建筑地基基础设计

摘 要：地基基础的设计对于建筑物的安全和造价控制特别是对于高层建筑起着举足轻重的作用.作为岩土工程学科的一个方面,涉及的范围相当广泛.为了让建筑设计和施工人员更好地了解和认识地基与基础在设计和施工过程中的作用以及重要性,本文主要对地基与基础的设计原则及类型进行了详细的介绍.

关 键 词：地基基础；设计；结构概念

引言：在建筑施工过程中,将建筑物和土壤直接接触的部分叫做基础,将直接用来支承建筑重量的土层称为地基.基础是用来连接建筑上部分结构（如房屋墙、柱,桥梁墩、台）与地基间过度的结构,起到承上启下的作用.基础将建筑物竖向传来的荷载传递给地基.地基基础设计就是将上部结构荷载通过基础的二次传力,将大部分荷载传给其正下方的地基,用变刚度调平等方法来改变地基刚度和承载力使结构各部分的沉降和地基反力趋于均匀.

1.地基与基础设计基本原则

为保证设计的基础及地基的安全,经济可行,基础工程设计计算的原则有：1）基础底面的压力小于地基承载力容许值.2）地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值.3）地基及基础的刚度与整体稳定性有足够保证.4）基础本身的强度耐久性满足要求.

地基与基础的设计原则上同一个结构的单元,应设在承载能力与和变形能力基本一致的土层上,不应设在承载能力与变形能力不同的土层上.同一个建筑的结构单元,通常宜用同一形式的地基,不应采用类型不同的地基.同一个结构单元,应用同一类型基础,不可采用不同的基础.

在软弱的地基及严重不均的土层上,应采取相应的措施,提高基础整体性能与竖向的刚度.采用天然地基最佳,若地基差,可通过在经济上的比较,若天然地基的造价高时,可以采用桩基或者其他的人工基础.

2.地基与基础在设计与选型时要注意的因素

工程的水文地质条件；建筑上部结构的类型与荷载的情况；建筑的安全等级、对外观及使用的要求；如何划分建筑结构单元；邻近的建筑物基础及地下设施的情况以及其相对应的关系；有无地下室和防水的要求；材料的供应以及地方材料；施工的水平及设备；工期与工程造价；抗震设防和其他一些特殊情况.

3.基础类型

在基础的工程之中常见建筑工程对地基与基础的设计中,一般按照基础应用的材料及受力的特点分为刚性基础与非刚性基础；按照构造的形式分为条形基础、筏形基础、独立基础和箱形基础.

3.1刚性基础

由砖及毛石和混凝土或者毛石混凝土、三合土和灰土等刚性的材料所组成的基础叫做刚性基础（同时也称之为无筋扩展基础）.从受力和和传力方面考虑,因土壤在单位的面积上承载力较小,上部分结构通过基础把荷载传地基,只有吧基础的底面积扩大,才能够适应地基的承力要求.上部结构（墙或柱）在基础中传递压力是沿刚性角分布的.因刚性材料的抗压性能较强,抗拉性能较差,因此,刚性角只在材料的抗压能力内进行控制.若基础底面的宽度超过了控制范围,使得刚性角不断扩大,这时基础会因受拉而破坏.在混凝土基础底部配以钢筋,利用钢筋来承受拉力,使基础底部能够承受较大的弯矩.这时,基础宽度的加大不受刚性角的限制.因此有人将墙下的钢筋混凝土条形基础及柱下的钢筋混凝土独立基础称为柔性基础（或钢筋混凝土扩展基础）.《建筑地基与基础设计规范》的第8.1.2条规定,扩展基础构造要求要符合以下几个要求：

1）锥形基础的边缘其高度不可小于200毫米,阶梯形的基础每阶的高度,应为300到500毫米；2）垫层的厚度不可小于70毫米；垫层的砼等级为C10；3）扩展基础底板的受力钢筋直径最小不可小于10毫米；间距不可大于200毫米,同时不可小于100毫米.墙下的钢筋混凝土基础的纵向分布钢筋直径不可小于8毫米；钢筋间距不可大于300毫米；每延米分布钢筋面积不可小于受力钢筋面积的1/10.若有垫层,保护层厚度不可小于40毫米；若无垫层,不可小于70毫米；4）混凝土的强度等级不可低于C20；5）当柱下的钢筋砼独立基础边长与墙下的钢筋砼条形基础宽度不小于2.5米时,底板的受力钢筋长度可以取边长或者宽度的0.9倍,并且要交错进行布置.

