淺談房屋建筑結構設計中的基礎設計

中圖分類號：TU 文獻標識碼：A 文章編號：1008-925X(2011)05-0175-01

摘要：隨著國民經濟的不斷發展，我國建筑業也得到了快速發展，取得了巨大的成就，但同時也存在一些問題。實際設計工作中，常常發生住宅結構設計的種種概念和方法上的差錯，這些差錯的產生，有的是由于設計人員沒有對一般住宅尤其是多層住宅設計引起高度重視，盲目參照或套用其他的設計的結果；有的則是由于設計對設計規范和設計方法缺乏理解；還有的是由于設計者的力學概念模糊，不能建立正確的計算模式，對結構電算結果也缺乏判斷正確與否的經驗。通過對房屋建筑結構設計進行分析，淺述了目前房屋結構設計中存在的問題，提出了相關的評述和建議。

關鍵詞：高層建筑 基礎設計 問題

1、房屋建筑結構基礎設計應注意的問題

1.1承重柱截面高度設計過小

這種情況多發生于六度抗震設防區。一些結構設計者誤認為六度設防就是不設防，為圖受力分析方便，他們故意把柱子的截面高度設計得過小，使梁柱的線剛度比加大，把梁簡化為鉸支梁，柱按軸心受壓計算。這種做法雖然易于進行結構受力分析，但卻給房屋結構埋下了隱患。因為這樣做忽略了梁柱問的剛結作用，即忽略了柱對梁的約束彎矩，加之柱截面和配筋都較小，結構一旦受力后，柱頂抗彎強度必然不足，從而柱子及梁底附近將會出現一條或多條水平裂縫，形成塑性鉸。這樣，在正常使用情況下，柱子已開始帶鉸工作。這不但影響了房屋的耐久性，而且也常常引起用戶的恐懼心理。更為嚴重的是，這樣的結構一旦遭遇地震作用時，將會倒塌，這違背了現行抗震規范中“強柱弱梁”的設計原則。

1.2磚混結構中房屋構造柱與承重柱混淆不清

在磚混結構中，構造柱不但能夠提高墻體的抗剪能力，而且構造柱與圄梁聯結在一起，形成對砌體的約束，這對于限制墻體裂縫的開展，維持豎向承載力，提高結構的抗震性能有著重要的作用。在當前結構設計中，構造柱經常被作為承重柱使用，這種作法將引起以下幾個問題：

1.2.1構造柱作為承重柱使用后，使得構造柱提前受力，這不但會降低構造柱對砌體的拉結和約束作用，而且結構一旦遭遇地震作用時，在構造柱位置必然形成應力集中，首先破壞。這樣，構造柱不但起不到其應有的作用，反而成為房屋結構中的一個薄弱的部位。

1.2.2構造柱一般生根于地圈梁中，沒有另設基礎，構造柱兼作承重柱使用后，柱底基礎的抗沖切、抗彎及局部承壓強度必然不能滿足要求。柱底基礎一旦發生沖切或局部承壓破壞，將導致構造柱下沉，引起其周圍的墻體出現裂縫。建議承重大梁下的柱子應按承重柱設計。若梁上荷載和跨度都比較小時，構造柱也可布置于梁下，但此時必須按不考慮構造柱作用來驗算梁下墻體的局部承壓和抗彎強度。經驗算滿足后，方可在梁下布置構造柱。

1.2.3懸挑梁的梁高選用過小

設計者往往只注意了對梁的強度和傾覆進行驗算，而忽略了對梁手撓度的驗算。梁高選用過小，引起梁截面的受壓區應力過高，在正常使用狀態下，梁截面受壓區產生非線性徐變，梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起梁上板出現裂縫，裂縫寬度隨著挑梁變形的加大而加寬，影響了房屋的正常使用。據觀察，這種挑梁的變形發展到后期，梁支座截面上部受拉區常常出現較寬的豎向裂縫。受支座附近上部受拉區常常出現較寬的豎向裂縫。受支座附近剪彎作用的影響，豎向裂縫向下延伸發展為斜裂縫，此時梁已接近破壞。當為托墻挑梁時，梁過大的撓度會引起梁上墻體在梁支座附近出現裂縫。裂縫在梁支座處沿豎直方向向上發展，當到一定高度時沿斜向延伸，縫愈靠上愈寬。挑梁的截面過小對結構的抗震也很不利。懸挑結構對豎向地震的作用最為敏感。梁高小時，截面的相對受壓區高度較大，梁的延性減小，在豎向地震作用下易發生脆性破壞，失去承載力。

