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摘要:随着我国经济的快速发展,城市化进程速度加快,房屋建设发展速度加快,在房屋建筑结构设计过程中,基础设计作为建筑结构设计的重要内容,对整体建筑质量影响很大,在设计过程中,应认识基础设计的重要性,从建筑施工实际出发,切实提高设计水平,以保证建筑质量。本文对房屋建筑结构设计中的基础设计进行探讨。
关键词:房屋建筑;结构设计;基础设计
一、影响建筑地基基础设计的因素
1.上部结构的影响
建筑的高度,上部结构形式,墙体的厚度对基础的类型、埋深及基底面积有重要性的影响,会导致房屋建筑荷载的基础上分布特点不同,随后会影响基础沉降、稳定性及抗变形能力,在进行房屋建筑结构基础设计是应进行考虑。
2.地质条件的影响
基础的选型取决于地质条件,地质条件涉及的范围很广,其中土层的地基承载力是能否选作基础持力层的关键,土层的分布均匀性问题,土层厚度在基础范围内的不均匀分布造成不均匀沉降,对于地下室建筑基础设计需要考虑抗浮问题。
3.施工环境的影响
房屋建筑的施工环境指自然环境及人工环境,自然环境包括建筑场地的地形情况,建筑场所是否存在冻融情况,人工环境对建筑基础设计的影响体现在基础工程在施工过程中,对周围建筑物或居民产生过大的影响。
二、房屋基础设计的选型
1. 独立基础
独立基础通常被用于柱下基础中,由于柱荷载偏心距的不同,因而其基础断面有矩形及方形之分。如果柱距很大,使用独立基础会得到较高性价比,是其他基础无法比拟的。如果建筑的框架体系为多层上部结构,就最宜使用独立基础。同时,在诸多民众建筑中,独立基础使用较多,效果也很明显。
2. 墙下条形基础
实际中,混凝土刚性基础较为普遍,由于混凝土具有很高的抗压性能,但因为其抗拉及抗弯效果一般,也被用于压缩性小且地基承载力较好的中小型民用建筑中。其优点为使用方便,成本投入低,可根据实际情况随意使用。另外,如果建筑地基不够均匀或承载力小,上部结构所需承载力又大,便可以使用钢筋混凝土柔性基础。这种基础适用于基础埋深很大,并且设有地下室的建筑。
3. 桩基础
沉降量和承载力大是桩基础的主要特征。如果地基缺乏足够的强度或者地基发生变形,这个时候就可以选择桩基础。以下几个方面是其主要的适用情形:第一,地基的承载力较小但同时上部的载荷很大,且在建筑物下部其土层坚实,可以为桩端提供一定支持力;第二,建筑的基础沉降量不能满足实际要求,就算出台解决措施也无济于事;第三,建筑物的底部土层比较薄,土质不好,但是由于土方量的限制,不能使用条形基础,那么可以使用钻孔灌桩法。
4. 钢筋混凝土筏片基础
这种基础以梁板式及筏板式为主,如果建筑物基础底面积出现重叠,且基地承载力较弱及基础间空隙小的情况。筏板式基础一般在地板结构多且在有地下室的建筑中使用较为普遍。同时,筏板基础的选择还可以根据建筑物载荷情况进行选择。其优点为:刚度好,对沉降的均匀度可适当调节。尽管筏板基础使用广泛,但还需要根据实际予以选择。
三、房屋建筑基础设计时应考虑的问题
1.上部荷载差异引起的不均匀沉降
带裙房的高层建筑的基础,在設计时应充分考虑应上部竖向荷载差异引起的不均匀沉降,在设计时一般采用设置沉降缝或设置后浇带来解决这一问题,即将裙房与高层的基础及上部结构脱开,或先期施工时先脱开处理待沉降基本完成再浇筑成一个整体。本项目地质情况较好,基础置于强分化基岩上,因此没有桩基,对地质情况不好时,有时需采用桩筏基础、桩基承台基础,特别是对于摩擦型桩基而言,其不均匀沉降更难以计算,此种情况下,一般采用桩基变刚度设计。
2.上部结构刚度及地基反力分布对基础配筋的影响
