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摘要：建筑物由地基、基础和上部结构三部分组成。地基和基础作为建筑物的根本，地基基础的设计直接关系建筑物的安危。笔者结合地基基础设计过程中的实践经验，介绍了地基基础方案的选择方法，就结构设计的经济性、安全性、适用性等各个方面分析说明其基础及地基处理方案的重要性。
关键词：结构设计；基础；地基处理；方案优化
1. 引言
建筑物整个结构设计中基础设计具有非常重要的地位，基础起到建筑物上部结构和下部地基连接的纽带作用。选择恰当、设计合理的基础类型，既可以节约项目资金，又可以缩短工期。例如，在高层建筑中采用筏板基础或箱形基础，基础工程的费用约占建设项目总投资10%~20%，建设工期约总工期的20%~25%，但是高层建筑采用桩基础，费用约占建设项目总投资20%~30%，建设工期约总工期的30%~40%。而采用天然基础的造价仅为桩基础的20%~60%。在地基强度一般较低的软土地区。当荷载较大，条件不容许采用桩基，而采用筏板基础或条形基础又无法满足设计要求时，往往采用箱形基础是合适的。施工经验证明，箱形基础是一种具有良好抗震性能的具有独有特色的基础类型。不仅使用在一般的建筑项目中，根据人防的要求，往往也采用箱形基础。建筑基础设计前，应进行工程地质勘察；地基基础设计进行时，应充分考虑地基、基础、建筑上部结构的相互关系，在地震设防区还综合考虑建筑物抗震方面的相关要求，才能更为合理地选择地基基础方案。
2. 基础设计的基本要求
（1）满足经济性要求
建筑物作为特殊的商品，建设单位从自身利益考虑，要求建设项目投入少，提高经济效益，建筑物的使用者则要求建筑物外观美，设计布局好，质量上乘，价格适中。所以，基础设计应根据建筑物散步结构的在平立面体形、建造地点、建造层数等要求，在满足建筑的安全性、耐久性和使用性要求的基础下采用经济合理的基础类型。地基基础设计方案合理与否对建筑物造价至关重要，因此，在基础设计中应该更加注重方案的经济比较。
（2）满足安全性要求
建筑物作为耐用消费品，区别于其他消费品具有使用寿命长这一特点。所以，基础的安全性和耐久性是建筑结构设计的基本要求之一。在基础方案的选择，应该满足抗震要求，以及在使用寿命期间进行维修的可能性。
（3）满足适用性要求
结构设计应该充分考虑使用者的舒适性要求，例如，框架梁或连梁的挠度在规范限值之内；并配合建筑设计选择多种户型，人居的热、光、声的环境，灵活分隔室内空间等要求，尽可能在使用空间中避免露梁、露柱给使用者带来的压抑感和使用较差隔音效果的分隔墙材料。结构设计应使得室内空间简洁明快，隔声良好，给建筑物的使用创造一个安静舒适的环境。
3. 基础设计优化的原则
在满足基础设计现行规范以及相关规定的要求下，通过理论计算及经验分析选择优化方案，应依据以下原则：
（1）保证基础具有合理的刚度，在殊部位应进行局部加强；
（2）保证基础的安全性和正常使用；
（3）可以减小的基础结构构件，可以进行有效的核减。
4. 地基基础方案的选择
建筑物的基础类型很多，如条形基础、独立基础、筏板基础、十字型基础、桩基础和箱形基础等。在选择基础类型时，应结合地基土的埋藏情况和物理力学性质、荷载大小、地下水位的高低以及施工条件、使用要求、上部结构的形式、造价、工期等因素综合考虑。应进行适宜的经济和技术方案比对，选择合理的地基基础方案。
