土木工程建设中对建筑结构基础设计的探析

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  【摘 要】 土木工程地基基础设计的基本原则是基底压力应不大于修正后的地基承载力特征值,并且地基基础的承载力和建筑结构的特性以及基土的性质有直接的关系。通过对土木工程建设中对建筑结构基础设计的分析,及对基础施工技术、结构转化层施工技术进行了探讨,避免各种潜在危险的发生。
  【关键词】 土木工程;建筑结构;基础
  一、前言
  在对地基基础进行设计之前,要充分的了解建筑物可以产生的荷载力,使基础设计的荷载力不要超过修正后的地基承载力特征值,只有这样才能够保证地基基础的稳定性。
  二、土木工程地基基础设计的基本原则
  基底压力应不大于修正后的地基承载力特征值。在对地基基础进行设计之前要充分的了解建筑物可以产生的荷载力,地基基础都有一个承受荷载能力的范围值,所以在设计的过程中,应该将承载力设计的稍大一些,超过所能承受的范围,这样在工程结束后,由上部传来的压力才不至于使地基基础失稳。当基础承受压力而丧失了稳定性后,即为基础的极限承载力,这种设计是失败的。地基基础应该随着荷载的增加,慢慢的趋向平稳,当然可以出现一定的变形,但是变形一定要在规定的允许范围内,不会对基础的稳定性造成影响。
  地基基础的承载力和建筑结构的特性以及基土的性质有直接的关系,所以要对建筑的结构特点,基土的性质进行详细的了解分析,将基础设计的荷载力不要超过修正后的地基承载力特征值,这样才能够保证地基基础的稳定性。
  三、土木工程建设中对建筑结构基础设计的分析
  1.基础施工技术。在建筑中基础的施工技术包括土方开挖、现浇混凝土、基坑的支护等,所以建筑的基础施工是整个建筑中的重点工程。其施工周期也较长,占总工期的百分之三十至百分之四十左右。在《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》中,明确的提出了对于基础埋置的高度有着不同的要求。在埋置桩基的时候,要占总建筑高度的十五分之一,在埋置天然地基的时候,要中到建筑总高度的十二分之一,还要注意不要把桩长算在埋置深度中。
  由于建筑的施工地點一般是城市的密集场所,施工场地比较狭窄,所以要对周围建筑以及市政工程设施严格的安全保护措施。同时在施工中,对于基坑的稳定和位移不能出现任何的差错,基坑的开挖和支护,在施工中的危险性比较高,涉及到的专业知识强、力学强度与位移的问题都要有很好的把握,同时还要解决土力强度与支护结构的相互影响的问题,如果这些问题在施工中不能够有精准的计算,就会造成施工设计出现问题,很容易造成基坑的工程事故。在基坑深度超过5米以上的工程,就要采取专项的施工方案,对于边坡支护和底下降水有特殊的要求,在经过施工专家组的许可得到审核通过后才能够进行下一步的施工项目。
  2.结构转化层施工技术。不同高度的建筑从建筑功能上有明显的区分,对于上部就要用小空间的轴线布置,对于下部则用大空间的轴线布置,这种区分与自然布置截然相反的。在力的作用下,下部楼层所受到的载荷较多,上部楼层受到的压力载荷较少,自然布置就要在下部楼层加强刚度、柱网等建设,到上部逐渐减少墙、柱之间的距离,为了满足建筑的功能要求,就要与自然布置的方式相反,下部布置大空间、下部布置小空间的方式。在楼层设置转换层,这样就能够满足在上部实现刚度大的剪力墙,在下部楼层有小的框架柱。随着建筑工程的不断进展,转换层的位置也要不断的上升,所以要对带转化层设计出筒体的结构。主要影响筒体结构的因素为外筒的刚度、内筒的刚度以及转化层的高度。转换层设置的越高,在上下层之间的位移角就变大,对抗震性的影响就越大,所以在工程设计时要对转换层的高度进行限制,在转换层较低的带转换层中剪力墙结构的设计,可以通过调整上下层之间的位移角进行控制,同时提高筒体及落地墙的厚度,可以有效地增强建筑的抗震能力。
  四、土木工程地基基础设计要注意的问题
  1.对地质资料的分析判断
  对于拟建建筑物场地的地质情况要有一个详细的了解,对于地质水文状况进行科学的勘查,了解土层的性质,地下水位的深度,软弱层以及持力层的分布情况等。同时还要对地下管道和各种设施有详细的记录,勘查的质量对于地基工程有重要的影响,是保证地基基础质量的重要前提。
  2.对上部结构的分析
  对上部结构进行分析时,必须了解建筑物的重要性及使用要求,以便对建筑物的地基变形值进行控制。对重要的工业与民用建筑及对地基变形有特殊要求的建筑物,设计时更应慎重如设有众多易燃易爆管道的化工建筑,若因地基沉降不均引起管道开裂则会引起严重后果;对体型复杂的高层建筑,若发生较多的倾斜,即使不致发生倒塌,也会使电梯设施难以运行,并给人造成不安全感。