对筏板基础,筏板其上部分区域有竖向构件(一般为剪力墙),其余部分没有竖向构件,有竖向构件的地方,一般就是带来竖向及水平荷载的地方,在进行筏板配筋计算时,以前采用倒楼板法计算,就是假定有竖向荷载的地方在地基反力作用下基本不产生变形,由此按一般计算楼板的内力及配筋的方式来计算筏板的内力及配筋。现在采用有限元软件对筏板基础进行设计,在设计过程中应充分考虑上部结构的刚度分布,应力分布及扩散,地基应力分布,从而优化筏板基础设计。
四、基础选型和设计要点
1.独立基础及设计要点
独立基础的造价较低,且对地基土具有较好的适应性,且抗震性能较好,因此在框架结构的民用建筑中普遍采用。对独立基础来说,其基础设计应当根据地基土的特点而进行,如地基土的压缩性较强、压实密度较大,则宜设计成刚性基础,除此之外则应设计成柔性基础,以抵抗地基土压缩带来的不均匀沉降。根据实际情况独立基础可采用阶形基础、坡形基础、杯形基础中的一种或组合,独立基础一般设置于承重的柱下,与现浇混凝土柱整体浇筑,如柱采用预制混凝土柱,则一般将独立基础上部做成杯口形,将柱嵌入到杯口中并用细石混凝土嵌缝形成杯口基础。
2.桩基础及设计要点
桩基础的承载能力较强,主要用于地基下部土层较为坚硬,且地基上部承载力不足的场合,另外在基础加固时也常采用桩基础作为治理措施,由于桩身较长,可将上部荷载传递到地层身处。在设计桩基础时,如果房屋建筑结构是框架结构,为减小各部位沉降的差异性,可在基础中部加密布桩以及增加中部桩身长度的方式来调整桩基的支承受力方式。
3.箱形或筏型基础及设计要点
箱形或筏板形基础主要用于地基土承载力不均匀以及高层建筑等对地基基础承载力要求高的场合,另外,在有地下室的房屋建筑中也可采用筏板基础,使其既发挥基础的作用又可作为地下室的地面使用。箱型基础和筏形基础设计时的主要难点在于降低基础整体的弯曲应力,因此可将上部结构与基础看做一体,采用共同作用分析法进行设计,另外,箱形基础和筏形基础属于大体积混凝土,施工中容易出现温度裂缝,因此在设计时要予以充分考虑,通过设置伸缩缝来抵抗由于温度变化导致的变形,宽度一般设置为20mm-30mm。桩箱基础及设计要点桩箱基础是采用桩基础和箱形基础,使两种基础共同承载受力的基础,其抗弯刚度较高,卸载能力强,沉降量较小,因此常用于在软弱地基上建设的高层建筑、重型建筑以及其他对沉降量要求严格的房屋建筑。
4.桩箱基础及设计要点
桩箱基础是采用桩基础和箱形基础,使两种基础共同承载受力的基础,其抗弯刚度较高,卸载能力强,沉降量较小,因此常用于在软弱地基上建设的高层建筑、重型建筑以及其他对沉降量要求严格的房屋建筑。桩箱基础的设计难点在于布桩方式的选择,由于不同方位地基土性质的差异性,如果采用满堂布桩的方式就会使得各个桩体桩顶反力出现差异,对于基础底板来说,各个部位受力不均,若要保证基础的承载力就必须使底板具备一定的厚度;因此,实际设计中可通过调整布桩方式,即通过适当增加中间部位桩间距的方式,充分利用基础底部桩间土的承载力,分担基础底板的受力情况,从而减小底板厚度。另外,如果上部结构采用剪力墙结构,则应当沿着剪力墙轴线方向布桩,以抵抗由于剪力墙自重可能导致的基础局部受压过大。
结语
房屋建筑结构设计中的基础设计工作不仅关系到整个房屋建筑的安全性、适用性、耐久性,同时对建筑工程的成本也有至关重要的影响,因此作为设计人员必须高度重视基础设计工作,注重细节,一方面使基础能够满足房屋建筑的承载力要求,另一方面要努力控制成本,从而获得更大的经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]刘建鑫.高层建筑结构地下室和基础设计应注意的问题[J].山西建筑,2011(4).