在地基基础方案选择时，一般应优先考虑在开挖基坑基础埋置不深，无需复杂的施工设备，用料较省的天然地基或浅基础，必要时这类地基在排水疏干和支护坑壁后，地基可以不处理就可以进行修建，达到造价低，工期短的效果。只有当天然地基不能适应上部结构的荷载、地基条件、使用及构造要求时，再考虑采用其他复杂的或大型的浅基础、深基础或人工处理地基等施工技术特殊、造价高的地基基础方案。
在具体的建设工程中，地基基础形式的选择通常要考虑以下因素：
（1）地基条件，如各土层的强度与变形性质，地下水位情况，地基的土层分布等地基条件，都是选择基础形式的基本依据。两个同样荷载与高度的建筑物，由于两者的地基条件不同会选用两种完全不同的基础形式。如上海佘山假日宾馆（高35.2m,钻孔灌注桩）；南京唐山酒店（高34.9m，交叉条形基础）和山东省林业公司办公楼（高29.65m,箱形基础）由于地基条件不同就采用了完全不同的基础形式。当软弱土层厚度不深时，采用支承桩，或采用箱形基础直接坐落在较好土层是比较合理的；当较弱土层很深时，则以采用桩—箱（筏）基础，摩擦桩较为合理。
（2）基础形式的选择也受到上部结构的结构体系和结构形式也影响，不同的上部结构对地基不均匀程度，变形的敏感程度是不尽相同，地基不均匀变形越敏感，在基础设计应尽量提高基础的总体刚度。比如，在软土地区，高层建筑多采用桩—箱（筏）基础。
现行规范在桩—筏（承台）基础设计中是按照建筑物上部结构荷载通过对承台厚度调整来满足基础承台刚度要求的，但现行规范只对承台厚度下限做出了相关规定，所以，承台厚度的最终确定是一项具有经验性的工作。当增大基础承台刚度时，可以使得承台的挠曲减小，进而减少建筑物沉降差，并且可降低因建筑物沉降差引起建筑物上部结构引发的次生内力。但是，一旦承台刚度过大，则会造成承台内力加大，加大桩承受荷载的差异，这样就不利于桩的作用发挥，造成建设项目经济效益的浪费。
（3）建筑上部结构的荷载和层数情况也是影响基础形式的因素之一。建筑物层数越多，则荷载越大，这就要求建筑物基础的承载能力越大，其总体刚度也相应增大。
（4）由于基础工程在工程量、材料消耗和建设项目造价等方面在建设项目中占到很大比例。因此，在技术上可行，方便施工和经济上合理也是基础形式选择时应该得以注意的重要因素。
建筑物常常因地下室或地下設备层的建造而采用箱型基础。箱型基础构成的地下结构可以为提供多种使用功能，如地下车库等。另外箱型基础具备较大的空间刚度。地下室空间较大的埋置深度和中空的结构型式，因此，箱型基础与一般的实体基础相比，既能降低基础沉降量，又能显著提高地基稳定性。但是箱型基础也具有不可回避的缺点，既工期长、用料多、施工技术复杂、造价高，特别不得不进行深基坑开挖，必须考虑坑壁支护、人工降低地下水位以及对邻近建筑物的影响等问题。
桩基或桩—箱（筏）基础适宜在，地基下部不太深处埋藏有坚实地层而上部软弱层或地层起伏较大的情况。桩基础可有效控制地基不均匀沉降差以及沉降量；对于层数较高的建筑物，桩基可承受较大的水平力以及上拔力，这样就可以防止建筑物倾斜，起到防倾覆的作用；并且桩基础可以承受的荷载较大，进而减小动荷载作用所形成的基础振幅，使得基础振动对结构的影响大大减弱。
综上所述，对于结构设计中基础设计方案的选用，不仅仅应综合考虑各方面因素，还要通过各方案的综合比较后方能确定，最终选用经济合理、技术可行的地基基础方案，这样才能收到经济和技术上的最优效益。
参考文献：
[1] 孙学礼. 地基基础设计中一些问题的分析[J]. 房材与应用, 2010,(05) .
[2] 杨佳平.长春市高层建筑基础的选型与优化[D]. 吉林大学,2009
[3] 钟杰,于海平. 某高层建筑天然地基基础设计[A]. 山东建筑学会成立50周年优秀论文集[C], 2009 .