  3.保证设计方案的技术合理性
  所选择的基础形式应与上部结构类型相适应,其地面尺寸还应与地基承载力相适应。为了使建筑物的地基变形不超过规定的允许值,以免出现结构损坏,建筑物倾斜、开裂等事故,使地基的稳定性能得到充分的保证,还应按需要对建筑物地基的变形及稳定性进行验算。让建筑物安全可靠地发挥其功能,这样的设计方案才具有技术合理性。
  4.设计方案应与施工技术的可行性相适应
  任何设计方案,只能通过相适应的施工技术手段,才能使设计方案变成现实。现有施工技术的水平,之间关系到设计意图能否实施及实施的质量。为此,设计者对建筑经验、施工工艺的适应性及施工技术的水平均应有全面的了解,所采用的设计方案,若能利用当地已有成熟经验的施工技术即可完成,则较为理想。
  5.承重柱截面高度设计过小
  对于抗震烈度要求小于六度的地区,很多设计人员在认识上存在六度地区不需要进行设防的错误观念,很多设计人员将承重柱的截面积设计的较小,这样可以比较方便的进行受力分析,但是这样做导致承重柱的截面较小,在外力作用下,由于柱和梁之间存在着弯矩约束,往往会产生开裂,导致塑性铰的出现。这样给建筑的结构埋下了安全隐患,使建筑的耐久性大打折扣,一旦遭遇较大的地震,往往不能够有效的抵抗地震的破坏,容易发生倒塌,造成重大人员生命和财产损失。   6.砖混结构中建筑工程构造柱与承重柱混淆不清
  在房屋建筑结构设计当中很多设计人员不能够很好的分清构造柱和承重柱的区别,导致二者之间经常发生混淆,严重的影响了砖混结构的可靠性。对于砖混结构的建筑,采用构造柱能够在很大程度上增加墙体的抗剪能力,并且和梁相配合,能够在很大程度上防止建筑墙体出现裂缝,对于建筑抗震性能的提升具有重大的意义。而一些设计人员由于没有对构造柱形成正确的认识,导致构造柱往往被当作承重柱使用,使其原本的功能无法得到发挥,同时还会造成一系列的负面影响。
  一旦构造柱和承重柱被混淆使用,导致构造柱被当作承重柱,使其对墙体的约束作用大打折扣。在发生地震的时候,由于构造柱被当成可承重柱,其本身的强度不能够应对地震力,必然成为建筑中的一个薄弱环节而首先遭到破坏,最终导致建筑倒塌。
  构造柱一般都不另设基础,这就使其的称重能力相对较弱,不能够满足承重柱的使用要求。被当作承重柱使用往往会导致构造柱基础在较大的载荷作用下发生破坏而导致沉降,最終使其支撑的部分出现裂缝。因此设计人员在实际的设计过程当中一定要将承重柱和构造柱进行明确的区分,按照各自的特点发挥各自的功能,防止由于使用错误而造成的各种隐患。
  7.悬挑梁和连续梁
  悬挑梁梁高选用过小设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算,而忽略了对梁手挠度的验算。梁高选用过小,引起梁截面的受压区应力过高,在正常使用状态下,梁截面受压区产生非线性徐变,梁挠度随时间的推移不断加大。
  连续梁按单梁进行设计存在潜在危险这种情况多发生在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷重一般较小,没有引起设计者的重视,为图受力分析方便,设计者把实际应为连续梁的梁按单简支梁进行设计,致使梁在支座处上部负筋配置量过少。这样必然引起梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝,进而引起梁上部拦板出现竖向裂缝。当环境温度变化时,梁的伸缩受到梁端柱或挑梁的约束,在梁内产生收缩应力,该收缩应力作用于原已产生的梁上裂缝处,引起梁在支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通,梁承载力降低,直接影响了使用安全。在实际工作中,多次发现类似情况出现,因此应引起设计者的重视。
  五、结束语
  由于建筑的施工地点一般是城市的密集场所,施工场地比较狭窄,所以在施工中,要做好严密的施工安排。随着建筑工程的不断进展,在施工技术上,土木工程地基基础设计要注意这样几点问题,对地质资料的分析判断、对上部结构的分析、设计方案应与施工技术的可行性、及保证设计方案的技术合理等,为工程的顺利进行提供保障。
  参考文献:
  [1]周琦《浅析高层建筑中给排水设计的要点》黑龙江科技信息,2011.01
  [2]刘玉.徐军《地基基础设计若干问题探讨》工程建设与设计,2012.08
  [3]杨伟《高层建筑框架结构设计中应注意的几个问题》广东科技,2011.14
  [4]周琦《浅析高层建筑中给排水设计的要点》黑龙江科技信息,2011.12
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