房屋建筑结构设计中的基础设计

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  林玮玮
  深圳市劳伦斯建筑规划有限公司 广东 深圳 518000
  【摘 要】新时期下,随着经济及社会的发展,我国建筑行业也正在不断的发展,国家很多相关部门特别重视,很多商人也将目光转移到房地产等建筑行业。但是,有一系列问题的发生就会不同程度的影响建筑的发展。而在建筑结构的设计中,基础设计就会显得尤为重要,这是影响一个建筑物的关键性因素。所以为了让建筑行业的不断顺利发展,也是为了国家以及经济利益的不断增加,就要对建筑中的问题特别重视。基础设计可以影响整个建筑的稳定性,也会对建筑的造价成本有很大的影响,要加强重视,优化设计。本文阐述了基础设计的概述,基础设计在房屋建筑结构设计中的原则和问题,并对此提出了一些自己的見解和意见,希望对同行或者是同工程的人带来了一些借鉴和参考价值。
  【关键词】房屋建筑;结构设计;基础设计;重要意义
  近年来,城镇化的发展速度越来越快。人们对基础设施的需求也在不断提高,建筑行业是基础设施建设中不可缺少的部分。由此,我们可以很容易的看出建筑行业的重要性。而且建筑结构也越来越复杂,功能性日益增强,所以建筑的结构设计必须要跟紧时代的潮流,不停的进步。 因此怎样提高建筑工程的可靠性和安全性也成为了建筑行业上一个非常重要的问题。在平时的工作中,选择合理的基础设计,可以保证建筑的质量,从而降低建筑的成本,使建筑行业健康的发展。
  1、目前建筑基础设计环节的现状
  1.1建筑结构设计图纸简单粗略
  建筑工程进行施工,施工的图纸是至关重要的,科学合理的施工图纸可以更好的保证施工的质量,同时在图纸中结构也是非常明显的。施工图纸对建筑结构的每个环节都可以进行验证,图纸可以说明施工中的每个细节,同时对施工的要点进行解释。在施工图纸中对建筑结构类型、抗震设计、材料等级要求都是有明确规定的。但是在实际的施工中,设计的图纸很多都是不符合要求,这样就会导致施工中很难按照施工的设计图纸来进行,在进行施工的时候图纸是非常重要的,不符合要求的图纸在施工中进行使用是很容易出现问题的,而且非常容易导致施工中出现意外的情况,使得施工无法顺利进行。
  1.2盲目追求施工效益
  众所周知,随着市场经济的不断发展,建筑行业的发展对经济的发展是有很大的影响的,同时建筑行业的发展对其他行业的影响也是非常大的。建筑行业的快速发展使得很多的人员都进入到这个行业中进行发展,在建筑施工企业中很多的企业为了获得更多的经济效益,在进行建筑施工的时候,在建筑材料选择的时候尽量使用低价格的施工材料,这些施工材料根本就达不到施工的要求,在施工中进行使用对施工质量是有很大影响的。这样的施工做法,使得设计人员在进行结构设计的时候根本就无法进行预知,使得建筑施工的质量受到影响,对其安全性也是很大的影响。
  2、房屋建筑中地震与基础的关系
  因为地震的危害性特别大,所以在房屋建筑中抗震性能就变得特别重要。目前我国房屋建筑中,主要由砌体结构,钢筋混凝土剪力墙结构,框架-剪力墙结构及组合结构等。其中,从抗震性来说,砌体结构不利于抗震,钢筋混凝土剪力墙结构地震的危害比较轻,框架——剪力墙结构可以提高抗震性能。而近年来随着社会的发展,也出现了一些新的抗震方法,比如说隔震和消能减震。消能减震主要用于高层或超高层建筑,隔震主要用于较重要的低层和多层建筑。
  3、液化土和地基抗震验算
  所谓液化,即在地下水位之下的饱和粉土和松砂在地震的时候,土层颗粒间逐渐变密。由于孔隙之间的水不能够及时的排出来,因此致使土层的颗粒一直呈现悬浮的状态,就像是液体一样,此现象就叫做土的液化。影响土的液化有很多方面,比如地质年代,土的密实程度,土层中粘粒的含量,地震的震级和强度,地下水位的深度和上面覆盖的非液化土的厚度以及土层的埋深等。
  3.1非液化土中的桩基的抗震验算