[4]郭继武等.建筑地基基础.北京:高等教育出版社[M].，2007:212-214页
[5] 刘玉,徐军. 地基基础设计若干问题探讨[J]. 工程建设与设计, 2011,(06) .
关键词：结构设计；基础；地基处理；方案优化
1. 引言
建筑物整个结构设计中基础设计具有非常重要的地位，基础起到建筑物上部结构和下部地基连接的纽带作用。选择恰当、设计合理的基础类型，既可以节约项目资金，又可以缩短工期。例如，在高层建筑中采用筏板基础或箱形基础，基础工程的费用约占建设项目总投资10%~20%，建设工期约总工期的20%~25%，但是高层建筑采用桩基础，费用约占建设项目总投资20%~30%，建设工期约总工期的30%~40%。而采用天然基础的造价仅为桩基础的20%~60%。在地基强度一般较低的软土地区。当荷载较大，条件不容许采用桩基，而采用筏板基础或条形基础又无法满足设计要求时，往往采用箱形基础是合适的。施工经验证明，箱形基础是一种具有良好抗震性能的具有独有特色的基础类型。不仅使用在一般的建筑项目中，根据人防的要求，往往也采用箱形基础。建筑基础设计前，应进行工程地质勘察；地基基础设计进行时，应充分考虑地基、基础、建筑上部结构的相互关系，在地震设防区还综合考虑建筑物抗震方面的相关要求，才能更为合理地选择地基基础方案。
2. 基础设计的基本要求
（1）满足经济性要求
建筑物作为特殊的商品，建设单位从自身利益考虑，要求建设项目投入少，提高经济效益，建筑物的使用者则要求建筑物外观美，设计布局好，质量上乘，价格适中。所以，基础设计应根据建筑物散步结构的在平立面体形、建造地点、建造层数等要求，在满足建筑的安全性、耐久性和使用性要求的基础下采用经济合理的基础类型。地基基础设计方案合理与否对建筑物造价至关重要，因此，在基础设计中应该更加注重方案的经济比较。
（2）满足安全性要求
建筑物作为耐用消费品，区别于其他消费品具有使用寿命长这一特点。所以，基础的安全性和耐久性是建筑结构设计的基本要求之一。在基础方案的选择，应该满足抗震要求，以及在使用寿命期间进行维修的可能性。
（3）满足适用性要求
结构设计应该充分考虑使用者的舒适性要求，例如，框架梁或连梁的挠度在规范限值之内；并配合建筑设计选择多种户型，人居的热、光、声的环境，灵活分隔室内空间等要求，尽可能在使用空间中避免露梁、露柱给使用者带来的压抑感和使用较差隔音效果的分隔墙材料。结构设计应使得室内空间简洁明快，隔声良好，给建筑物的使用创造一个安静舒适的环境。
3. 基础设计优化的原则
在满足基础设计现行规范以及相关规定的要求下，通过理论计算及经验分析选择优化方案，应依据以下原则：
（1）保证基础具有合理的刚度，在殊部位应进行局部加强；
（2）保证基础的安全性和正常使用；
（3）可以减小的基础结构构件，可以进行有效的核减。
4. 地基基础方案的选择
建筑物的基础类型很多，如条形基础、独立基础、筏板基础、十字型基础、桩基础和箱形基础等。在选择基础类型时，应结合地基土的埋藏情况和物理力学性质、荷载大小、地下水位的高低以及施工条件、使用要求、上部结构的形式、造价、工期等因素综合考虑。应进行适宜的经济和技术方案比对，选择合理的地基基础方案。
在地基基础方案选择时，一般应优先考虑在开挖基坑基础埋置不深，无需复杂的施工设备，用料较省的天然地基或浅基础，必要时这类地基在排水疏干和支护坑壁后，地基可以不处理就可以进行修建，达到造价低，工期短的效果。只有当天然地基不能适应上部结构的荷载、地基条件、使用及构造要求时，再考虑采用其他复杂的或大型的浅基础、深基础或人工处理地基等施工技术特殊、造价高的地基基础方案。