钢筋条形基础底板在T形以及十字形交接处,底板横向受力钢筋仅沿一个主要受力方向通长布置,另一方向的横向受力钢筋可布置到主要受力方向底板宽度1/4处.在拐角处底板横向受力钢筋应沿两个方向布置.

3.2常见的几种结构体系建筑物的地基基础应用

3.2.1砌体结构建筑六层或六层以下的多层民用建筑和砖墙承重的轻型厂房可采用砌体条形基础（毛石或砖）；地下水位较低且具有施工经验石,可采用刚性灰土基础；地下水位较高或冬季施工时,宜采用钢筋混凝土扩展基础；在软弱地基上,多层建筑可设置筏形或浅埋板式基础.

3.2.2框架结构建筑

1）如没有地下室、地基又较好、荷载且不大的时候,可以选用混凝土独立基础,柱基间可以按照相关的要求,考虑有无必要设置基础系梁.

2）有地下室并且对防水有要求时,若地基较好,可以用混凝土独立基础并加防水板的方法.防水板下部应铺设有一定厚度的易压缩性能的材料,来减少柱基沉降的影响.

3）有地下室并且对防水有要求时,若地基较差,可以用有梁或者无梁的筏形基础.

4）有地下室的独柱基础,从基础底面至地下室地面距离不应小于1米,对防水要求过高的地下室,应在防水板的下部铺设延性好的防水材料,或在防水板上部设置架空层.

3.2.3框剪结构建筑

1）如无地下室,地基条件较好且承载较均匀时,可选用单独柱基加基础系梁.如地基较差或荷载较大时,为加强基础整体性和增加基础底面积,可选用钢筋混凝土十字交叉条形基础,当条形基础不能满足地基承载力或变形要求时,可选用钢筋混凝土筏形基础.

2）有地下室,而没有防水的要求时,可以用独立柱基或者十字交叉基础.与此同时,要验算地下室外墙承载力.在有防水的要求时,若地基很好,可以用独立柱基或者条形基础另外加上防水板的方法,这时需要注意基础的沉降量对于防水板不利的影响并采取相应的措施（例如框架结构的建筑）.若地基过差或者条形基础不够满足地基承载能力及变形性能的要求时,可以用钢筋混凝土筏形基础或者箱形基础.

3.2.4剪力墙结构建筑

无地下室或有地下室但无防水要求时,如地基较好,宜优先选用交叉条形基础.有防水要求时,可选用箱形基础或筏形基础.当基础埋置深度不小于3m时,如原无地下室,应建议甲方增设地下室,或与勘察单位研究改用桩基础的可能性和经济性,同时也研究设置架空层的可能性与经济性.若地基的土质差,采用上面的各类基础无法满足建筑设计的要求,或者经过基础经济上的比较,天然地基的造价较高时,可以用桩基础或者其他的人工基础.高层建筑地下室,若需做成停车场或机房等对空间的要求较大时,也可以不设计为箱形基础,可优先采用筏形基础.

4.结语

基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基,竖向结构体系将荷载集中于柱呈点状分布如框架结构,或将荷载集中于墙呈线形分布如多层住宅,或呈点状分布同时又具有线形分布的荷载如高层住宅.建筑物的地基与基础设计要按照建筑工程地质与水文地质条件、建筑外形和功能的要求、荷载的大小与分布情况、相邻建筑物基础情况、施工条件及材料供应、地区的抗震烈度等因素综合考虑,选择经济合理的基础形式尤为重要.