建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式探析

姜騫

摘 要：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作為房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，加強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的探討，不僅為有效提高房屋質(zhì)量打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為房屋建筑經(jīng)濟(jì)適用性的挑戰(zhàn)提出了核心的觀念和思路。本文筆者將對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，以供廣大學(xué)者和實(shí)際工作者參考。

關(guān)鍵詞：房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1房屋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求和選型

1.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的要求

1.1.1高層建筑

高層建筑的特點(diǎn)是層數(shù)多，上部結(jié)構(gòu)荷載大，使得基礎(chǔ)埋置深度大、在材料的使用上也耗費(fèi)量大、施工周期較長、工程總造價較高。因此，高層建筑設(shè)計(jì)時應(yīng)注意滿足以下幾點(diǎn)要求。一是基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉降量應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)范規(guī)定的允許值;二是對復(fù)合地基或天然地基承載力及樁基承載力的要求要滿足;三是地下結(jié)構(gòu)做好建筑防水滿足規(guī)定要求;四是不僅對基礎(chǔ)本身的耗材和造價進(jìn)行考慮，還要對土方、降水、施工條件與工期長短等因素進(jìn)行考慮，對經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合考慮。

1.1.2多層建筑

一般砌體結(jié)構(gòu)建筑，應(yīng)該嚴(yán)格按照建筑的抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，并在行動中真正的做到：要優(yōu)先的采用橫墻承重或者是縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系，縱橫墻在布置上最好能夠均勻的對稱，并且沿著平面進(jìn)行對齊，沿豎向的面也應(yīng)該上下進(jìn)行連續(xù)。鋼筋砼多層建筑結(jié)構(gòu)的布置，應(yīng)該盡量的采用規(guī)則的結(jié)構(gòu)。如果結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可以預(yù)先設(shè)置好防震縫，并且將防震縫兩側(cè)分割成為各規(guī)則的結(jié)構(gòu)，單元為單位，結(jié)構(gòu)布置以少設(shè)縫為宜。這樣就能夠有效的使防震縫的設(shè)置以及伸縮縫、沉降縫可以得到統(tǒng)一。

1.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的選型

房屋建筑基礎(chǔ)的選型應(yīng)根據(jù)多方面因素綜合考慮最終確定，例如：上部結(jié)構(gòu)、工程質(zhì)地、抗震防備要求、施工條件、環(huán)境因素以及周圍建筑物等。應(yīng)選用整體性能高，能滿足地基承載力和建筑物允許變形要求的基礎(chǔ)形式，最好能調(diào)節(jié)不均勻沉降。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有幾種常用的基礎(chǔ)形式如下：

1.2.1墻下條形基礎(chǔ)

常見的磚、毛石、混凝土剛性基礎(chǔ)，主要功能為承受抗壓強(qiáng)度、對于承受抗拉和抗剪強(qiáng)度的能力不高。這種基礎(chǔ)的特點(diǎn)是造價低、施工快、可通過地圈梁的加強(qiáng)來增強(qiáng)基礎(chǔ)的整體剛度，可以承受上部結(jié)構(gòu)的較大荷載，并能適應(yīng)一定程度的地基變形。適用于建造5層以下民用建筑及輕質(zhì)生產(chǎn)廠房。

1.2.2獨(dú)立基礎(chǔ)

獨(dú)立基礎(chǔ)常用于柱距較大的情況，較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。可采用拉梁拉結(jié)的方式，來增強(qiáng)抗震承受能力與適應(yīng)地基變形，從而提高基礎(chǔ)整體性。考慮到經(jīng)濟(jì)效益方面，在民用建筑的柱中多采用獨(dú)立基礎(chǔ)。

1.2.3柱下條形基礎(chǔ)及十字交叉基礎(chǔ)

當(dāng)柱荷載較大或地基不夠堅(jiān)固時多采用條形基礎(chǔ)。由于條形基礎(chǔ)的剛度較大，有良好的調(diào)整不均勻沉降作用，但隨著柱距的增大，能力也隨之下降。因此在柱距不超過6-7m的條件下，柱下條形基礎(chǔ)能較好的發(fā)揮作用。十字交叉基礎(chǔ)的空間剛度大，是一種好的基礎(chǔ)形式，但其有嚴(yán)格的適用范圍，不易任意濫用，因此只有當(dāng)條形基礎(chǔ)不能滿足要求時，才可以使用十字交叉基礎(chǔ)。

1.2.4鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)

當(dāng)?shù)鼗某休d力不夠，地基土質(zhì)不均勻，上部結(jié)構(gòu)荷載較大時，可采用十字交叉基礎(chǔ)。但有的基礎(chǔ)之間空隙不夠，有的基礎(chǔ)底面積已出現(xiàn)重疊情況時，再提供足夠的基礎(chǔ)底面積是不可能的，在這種情況下就可采用筏板基礎(chǔ)。另外，對于地下室的結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)恰好就是其地板結(jié)構(gòu)。

1.2.5樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)表現(xiàn)為承載力高、沉降量小。當(dāng)建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載較大，地基上部承載力不強(qiáng)，下部又有堅(jiān)實(shí)的土層時，可采用樁基礎(chǔ);當(dāng)天然地基上有過大的淺基礎(chǔ)沉降量時可采用樁基礎(chǔ)。

