论文部分内容阅读
摘要：随着我国市场经济的发展，建筑业也飞速发展壮大，房屋结构形式也由简单的砖混结构变得日趋复杂和多样，当前房屋建筑结设计中，还存在一些需要解决的问题。本文提出了当前房屋建筑结构基础设计的现状，针对当前基础设计中一些容易被人们忽视的错误进行讨论。
关键词：房屋 ， 建筑 ， 结构设计，基础设计
Abstract: along with the development of market economy in China, construction and rapid development and expansion, building structure form by simple brick structure also become increasingly complex and diverse, the current housing construction and design, also exist some problems need to be solved. This paper puts forward the current housing construction structure of the present situation of basic design, in view of the current foundation design some easy to be neglected mistakes are discussed.
Keywords: building, building, structure design, basic design
中圖分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
一、房屋建筑常用的几种基础设计分析
1、墙下条形基础。
常用的砖、毛石、混凝土刚性基础，主要是承受抗压强度，也承受抗拉、抗剪强度，但抗拉、抗剪强度不高。基础内产生的拉应力、剪应力通过刚性角控制，使其不超过材料的允许值。它一般适用于建造5层以下民用建筑及轻型生产用房，如果地基承载力较高，且地基比较均匀，层数还可以适当增加。这种基础的特点是，造价低、施工快，通过地圈梁的加强，增强基础的整体刚度，能承受上部结构较大的荷载及适应一定的地基变形。常用的钢筋混凝土柔性基础也是墙下条形基础的较好形式。当上部结构荷载较大，地基承载力又较低，且地基又不很均匀，采用刚性基础往往会使基础断面过大，如果要保持浅基础，则基础露出地面，如果加深基础又要增加土方量基础造价。即使采用刚性基础，也难避免在基础产生较大的抗拉、抗剪应力时，出现基础裂缝、不均匀下沉，以致引起上部结构墙体裂缝。这时一般采用钢筋混凝土条形基础，它可以承受较大的弯矩和剪力，用基础断面大小和配筋量来满足受力要求。如果地基不均匀，还可加肋梁，以增强抗弯能力，调整不均匀沉降。一般6层以上民用建筑或轻型厂房可以采用这种基础。
2、独立基础。
刚性或柔性独立基础一般多用于柱下基础，根据柱荷载偏心距大小，基础断面可为方形或矩形。当柱距较大时，常为独立基础，这样较为经济。为增强基础整体性，也可采用拉梁适当拉结，以增强适应地基变形和抗震能力。多层建筑上部结构为框架体系时，如地基承载力较高，地基变形较小，荷载及柱网分布较均匀，宜选用独立基础，但在纵横两个方向宜拉梁适当拉接。拉梁断面选择要适当，不宜过大，可通过计算确定。一般民用建筑中的内柱，多数可考虑采用独立基础，而不用条形基础，在满足承载力及变形要求下，其经济效果是较好的。
3、柱下条形基础及十字交叉基础。
当柱荷载较大或地基较差时，采用独立基础不能满足承载力要求，扩大基础面积又受到场地限制时，可考虑采用条形基础。条形基础具有较大的刚度，对于调整不均匀沉降有良好的作用，但当柱距较大时，条基的刚度也差，调整不均匀沉降的能力也降低，所以选用柱下条形基础应控制在柱距不宜过大(6～7m)的条件下，能较好发挥作用。当地基承载力较低而柱荷载又较大时，或地基变形和柱荷载的分布在两个方向都不均匀时，一方面要求扩大基础底面积，以满足承载和地基变形的要求，同时又要求基础具有较大刚度，来调整不均匀沉降，这时可考虑设置十字交叉基础。十字交叉基础具有较大的空问刚度，是一种较好的基础形式，但它有自己的适用范围，不可任意滥用，只有当条形基础不能满足要求时，才采用十字交叉基础。
4、钢筋混凝土筏板基础。
当地基承载力较低，且地基土质不均匀，而上部结构荷载却很大，采用十字交叉基础，有的基础之间的空隙所剩无几，有的基础底面积重叠，已不能提供足够的基础底面积时，这时可采用筏板基础。对于有地下室的结构，它本身不要求防水或防潮，筏板基础恰好就是地下室的底板结构。当荷载不太大时，常采用平板式筏板；当荷载较大时，可采用梁板式筏板。由于筏板基础的整体刚度较大，故能将各柱或墙体的不均匀沉降调整得较为均匀。对于某些不均匀地基，且土质又较软，应先进行地基处理。提高地基承载力，减少地基的压缩性，再在处理过的地基上做筏板基础。这种地基与基础同时结合考虑，技术和经济效果均较理想。那种认为不管地基如何软弱和不均匀，只要做筏板基础就万无一失的想法是不全面的，实际工程中的教训还是有的，应引以为戒。