1.2.4連續梁按單梁進行設計存在潛在危險

這種情況多發生在陽臺邊梁的設計中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒有引起設計者的重視，為圖受力分析方便，設計者把實際應為連續梁的梁按單簡支梁進行設計，致使梁在支座處上部負筋配置量過少。這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區出現豎向裂縫，進而引起梁上部攔板出現豎向裂縫。如果該邊梁長度較長時，問題將會變得更加嚴重。因為該梁一般直接暴露在室外，受環境溫度影響較大。當環境溫度變化時，梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的約束，在梁內產生收縮應力，該收縮應力作用于原已產生的梁上裂縫處，引起梁在支座附近沿整個梁截面四周裂縫貫通，梁承載力降低，直接影響了使用安全。在實際工作中，多次發現類似情況出現，因此應引起設計者的重視。

2、對房屋建筑結構基礎設計的評述及建議

目前可行的方法考慮地基、基礎、上部結構的相互作用。然而這種考慮上部結構與地基基礎共同作用的分析方法也不是完美無缺的。它同樣需要采用種種假定，也不能避免各種地基模型的固有誤差，并且上部結構的剛度形成存在滯后，因為上部結構的剛度在建造過程中是逐層形成的，在考慮上部結構邊界剛度對基礎的影響時，這一滯后過程能否被真實模擬也會對分析結果的準確性產生影響。

對于一般的基礎設計而言，采用的仍然是基于經典結構力學和彈性力學的常規設計方法。這種方法簡便快捷，對于單層排架結構一類的上部柔性結構以及地基較好的獨立基礎，能夠得到較滿意的結果。對于高層剪力墻結構下箱形基礎置于一般上質天然地基這種情況，簡化計算結果也能滿足要求。但是，對于鋼筋混凝土框架這類對地基沉降較敏感的結構，計算結果與實際不同，對于軟弱地基上的條形基礎，按這種方法計算與實際差別也較大。對于高層建筑框架結構，隨著層數的增加，作用在基礎上的柱荷載也將增大。在豎向荷載作用下，基礎產生碟形沉降，由于上部結構具有一定剛度，邊柱沉降小，與基礎緊密接觸而加載，內柱沉降大，受到拉伸而卸載。各樓層柱尤其是底層柱內力重分配的結果勢必將引起上部結構和基礎內力的變化，這一現象只有在共同作用分析中才能被適當考慮。在高層框架結構基礎設計時，基礎宜柔不宜剛，若地基土為高縮性，則基礎宜當采用樁基時，可考慮采用變剛度布樁的方式，如改變基礎中部樁徑或樁徑加密中部布樁以調整地基或樁基的豎向支承剛度，使差異沉降減到最小，從而減小基礎或承臺的內力。

3、結論

我國經濟的飛速發展，城市面貌日新月異，一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之各類房屋建筑功能的不斷豐富，新穎的造型，致使工程設計越來越復雜。但目前的設計周期普遍偏短，也使房屋基礎設計文件中普遍存在某些質量問題，應該引起我們的重視。基礎設計的重要性表現在基礎工程在建筑工程總造價中占有較大的比重，基礎工程所耗費的鋼材、水泥用量多，施工難度大。而當地質條件復雜時，其造價和工期所占的比重還會增加。因此基礎設計和施工對房屋建筑本身至關重要，只有選擇合理的基礎形式及計算方法才能夠保證建筑結構安全并且降低工程造價。