  抗震验算应该符合以下的规定:(1)当承台侧面回填土夯到干密度不小于《建筑地基基础设计规范 》(GB50007)对填土要求的时候,可以用承台正面填土和桩来一同承担水平地震的作用,但是不应该计入承 台底面和地基土之间的磨擦力。(2)单桩的水平向和竖向抗震承载力特征值,都比非抗震设计时要提高了25%。
  3.2在液化土中的桩基抗震验算
  (1)在主震时:桩承担所有的地震作用,这个时候土还没有充分的液化,桩的承载力可以按照非液化土进行计算,但是液化土桩周围的摩阻力和桩水平抗力都应该乘表1的折减系数。
  表1 土层液化影响的折减系数
  n=N63 5/Ncr 饱和土标贯入点深度ds(m) 折减系
  n≤0.6 ds≤10 0
  10  0.6  10  n>0.8 ds≤10 2/3
  10  (2)在余震时:《抗震规范》规定,此时地震的作用按照地震影响系数最大值10%采用,桩承载力依旧按照非抗震设计的时候提高25%采用。但是应该去除液化土层全部的摩阻力和桩承台下2米深度范围 之内的非液化土桩周围的摩擦阻力。
  (3)打入式的预制桩和其他的挤土桩,平均桩的距离是2.5到4倍的桩径和桩的数量不少于5*5的时候,可以计入打桩对于土加密作用和桩本身对于液化土变形限制的有利影响。但是当打桩之后桩间的土标准的贯入锤击数量达不到液化要求的时候,单桩的承载力不能够折减,但是对桩尖的持力层进行强度校正时,桩群外侧的应力扩散角应该计算为0。而打桩之后桩间的土标准的贯入锤击数量应该用实验来进行确定。
  4、房屋建筑中基础设计必须要注意的问题
  在房屋建筑中基础设计的过程中,一定要注意以下的几个问题:第一在结构平面图的绘制上,要从整体出发,把握大局,把群众安全和国家的利益放在第一位上;第二在进行大样详图的设计时,要保障图纸的全面性和细致性,要保障房屋建筑工程的结构,尺寸和外形保持一致;第三在进行屋面结构图的设计时,如果建筑板间空隙非常的大,要使用梁板式的楼板,反正则使用折板式的楼板,要保证整体的融合性;第四是在基础方面进行设计的时候,要结合实际情况,遇到具体的问题要进行具体的分析,保障设计的合理性和科学性,保证了房屋整体的合理性;第五是在楼梯的设计时,要考虑楼梯板的挠度问题,还要考虑第一段楼梯板的基础沉降的问题,确保楼梯的精确性和一致性;第六是要充分考虑到各种不良因素的影响,比如说地质构造,地震灾害,环境等,选择合适的方式进行及时的解决;第七是要考虑到问题对于建筑基础的影响,因为施工中用到的混凝土,在很大程度上是温度引起的裂缝,可以使安全性降低,所以,必须要严格的重视。   5、对房屋建筑中基础设计的几点建议
  5.1稳定性验算
  依据加筋土挡墙结构破坏形式,加筋土挡墙结构的常规计算主要分为两大部分:外部稳定性验算和内部稳定性验算。
  (1)外部稳定性验算
  外部稳定性验算主要包括抗滑(包括抗深层滑动和抗平面滑动),抗倾覆,基础沉降和基础承载力等。
  (2)内部稳定性验算
  内部稳定性验算主要包括筋带拉应力计算,筋带抗拔安全性验算和加筋长度计算等。
  5.2软弱地基的基础设计
  软弱地基的基础设计,在土层不发生整体的破坏和满足地基的承载力的前提下进行处理,用基础沉降量作为控制的条件,在改变地基的条件时,要配合着改变基础设计。通常来说,改变基础尺寸,能够使基底附件压力的大小和分布得到调整,进而改变地基的变形值。基底附加的压力一样的时候地基变形的程度是是随基底尺寸的加大而加大,并且在确定的荷载下如果增大基底的面积,可以导致地基的变形量减小。在调整基底尺寸,验算地基变形的时候还要考虑到别的因素的作用。在软弱粘性土中使用卵石桩能够提高地基的承载力,从而加快固结的沉降,进而改善地基整体的稳定性。软弱土地基的处理方法也多种多样,受到很多因素的影响,所以很难使用一种固定的模式来确定某种的处理形式好,故在场地条件不同的时,要经过仔细的研究分析再做出决定。
  5.3做实基础设计