5、桩基础。
桩基础具有承载力高、沉降量小的特点。一般建筑物应尽量采用浅基础，若地基变形和强度方面都无法满足要求时，则可采用此种形式的深基础。下列情况可考虑采用桩基础：
（1）建筑物上部结构荷载较大，而地基上部软弱，下部有可作为桩端持力层的坚实土层时：
（2）天然地基上的浅基础沉降量过大，即使进行地基处理也不能满足建筑物要求时；
（3）对较为重要的建筑物，虽然地基承载力尚好，但由于对控制沉降有较高要求，不允许有过大沉降，也可考虑采用；
（4）对土层不很厚，土质又较差，如做条形基础，土方量较大，可考虑采用钻孔，灌注短桩。
二、房屋建筑结构基础设计应注意的问题
1、承重柱截面高度设计过小
这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计者误认为六度设防就是不设防，为图受力分析方便，他们故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大，把梁简化为铰支梁，柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析，但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用，即忽略了柱对梁的约束弯矩，加之柱截面和配筋都较小，结构一旦受力后，柱顶抗弯强度必然不足，从而柱子及梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝，形成塑性铰。这样，在正常使用情况下，柱子已开始带铰工作。这不但影响了房屋的耐久性，而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是，这样的结构一旦遭遇地震作用时，将会倒塌，这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
2、砖混结构中房屋构造柱与承重柱混淆不清
在砖混结构中，构造柱不但能够提高墙体的抗剪能力，而且构造柱与圈梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题：
（1）构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对砌体的拉结和约束作用，而且结构一旦遭遇地震作用时，在构造柱位置必然形成应力集中，首先破坏。 这样，构造柱不但起不到其应有的作用，反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。
（2）构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切抗弯及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏，将导致构造柱下沉，引起其周围的墙体出现裂缝。建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。 若梁上荷载和跨度都比较小时，构造柱也可布置于梁下，但此时必须按不考虑构造柱作用来验算梁下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足后，方可在梁下布置构造柱。
（3）悬挑梁的梁高选用过小。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。挑梁的变形引起梁上板出现裂缝，裂缝宽度随着挑梁变形的加大而加宽，影响了房屋的正常使用。据观察，这种挑梁的变形发展到后期，梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响，竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝，此时梁已接近破坏。当为托墙挑梁时，梁过大的挠度会引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。 裂缝在梁支座处沿竖直方向向上发展，当到一定高度时沿斜向延伸，缝愈靠上愈宽挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小时，截面的相对受压区高度较大，梁的延性减小，在竖向地震作用下易发生脆性破坏，失去承载力。