[2]于大伟,潘云.房屋建筑结构设计中常见问题[J].科技经济市场,2015,01:107.
[3]周钰涵.房屋建筑结构设计中基础设计探讨[J].科技创新与应用,2015,07:156.
关键词:房屋建筑;结构设计;基础设计
一、影响建筑地基基础设计的因素
1.上部结构的影响
建筑的高度,上部结构形式,墙体的厚度对基础的类型、埋深及基底面积有重要性的影响,会导致房屋建筑荷载的基础上分布特点不同,随后会影响基础沉降、稳定性及抗变形能力,在进行房屋建筑结构基础设计是应进行考虑。
2.地质条件的影响
基础的选型取决于地质条件,地质条件涉及的范围很广,其中土层的地基承载力是能否选作基础持力层的关键,土层的分布均匀性问题,土层厚度在基础范围内的不均匀分布造成不均匀沉降,对于地下室建筑基础设计需要考虑抗浮问题。
3.施工环境的影响
房屋建筑的施工环境指自然环境及人工环境,自然环境包括建筑场地的地形情况,建筑场所是否存在冻融情况,人工环境对建筑基础设计的影响体现在基础工程在施工过程中,对周围建筑物或居民产生过大的影响。
二、房屋基础设计的选型
1. 独立基础
独立基础通常被用于柱下基础中,由于柱荷载偏心距的不同,因而其基础断面有矩形及方形之分。如果柱距很大,使用独立基础会得到较高性价比,是其他基础无法比拟的。如果建筑的框架体系为多层上部结构,就最宜使用独立基础。同时,在诸多民众建筑中,独立基础使用较多,效果也很明显。
2. 墙下条形基础
实际中,混凝土刚性基础较为普遍,由于混凝土具有很高的抗压性能,但因为其抗拉及抗弯效果一般,也被用于压缩性小且地基承载力较好的中小型民用建筑中。其优点为使用方便,成本投入低,可根据实际情况随意使用。另外,如果建筑地基不够均匀或承载力小,上部结构所需承载力又大,便可以使用钢筋混凝土柔性基础。这种基础适用于基础埋深很大,并且设有地下室的建筑。
3. 桩基础
沉降量和承载力大是桩基础的主要特征。如果地基缺乏足够的强度或者地基发生变形,这个时候就可以选择桩基础。以下几个方面是其主要的适用情形:第一,地基的承载力较小但同时上部的载荷很大,且在建筑物下部其土层坚实,可以为桩端提供一定支持力;第二,建筑的基础沉降量不能满足实际要求,就算出台解决措施也无济于事;第三,建筑物的底部土层比较薄,土质不好,但是由于土方量的限制,不能使用条形基础,那么可以使用钻孔灌桩法。
4. 钢筋混凝土筏片基础
这种基础以梁板式及筏板式为主,如果建筑物基础底面积出现重叠,且基地承载力较弱及基础间空隙小的情况。筏板式基础一般在地板结构多且在有地下室的建筑中使用较为普遍。同时,筏板基础的选择还可以根据建筑物载荷情况进行选择。其优点为:刚度好,对沉降的均匀度可适当调节。尽管筏板基础使用广泛,但还需要根据实际予以选择。
三、房屋建筑基础设计时应考虑的问题
1.上部荷载差异引起的不均匀沉降
带裙房的高层建筑的基础,在設计时应充分考虑应上部竖向荷载差异引起的不均匀沉降,在设计时一般采用设置沉降缝或设置后浇带来解决这一问题,即将裙房与高层的基础及上部结构脱开,或先期施工时先脱开处理待沉降基本完成再浇筑成一个整体。本项目地质情况较好,基础置于强分化基岩上,因此没有桩基,对地质情况不好时,有时需采用桩筏基础、桩基承台基础,特别是对于摩擦型桩基而言,其不均匀沉降更难以计算,此种情况下,一般采用桩基变刚度设计。
2.上部结构刚度及地基反力分布对基础配筋的影响
对筏板基础,筏板其上部分区域有竖向构件(一般为剪力墙),其余部分没有竖向构件,有竖向构件的地方,一般就是带来竖向及水平荷载的地方,在进行筏板配筋计算时,以前采用倒楼板法计算,就是假定有竖向荷载的地方在地基反力作用下基本不产生变形,由此按一般计算楼板的内力及配筋的方式来计算筏板的内力及配筋。现在采用有限元软件对筏板基础进行设计,在设计过程中应充分考虑上部结构的刚度分布,应力分布及扩散,地基应力分布,从而优化筏板基础设计。