  在进行基础结构设计时,需要注意对混凝土和基础配筋的选择,需要保证所选择的混凝土标号能够与结构耐久性要求相符合。对于基础配筋的设置,需要与最小配筋率要求相符合,利用标准图和说图来进行条基交接处的钢筋设置,处于条基交叉处的基底面积则不能重复利用,对基础宽度进行适应姝调整,需要精准定位基础图中的构造柱。
  5.4把屋顶结构图的设计做好
  由于最近一段时间以来一些地方“平改坡”的呼声相当严重,为了可以更好地做到符合客户的需要,然而,现在的很多房屋建筑的结构基本上都是应用坡屋面结构的形式。而这样的结构形式可以有折板式和梁板式,如果建筑板的跨度非常大,而且屋面坡度复杂,屋脊线的转折,建筑平面不规则,因此基于以上几种坡屋面大都选择的梁板式。而在设计屋坡面板的时候,为了保证可以让施工操作人员更好地理解设计的图纸,可以采用一些剖面示意图以及详图相互结合方式进行表达。所以那些房屋建筑结构的设计人员,必须具备一定的空间感,一定要对整体房屋建筑构造有一定的了解。
  5.5对于基础设计中人员的建议
  应该提高设计人员素质,加强管理,要求其对于每个工程都仔细的编写说明书和方案,评定其基础类型。并且,要求设计人员要对所建工程的地貌概况、地质性质、周边的环境综合进行分析,在设计计算的过程中,对其理论和参数的适应性和精确度进行研究,通过多个方案进行比较并调整偏差之后,才可以确定经济效果最好、技术上比较合理类型 。此过程中,就要求设计人员一定要提出合理明确的观点,书写成为书面的文件。并且一个好的基础工程一定要具有能安全的支承上部的结构并可以将荷载传送到下部的地基中,可以再满足规范要求下,具有良好的稳定性能和最小埋深,将差异沉降和沉降保持在可允许的范围内,又有施工比较简便、造价经济低和对周边环境污染小的特点。
  6、各类结构的基础选型如何确定
  6.1建筑基础选型需要综合考虑的因素有:地质条件、建筑高度及体型、使用功能、结构类型、荷载情况、有无地下室及其使用功能、相邻建筑物或构筑物的情况、施工条件、材料供应和抗震设防烈度等等。设计原则要保证安全可靠、经济合理。
  6.2砌体结构:应优先选用混凝土或灰土刚性条形基础,混凝土强度不低于C15,灰土采用3:7灰土。当基础宽度大于2.0米,宜采用钢筋混凝土扩展基础(即柔性基础)。
  6.3框架结构。
  (1)地基较好时,可选用单独柱基。
  1)如有地下室且有防水要求时,应加防水板(此种做法也适用于高层建筑的裙房)。防水板下宜铺设有一定厚度的易压缩材料如聚苯板,以减少柱基沉降对防水板的不利影响。防水板设计配筋两种情况都要考虑:一是可仅考虑水压力(向上)减去板自重,另一种情况是板自重与板上恒、活载(向下)所产生的作用,两种情况分别考虑。防水板可按无梁楼板计算,此时柱基础可视为柱帽(柱托班)。此种做法,可不必另加柱间拉梁,只需在各柱之间的板内设置暗梁作为拉梁即可。此暗梁配筋同时可作为防水板的配筋。对于防水要求较高的地下室,宜在防水板上增设架空层。
  若防水板下不铺设聚苯板等易压缩材料,应考虑地基反力对防水板的影响。
  2)如有地下室但无妨水要求时,地下室地面只采用建筑地面做法即可,但基础底面至地下室地面的距离宜不小于1米。
  (2)当上部结构荷载分布不均匀且地基较好时,为尽量减少基础的不均匀沉降,可选用单独柱基或局部选用条形基础、筏板基础,使各个基础底板反力较均匀。
  (3)地基较差时,则宜选用柱下条形基础或筏板基础。无地下室或虽有地下室但无妨水要求时,可选用柱下条形基础。
  6.4剪力墙结构
  建筑物无地下室,或虽有地下室但无防水要求,如地基条件较好,宜优先选用墙下条形基础。
  有防水要求时,可选用筏板基础,也即自然形成箱型基础。此时无需遵照《高层建筑箱型与筏型基础技术规范》JGJ6中对于箱基的各种要求,只需满足墙及基础底板的承载力要求即可。当地基条件很好时,也可以选用条形基础加防水板的做法。
  注:高層剪力墙结构,不一定必须选用整体式基础(如筏型基础或箱型基础)。当地基条件好,持力层为密实的砂卵石、岩石等,又无软弱下卧层而且水位很低不需要考虑基础底板的防水问题时,可考虑选用条形基础。