（4）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。如果该边梁长度较长时，问题将会变得更加严重。因为该梁一般直接暴露在室外，受环境温度影响较大。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。
三、对房屋建筑结构基础设计的评述及建議
设计人员在进行房屋建筑基础设计的过程当中应站在整个房屋建筑的整体高度出发，充分考虑地基以及上部结构之间的关系，在此基础之上还要科学的结合各种假定。一般来说由于基础上部结构往往要晚于基础的设计，因此要采取相应的措施，尽可能的减少由于上部结构滞后而带来的误差，从而确保房屋结构基础设计的质量。
当前建筑结构基础设计主要是根据结构力学以及弹性力学来进行的，具有操作简单可靠性高的优点，能够保证取得较好的设计效果，尤其是对于一些地质情况比较好的基础来说更能得到满意的效果。随着钢筋混凝土框架结构在建筑结构中的广泛使用，传统的结构设计方法就显得力不从心。这是因为这种结构对于基础的要求较高，一旦出现沉降，就会收到较大的影响。采用结构力学以弹性力学计算软土地基上的条形基础也与实际的情况有很大的差距。当前高层建筑的数量不断的增多，随着建筑高度的增加，其垂直方向上的载荷也会随着增加，对地基产生的压力也会加大，这样基础在较大的载荷作用之下常常会出现沉降。因此在进行高层的框架结构设计过程当中，应该注意基础的柔性降低基础的刚度。
当前我国正处于经济繁荣发展的大好时期，随着人们生活水平的提高，对于房屋建筑的要求也在不断的上升，为了满足人们对于房屋各种功能的需求，大量的房屋建筑不断的投入建设。当前的房屋建设的高度在不断的上升，其规模以及结构也朝着复杂化的方向发展。由于房屋建筑的需求旺盛，很多房屋建筑在设计过程当中并没有经过科学的论证就草草完成，一些开发商为追赶进度往往都是一边建设一边设计，一边审批，这就导致很多建筑在施工过程当中没有进行严格的结构基础设计，这样往往在施工过程当中造成各种问题，导致工程频繁变更，不仅仅增加了工程造价，也为建筑的安全埋下了隐患。 因此广大设计人员一定要做好房屋建筑的结构设计工作，为我国建筑事业的发展做出贡献。
参考文献：
[1] 王学永. 建筑结构设计应注意的几个问题[J]. 科技信息(科学教研), 2008,(18)
[2] 张琴芝. 建筑结构设计中常见问题探讨[J]. 广东科技, 2009,(12)
[3] 文晓辉. 楼房结构设计及应注意事项探讨[J]. 广东科技, 2009,(12)
[4] 沈芳. 高层建筑结构设计中应注意的几个问题[J]. 科技资讯, 2007,(21)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：房屋 ， 建筑 ， 结构设计，基础设计
Abstract: along with the development of market economy in China, construction and rapid development and expansion, building structure form by simple brick structure also become increasingly complex and diverse, the current housing construction and design, also exist some problems need to be solved. This paper puts forward the current housing construction structure of the present situation of basic design, in view of the current foundation design some easy to be neglected mistakes are discussed.
Keywords: building, building, structure design, basic design
中圖分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
一、房屋建筑常用的几种基础设计分析
1、墙下条形基础。
常用的砖、毛石、混凝土刚性基础，主要是承受抗压强度，也承受抗拉、抗剪强度，但抗拉、抗剪强度不高。基础内产生的拉应力、剪应力通过刚性角控制，使其不超过材料的允许值。它一般适用于建造5层以下民用建筑及轻型生产用房，如果地基承载力较高，且地基比较均匀，层数还可以适当增加。这种基础的特点是，造价低、施工快，通过地圈梁的加强，增强基础的整体刚度，能承受上部结构较大的荷载及适应一定的地基变形。常用的钢筋混凝土柔性基础也是墙下条形基础的较好形式。当上部结构荷载较大，地基承载力又较低，且地基又不很均匀，采用刚性基础往往会使基础断面过大，如果要保持浅基础，则基础露出地面，如果加深基础又要增加土方量基础造价。即使采用刚性基础，也难避免在基础产生较大的抗拉、抗剪应力时，出现基础裂缝、不均匀下沉，以致引起上部结构墙体裂缝。这时一般采用钢筋混凝土条形基础，它可以承受较大的弯矩和剪力，用基础断面大小和配筋量来满足受力要求。如果地基不均匀，还可加肋梁，以增强抗弯能力，调整不均匀沉降。一般6层以上民用建筑或轻型厂房可以采用这种基础。