2建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

2.1地基條件對基礎(chǔ)受力狀況的影響

基礎(chǔ)受力狀況還取決于地基土的壓縮性及其分布的均勻性。當(dāng)?shù)鼗敛豢蓧嚎s時，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不僅不產(chǎn)生整體彎曲，局部彎曲亦很小;上部結(jié)構(gòu)也不會因不均勻沉降產(chǎn)生次應(yīng)力。實(shí)踐中最常遇到的情況卻是地基土有一定的可壓縮性，且分布不均，這樣基礎(chǔ)彎矩分布就截然不同。基礎(chǔ)與地基界面處往往顯示出摩擦特征。由于土的強(qiáng)度有限，形成的摩擦力也有限，不會超過土的抗剪強(qiáng)度。孔隙水壓力的變化，可能改變壓縮過程中摩擦力的大小與分布。此外，外荷載的分布和性質(zhì)、基礎(chǔ)的相對柔度以及土的蠕變等涉及時間變化的效應(yīng)等都會影響到界面條件。因此，應(yīng)從完全光滑一直到完全粘著這兩種極端情況之間來慎重估計(jì)界面摩擦的影響。

2.2上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基共同作用的概念及分析方法

上部結(jié)構(gòu)與地基和基礎(chǔ)三者是彼此不可分離的整體，每一部分的工作性狀都是三者共同作用的結(jié)果。共同作用分析，就是把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基看成是一個彼此協(xié)調(diào)工作的整體，在連接點(diǎn)和接觸點(diǎn)上滿足變形協(xié)調(diào)的條件下求解整個系統(tǒng)的變形與內(nèi)力。在共同作用分析中，上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)通常是由梁、板組成，因此可以采用有限單元法、有限條法、有限差分法或解析方法建立上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度矩陣，并利用變形協(xié)調(diào)條件與地基的剛度矩陣耦合起來。地基首先需確定采用何種地基模型：線彈性地基模型，非線彈性地基模型還是彈塑地基模型。然后建立地基的剛度矩陣。在共同作用分析中，可以根據(jù)實(shí)測結(jié)果把基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度進(jìn)行共同作用分析，并考慮施工過程的影響，把結(jié)構(gòu)荷載和剛度形成情況分別考慮來進(jìn)行共同作用分析。

3加強(qiáng)房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要措施

3.1注重結(jié)構(gòu)平面圖設(shè)計(jì)

在繪制和設(shè)計(jì)房屋建筑結(jié)構(gòu)平圖時，若房屋建筑所處地的抗震設(shè)防烈度是6度，則應(yīng)結(jié)合建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，并基于與相關(guān)抗震措施相符的原則下，不必使用結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模，由此可見，就砌體結(jié)構(gòu)而言，不必使用結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模，可直接設(shè)計(jì)，但還是在設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意整體和局部受壓的相關(guān)問題;若房屋建筑所處地的抗震設(shè)防烈度是7度甚至更大，那就必須使用結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模。

3.2做好屋頂結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)

由于近年來各地“平改坡”的呼聲較為嚴(yán)重，為符合客戶需要，目前很多房屋建筑大都采用坡屋面的結(jié)構(gòu)形式。這一結(jié)構(gòu)形式主要有梁板式與折板式，若建筑板的跨度較大且建筑平面不規(guī)則，屋脊線的轉(zhuǎn)折和屋面坡度復(fù)雜，因而基于此種坡屋面大都選擇梁板式。反之，則采取折板式。它們的共同點(diǎn)就是這兩種板都是偏心受拉構(gòu)件。板配筋時，為有效抵抗拉力，應(yīng)拉通部分或全部板負(fù)筋。板厚度應(yīng)根據(jù)構(gòu)件而定，通常不低120mm，并在梁板折角處布置鋼筋大樣示意圖。

3.3做實(shí)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時，應(yīng)注重混凝土標(biāo)號的選擇，并確保與結(jié)構(gòu)耐久性要求相符。基礎(chǔ)配筋必須確保與最小配筋率相關(guān)要求相符，條基交接處的鋼筋設(shè)置必須選用標(biāo)準(zhǔn)圖或詳圖，且條基交叉處的基底面積不能重復(fù)利用，并注意基礎(chǔ)寬度的調(diào)整。若局部墻體的局部荷載較大也應(yīng)就基礎(chǔ)寬度進(jìn)行調(diào)整，對于基礎(chǔ)圖中的構(gòu)造柱，若定位不明確應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

3.4強(qiáng)化樓梯樣圖設(shè)計(jì)

在繪制樓梯樣圖時，應(yīng)注意樓梯板撓度的控制，樓梯梁梁下的凈高度必須滿足建筑要求，確保樓梯梁位置上下層互相統(tǒng)一。若局部不符合則應(yīng)采用折板樓梯，并注意折板樓梯鋼筋，尤其是內(nèi)折角處應(yīng)斷開并分別錨固，從而預(yù)防局部應(yīng)力的集中，注意樓梯板的寬度和梁下凈空要求，如果是首段梯板，應(yīng)充分考慮基礎(chǔ)帶來的沉降，并在必要時設(shè)置梯梁。

4結(jié)語

綜上所述，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為系統(tǒng)復(fù)雜的工作。作為設(shè)計(jì)人員，做好房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是確保房屋建筑工程質(zhì)量的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)工作中做好每一個細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，盡可能的提高房屋建筑的功能，從根本確保房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)而確保房屋建筑工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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