四、基础选型和设计要点
1.独立基础及设计要点
独立基础的造价较低,且对地基土具有较好的适应性,且抗震性能较好,因此在框架结构的民用建筑中普遍采用。对独立基础来说,其基础设计应当根据地基土的特点而进行,如地基土的压缩性较强、压实密度较大,则宜设计成刚性基础,除此之外则应设计成柔性基础,以抵抗地基土压缩带来的不均匀沉降。根据实际情况独立基础可采用阶形基础、坡形基础、杯形基础中的一种或组合,独立基础一般设置于承重的柱下,与现浇混凝土柱整体浇筑,如柱采用预制混凝土柱,则一般将独立基础上部做成杯口形,将柱嵌入到杯口中并用细石混凝土嵌缝形成杯口基础。
2.桩基础及设计要点
桩基础的承载能力较强,主要用于地基下部土层较为坚硬,且地基上部承载力不足的场合,另外在基础加固时也常采用桩基础作为治理措施,由于桩身较长,可将上部荷载传递到地层身处。在设计桩基础时,如果房屋建筑结构是框架结构,为减小各部位沉降的差异性,可在基础中部加密布桩以及增加中部桩身长度的方式来调整桩基的支承受力方式。
3.箱形或筏型基础及设计要点
箱形或筏板形基础主要用于地基土承载力不均匀以及高层建筑等对地基基础承载力要求高的场合,另外,在有地下室的房屋建筑中也可采用筏板基础,使其既发挥基础的作用又可作为地下室的地面使用。箱型基础和筏形基础设计时的主要难点在于降低基础整体的弯曲应力,因此可将上部结构与基础看做一体,采用共同作用分析法进行设计,另外,箱形基础和筏形基础属于大体积混凝土,施工中容易出现温度裂缝,因此在设计时要予以充分考虑,通过设置伸缩缝来抵抗由于温度变化导致的变形,宽度一般设置为20mm-30mm。桩箱基础及设计要点桩箱基础是采用桩基础和箱形基础,使两种基础共同承载受力的基础,其抗弯刚度较高,卸载能力强,沉降量较小,因此常用于在软弱地基上建设的高层建筑、重型建筑以及其他对沉降量要求严格的房屋建筑。
4.桩箱基础及设计要点
桩箱基础是采用桩基础和箱形基础,使两种基础共同承载受力的基础,其抗弯刚度较高,卸载能力强,沉降量较小,因此常用于在软弱地基上建设的高层建筑、重型建筑以及其他对沉降量要求严格的房屋建筑。桩箱基础的设计难点在于布桩方式的选择,由于不同方位地基土性质的差异性,如果采用满堂布桩的方式就会使得各个桩体桩顶反力出现差异,对于基础底板来说,各个部位受力不均,若要保证基础的承载力就必须使底板具备一定的厚度;因此,实际设计中可通过调整布桩方式,即通过适当增加中间部位桩间距的方式,充分利用基础底部桩间土的承载力,分担基础底板的受力情况,从而减小底板厚度。另外,如果上部结构采用剪力墙结构,则应当沿着剪力墙轴线方向布桩,以抵抗由于剪力墙自重可能导致的基础局部受压过大。
结语
房屋建筑结构设计中的基础设计工作不仅关系到整个房屋建筑的安全性、适用性、耐久性,同时对建筑工程的成本也有至关重要的影响,因此作为设计人员必须高度重视基础设计工作,注重细节,一方面使基础能够满足房屋建筑的承载力要求,另一方面要努力控制成本,从而获得更大的经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]刘建鑫.高层建筑结构地下室和基础设计应注意的问题[J].山西建筑,2011(4).
[2]于大伟,潘云.房屋建筑结构设计中常见问题[J].科技经济市场,2015,01:107.
[3]周钰涵.房屋建筑结构设计中基础设计探讨[J].科技创新与应用,2015,07:156.