2、独立基础。
刚性或柔性独立基础一般多用于柱下基础，根据柱荷载偏心距大小，基础断面可为方形或矩形。当柱距较大时，常为独立基础，这样较为经济。为增强基础整体性，也可采用拉梁适当拉结，以增强适应地基变形和抗震能力。多层建筑上部结构为框架体系时，如地基承载力较高，地基变形较小，荷载及柱网分布较均匀，宜选用独立基础，但在纵横两个方向宜拉梁适当拉接。拉梁断面选择要适当，不宜过大，可通过计算确定。一般民用建筑中的内柱，多数可考虑采用独立基础，而不用条形基础，在满足承载力及变形要求下，其经济效果是较好的。
3、柱下条形基础及十字交叉基础。
当柱荷载较大或地基较差时，采用独立基础不能满足承载力要求，扩大基础面积又受到场地限制时，可考虑采用条形基础。条形基础具有较大的刚度，对于调整不均匀沉降有良好的作用，但当柱距较大时，条基的刚度也差，调整不均匀沉降的能力也降低，所以选用柱下条形基础应控制在柱距不宜过大(6～7m)的条件下，能较好发挥作用。当地基承载力较低而柱荷载又较大时，或地基变形和柱荷载的分布在两个方向都不均匀时，一方面要求扩大基础底面积，以满足承载和地基变形的要求，同时又要求基础具有较大刚度，来调整不均匀沉降，这时可考虑设置十字交叉基础。十字交叉基础具有较大的空问刚度，是一种较好的基础形式，但它有自己的适用范围，不可任意滥用，只有当条形基础不能满足要求时，才采用十字交叉基础。
4、钢筋混凝土筏板基础。
当地基承载力较低，且地基土质不均匀，而上部结构荷载却很大，采用十字交叉基础，有的基础之间的空隙所剩无几，有的基础底面积重叠，已不能提供足够的基础底面积时，这时可采用筏板基础。对于有地下室的结构，它本身不要求防水或防潮，筏板基础恰好就是地下室的底板结构。当荷载不太大时，常采用平板式筏板；当荷载较大时，可采用梁板式筏板。由于筏板基础的整体刚度较大，故能将各柱或墙体的不均匀沉降调整得较为均匀。对于某些不均匀地基，且土质又较软，应先进行地基处理。提高地基承载力，减少地基的压缩性，再在处理过的地基上做筏板基础。这种地基与基础同时结合考虑，技术和经济效果均较理想。那种认为不管地基如何软弱和不均匀，只要做筏板基础就万无一失的想法是不全面的，实际工程中的教训还是有的，应引以为戒。
5、桩基础。
桩基础具有承载力高、沉降量小的特点。一般建筑物应尽量采用浅基础，若地基变形和强度方面都无法满足要求时，则可采用此种形式的深基础。下列情况可考虑采用桩基础：
（1）建筑物上部结构荷载较大，而地基上部软弱，下部有可作为桩端持力层的坚实土层时：
（2）天然地基上的浅基础沉降量过大，即使进行地基处理也不能满足建筑物要求时；
（3）对较为重要的建筑物，虽然地基承载力尚好，但由于对控制沉降有较高要求，不允许有过大沉降，也可考虑采用；
（4）对土层不很厚，土质又较差，如做条形基础，土方量较大，可考虑采用钻孔，灌注短桩。
二、房屋建筑结构基础设计应注意的问题
1、承重柱截面高度设计过小
这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计者误认为六度设防就是不设防，为图受力分析方便，他们故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大，把梁简化为铰支梁，柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析，但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用，即忽略了柱对梁的约束弯矩，加之柱截面和配筋都较小，结构一旦受力后，柱顶抗弯强度必然不足，从而柱子及梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝，形成塑性铰。这样，在正常使用情况下，柱子已开始带铰工作。这不但影响了房屋的耐久性，而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是，这样的结构一旦遭遇地震作用时，将会倒塌，这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
2、砖混结构中房屋构造柱与承重柱混淆不清
在砖混结构中，构造柱不但能够提高墙体的抗剪能力，而且构造柱与圈梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题：