  6.5框架-剪力墙结构   (1)框架剪力墙结构的基础选型原则,可参照上诉第三条和第四条的有关要求。
  (2)高层框架-剪力墙结构,当地基承载力允许,地下无防水要求时,也可选用柱下、墙下条形基础。
  (3)如框剪结构框架柱采用单独柱基,剪力墙采用条基,应考虑地震作用产生的墙底弯矩对基础的影响(此时墙底弯矩可乘以不大于0.8的折减系数)。在设计时,不应因考虑地震作用的影响而使抗震墙的基地面积增加过多。如果抗震墙的基地面积因考虑地震弯矩的影响而比无地震时增加过多,则在平时可能造成墙与框架柱之间的地基沉降不均匀(抗震墙沉降少而框架柱沉降多),引起结构裂缝或其他问题。因此,在设计计算时,因尽可能提高地基土承载力,并折减地震弯矩,以尽量减少抗震墙的基地面积,使墙基与柱基的基底压力相差不过多,必要时,可酌量加大柱基础底面积。
  6.6当基础埋深大于3米时,如原设计物地下室,宜建议增设地下室。特别是当地基承载力较低、地基土压缩性较大时,如增设地下室确有困难,应考虑设置架空层,以减少基础上的土重。也可考虑采用桩基础或地基处理方案。
  6.7如地基土质较差采用天然地基不能满足设计要求时,需综合考虑工程造价、工期长短、雨期冬期施工等条件,考虑选用人工地基,包括桩基(预制桩、灌注桩)及复合地基(如碎石振冲桩、CFG桩等)及其他措施。
  6.8高层建筑应优先选用筏型基础。除非根据地下室的使用功能正好适合设计成箱型基础,否则一般情况不宜选用箱型基础。
  注:在20世纪70年代及以前,我国高层建筑数量不多,已建成者的地下室层数大多仅有一层,地下室的用途多为人防,需要有较多的墙体,因此,将基础设计成箱基,与使用上并无矛盾,有与其相适应的外在条件。例如,20世纪70年代北京建成的一批高层住宅,本身为剪力墙结构,因此地下室自然有较多的墙体,形成箱基。
  20世纪80年代以来,全国兴建了大批高层建筑,其中旅馆、写字楼、商业等类型公共建筑很多,它们大多是框架-剪力墙结构或框架-核心筒结构,其地下室需要有较大空间的停车库、空调机房等,如设计成箱基,势必影响使用。
  建筑物的高宽比,也已有了很大变化。20世纪80年代以前的高层建筑,高度常小于长度(宽度),近年的高层建筑,高宽比常为2~4,甚至更大。此种体型的建筑物,一般已不再需要一个刚度较大的箱型基础来加强其总体刚度。
  6.9基础选型的方法
  (1)工程设计中最常用的基础形式有独立基础、筏型基础和桩基础三种,一般至少要留20%的安全储备。
  (2)地基的本质是土,基础的本质是与土紧密相连的混凝土构件。独立基础、筏型基础使浅基础,而桩基础则是深基础。凡是设计跟土有关的均采用荷载标准值,凡是设计与基础构件有关的均采用荷载基本组合。
  (3)地面以下5米以内(无地下室)或底板板底土的地基承载力特征值(可考虑深度修正)fa与结构总平均重度p=np0(p0 为楼层平均重度,n为楼层数)之间的关系对基础选型影响很大,一般规律如下:
  若p≤0.3fa,则采用独立基础;
  若0.3fa  若0.5fa  若p≥0.8fa,应采用桩基础或进行地基处理后采用筏型基础。
  7、结束语
  总之,现在的房屋建筑中,由于其本身层数比较多,垂直的高度比较大,重量也大,所以就要求基础必须具有很强的承载力,才能使房屋建筑稳定性更好。而基础设计作为房屋建筑的前提和基础,其好坏直接影响着整个工程的施工质量和进度,在结构设计中也起着非常大的作用,同时还能影响房屋的适用性,安全性和耐久性。所以在设计的过程中,我们要结合实际,选择最合理的形式,把买个细节都做好,提高建筑功能,保障其质量,降低成本,综合考虑其造价,可行性,合理性等,要保证设计的科学性,为我国房屋建筑提供了坚实的基础,从根本上来保证设计的质量,也对我国的建筑行业具有很大的促进作用。
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