在具体的建设工程中，地基基础形式的选择通常要考虑以下因素：
（1）地基条件，如各土层的强度与变形性质，地下水位情况，地基的土层分布等地基条件，都是选择基础形式的基本依据。两个同样荷载与高度的建筑物，由于两者的地基条件不同会选用两种完全不同的基础形式。如上海佘山假日宾馆（高35.2m,钻孔灌注桩）；南京唐山酒店（高34.9m，交叉条形基础）和山东省林业公司办公楼（高29.65m,箱形基础）由于地基条件不同就采用了完全不同的基础形式。当软弱土层厚度不深时，采用支承桩，或采用箱形基础直接坐落在较好土层是比较合理的；当较弱土层很深时，则以采用桩—箱（筏）基础，摩擦桩较为合理。
（2）基础形式的选择也受到上部结构的结构体系和结构形式也影响，不同的上部结构对地基不均匀程度，变形的敏感程度是不尽相同，地基不均匀变形越敏感，在基础设计应尽量提高基础的总体刚度。比如，在软土地区，高层建筑多采用桩—箱（筏）基础。
现行规范在桩—筏（承台）基础设计中是按照建筑物上部结构荷载通过对承台厚度调整来满足基础承台刚度要求的，但现行规范只对承台厚度下限做出了相关规定，所以，承台厚度的最终确定是一项具有经验性的工作。当增大基础承台刚度时，可以使得承台的挠曲减小，进而减少建筑物沉降差，并且可降低因建筑物沉降差引起建筑物上部结构引发的次生内力。但是，一旦承台刚度过大，则会造成承台内力加大，加大桩承受荷载的差异，这样就不利于桩的作用发挥，造成建设项目经济效益的浪费。
（3）建筑上部结构的荷载和层数情况也是影响基础形式的因素之一。建筑物层数越多，则荷载越大，这就要求建筑物基础的承载能力越大，其总体刚度也相应增大。
（4）由于基础工程在工程量、材料消耗和建设项目造价等方面在建设项目中占到很大比例。因此，在技术上可行，方便施工和经济上合理也是基础形式选择时应该得以注意的重要因素。
建筑物常常因地下室或地下設备层的建造而采用箱型基础。箱型基础构成的地下结构可以为提供多种使用功能，如地下车库等。另外箱型基础具备较大的空间刚度。地下室空间较大的埋置深度和中空的结构型式，因此，箱型基础与一般的实体基础相比，既能降低基础沉降量，又能显著提高地基稳定性。但是箱型基础也具有不可回避的缺点，既工期长、用料多、施工技术复杂、造价高，特别不得不进行深基坑开挖，必须考虑坑壁支护、人工降低地下水位以及对邻近建筑物的影响等问题。
桩基或桩—箱（筏）基础适宜在，地基下部不太深处埋藏有坚实地层而上部软弱层或地层起伏较大的情况。桩基础可有效控制地基不均匀沉降差以及沉降量；对于层数较高的建筑物，桩基可承受较大的水平力以及上拔力，这样就可以防止建筑物倾斜，起到防倾覆的作用；并且桩基础可以承受的荷载较大，进而减小动荷载作用所形成的基础振幅，使得基础振动对结构的影响大大减弱。
综上所述，对于结构设计中基础设计方案的选用，不仅仅应综合考虑各方面因素，还要通过各方案的综合比较后方能确定，最终选用经济合理、技术可行的地基基础方案，这样才能收到经济和技术上的最优效益。
参考文献：
[1] 孙学礼. 地基基础设计中一些问题的分析[J]. 房材与应用, 2010,(05) .
[2] 杨佳平.长春市高层建筑基础的选型与优化[D]. 吉林大学,2009
[3] 钟杰,于海平. 某高层建筑天然地基基础设计[A]. 山东建筑学会成立50周年优秀论文集[C], 2009 .
[4]郭继武等.建筑地基基础.北京:高等教育出版社[M].，2007:212-214页
[5] 刘玉,徐军. 地基基础设计若干问题探讨[J]. 工程建设与设计, 2011,(06) .