（1）构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对砌体的拉结和约束作用，而且结构一旦遭遇地震作用时，在构造柱位置必然形成应力集中，首先破坏。 这样，构造柱不但起不到其应有的作用，反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。
（2）构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切抗弯及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏，将导致构造柱下沉，引起其周围的墙体出现裂缝。建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。 若梁上荷载和跨度都比较小时，构造柱也可布置于梁下，但此时必须按不考虑构造柱作用来验算梁下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足后，方可在梁下布置构造柱。
（3）悬挑梁的梁高选用过小。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。挑梁的变形引起梁上板出现裂缝，裂缝宽度随着挑梁变形的加大而加宽，影响了房屋的正常使用。据观察，这种挑梁的变形发展到后期，梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响，竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝，此时梁已接近破坏。当为托墙挑梁时，梁过大的挠度会引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。 裂缝在梁支座处沿竖直方向向上发展，当到一定高度时沿斜向延伸，缝愈靠上愈宽挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小时，截面的相对受压区高度较大，梁的延性减小，在竖向地震作用下易发生脆性破坏，失去承载力。
（4）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。如果该边梁长度较长时，问题将会变得更加严重。因为该梁一般直接暴露在室外，受环境温度影响较大。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。
三、对房屋建筑结构基础设计的评述及建議
设计人员在进行房屋建筑基础设计的过程当中应站在整个房屋建筑的整体高度出发，充分考虑地基以及上部结构之间的关系，在此基础之上还要科学的结合各种假定。一般来说由于基础上部结构往往要晚于基础的设计，因此要采取相应的措施，尽可能的减少由于上部结构滞后而带来的误差，从而确保房屋结构基础设计的质量。
当前建筑结构基础设计主要是根据结构力学以及弹性力学来进行的，具有操作简单可靠性高的优点，能够保证取得较好的设计效果，尤其是对于一些地质情况比较好的基础来说更能得到满意的效果。随着钢筋混凝土框架结构在建筑结构中的广泛使用，传统的结构设计方法就显得力不从心。这是因为这种结构对于基础的要求较高，一旦出现沉降，就会收到较大的影响。采用结构力学以弹性力学计算软土地基上的条形基础也与实际的情况有很大的差距。当前高层建筑的数量不断的增多，随着建筑高度的增加，其垂直方向上的载荷也会随着增加，对地基产生的压力也会加大，这样基础在较大的载荷作用之下常常会出现沉降。因此在进行高层的框架结构设计过程当中，应该注意基础的柔性降低基础的刚度。
当前我国正处于经济繁荣发展的大好时期，随着人们生活水平的提高，对于房屋建筑的要求也在不断的上升，为了满足人们对于房屋各种功能的需求，大量的房屋建筑不断的投入建设。当前的房屋建设的高度在不断的上升，其规模以及结构也朝着复杂化的方向发展。由于房屋建筑的需求旺盛，很多房屋建筑在设计过程当中并没有经过科学的论证就草草完成，一些开发商为追赶进度往往都是一边建设一边设计，一边审批，这就导致很多建筑在施工过程当中没有进行严格的结构基础设计，这样往往在施工过程当中造成各种问题，导致工程频繁变更，不仅仅增加了工程造价，也为建筑的安全埋下了隐患。 因此广大设计人员一定要做好房屋建筑的结构设计工作，为我国建筑事业的发展做出贡献。
参考文献：
[1] 王学永. 建筑结构设计应注意的几个问题[J]. 科技信息(科学教研), 2008,(18)
[2] 张琴芝. 建筑结构设计中常见问题探讨[J]. 广东科技, 2009,(12)
[3] 文晓辉. 楼房结构设计及应注意事项探讨[J]. 广东科技, 2009,(12)
[4] 沈芳. 高层建筑结构设计中应注意的几个问题[J]. 科技资讯, 2007,(21)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。