn)在于：①造價(jià)高；②施工較淺基礎(chǔ)復(fù)雜；③施工工期較長(zhǎng)。

4 基礎(chǔ)選型及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 多層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

多層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)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(chǔ)形式。

4.1.1 多層砌體基礎(chǔ)選型

多層砌體一般采用墻下條形基礎(chǔ)，在層數(shù)不高的時(shí)，可采用剛性條形基礎(chǔ)，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(chǔ)時(shí)，宜優(yōu)先考慮地基處理滿足承載力要求的條形基礎(chǔ)。如淺層土層承載力較低（fa≤60kPa），且不適合做地基處理時(shí)，考慮采用墻下樁基礎(chǔ)。

4.1.2 多層框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

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

持力層埋深較大，如采用淺基礎(chǔ)開挖土方量較大時(shí)，宜采用樁基礎(chǔ)形式。

4.2 高層基礎(chǔ)選型

多層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要有：①建筑傳至基礎(chǔ)的荷載較大；②高層建筑對(duì)基礎(chǔ)埋深要求較大，一般帶地下室，需考慮整體和局部抗??；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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定的允許值來控制基礎(chǔ)總沉降量和差異沉降量。

在上部土層承載力較高時(shí)，宜采用天然地基上筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。如土層承載力不夠或沉降量較大，亦可在筏板或箱形基礎(chǔ)下進(jìn)行地基處理，做成復(fù)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(chǔ)加防水板做法來滿足承載力、沉降和抗浮的要求。

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

5 基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)），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(shè)計(jì)基礎(chǔ)方案為：主樓采用預(yù)制管樁加防水板，裙房采用獨(dú)基加防水板。

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

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

經(jīng)計(jì)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(shè)沉降后澆帶加以處理。

將優(yōu)化實(shí)施方案與初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，僅基礎(chǔ)工程一項(xiàng)節(jié)約造價(jià)300余萬元，節(jié)約工期30d左右。

6 結(jié)語

總而言之，基礎(chǔ)工程對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目的造價(jià)和工期影響較大。而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前期階段的基礎(chǔ)選型是控制基礎(chǔ)工程造價(jià)和施工工期的重點(diǎn)。本文對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)選型問題進(jìn)行了探討，得到以下結(jié)論：

（1）基礎(chǔ)選型中應(yīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)條件和施工現(xiàn)場(chǎng)條件等因素。

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

（3）基礎(chǔ)選型宜以沉降作為設(shè)計(jì)控制條件。

（4）帶地下室建筑基礎(chǔ)選型時(shí)，應(yīng)考慮地下室抗浮問題的影響。

[1]徐 忠.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的探討[J].工業(yè)b，2016（1）：135.

[2]張 翔.關(guān)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，巖土設(shè)計(jì)等工作。