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土木工程建設(shè)中的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

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土木工程建設(shè)中的建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

摘要:基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是土木工程建設(shè)中建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),決定了整個(gè)建筑工程的安全性,尤其是高層建筑和超高層建筑,對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。本文探討了土木工程建設(shè)中建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn),提出了一系列切實(shí)可行的強(qiáng)化設(shè)計(jì)措施,旨在為設(shè)計(jì)人員提供參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞:土木工程;建筑結(jié)構(gòu);基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

當(dāng)前,建筑數(shù)量和種類(lèi)越來(lái)越多,傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式已經(jīng)無(wú)法滿足建筑行業(yè)的發(fā)展需求。只有確?;A(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性,才能維護(hù)土木工程建筑結(jié)構(gòu)的安全性,進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。

1基礎(chǔ)形式設(shè)計(jì)說(shuō)明

1.1單多層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)說(shuō)明

一般來(lái)說(shuō),單多層建筑以框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)為主。單多層框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式主要形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或者柱下條形基礎(chǔ),這種基礎(chǔ)由于受力簡(jiǎn)單明確、方便施工、同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此,是工程設(shè)計(jì)的首選。柱下條形基礎(chǔ)一般用于柱網(wǎng)布置比較有規(guī)律的結(jié)構(gòu)中。近年來(lái),獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)也在工程中得到了廣泛應(yīng)用。多層砌體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)主要以墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)為主,墻下條形基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)單,傳力直接,墻下條形基礎(chǔ)一般均可拆分為兩個(gè)單向條形基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。

1.2高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)說(shuō)明

高層建筑的垂直高度較高,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所需承受的來(lái)自上部結(jié)構(gòu)的重力荷載相對(duì)較大?;A(chǔ)形式主要有筏形及箱型基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)。筏形基礎(chǔ)具有整體性好、承載力高、結(jié)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn),箱型基礎(chǔ)施工難度大,造價(jià)較高,一般用于人防等特殊用途的地下室建筑中。

2土木工程建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)

2.1墻下條形基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

土木工程建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式是多種多樣的。墻下條形基礎(chǔ)是一類(lèi)較為常見(jiàn)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式。在選擇材料時(shí),多以磚石、混凝土以及毛石等剛度條件良好的基礎(chǔ)材料為主。這些材料不僅具有良好的剛度條件,而且在抗壓能力、抗拉能力與抗剪能力等方面也體現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)人員必須從剛度角度出發(fā),對(duì)墻下條形基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生的抗拉能力與抗剪能力展開(kāi)控制,將基礎(chǔ)所承受的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力控制在耐受限度內(nèi)。通常來(lái)說(shuō),多層砌體結(jié)構(gòu)以墻下條形基礎(chǔ)為主,比如早些年的小區(qū)住宅、辦公樓等。如果持力層為良好的天然地基,能承受一定的重力荷載,也可以適當(dāng)提升建筑的樓層數(shù)??偟膩?lái)說(shuō),墻下條形基礎(chǔ)具有施工便捷迅速、造價(jià)成本低等優(yōu)勢(shì)。為增強(qiáng)整體基礎(chǔ)的整體性,可采取基礎(chǔ)上方增設(shè)地圈梁的方式。將鋼筋混凝土柔性基礎(chǔ)運(yùn)用到土木工程建筑的條形基礎(chǔ)中,當(dāng)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載超過(guò)地基基礎(chǔ)的抗壓耐受限度,地基基礎(chǔ)就會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則沉降,增大基礎(chǔ)斷面。此外,基礎(chǔ)埋深應(yīng)根據(jù)建筑物的高度、體型、結(jié)構(gòu)形式、地質(zhì)情況和抗震設(shè)防烈度等因素綜合考慮。如果地基基礎(chǔ)分布不均勻,可以采取增設(shè)肋梁的方式,增強(qiáng)基礎(chǔ)抗彎矩能力,以此有效抑制地基基礎(chǔ)的不規(guī)則沉降。

2.2獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

按照獨(dú)立基礎(chǔ)的剛度差異,可將其劃分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)兩大類(lèi)。獨(dú)立柱基礎(chǔ)斷面以矩形和方形為主。通常情況下,設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)柱荷載偏心距對(duì)斷面形狀加以選擇。若柱荷載偏心距較大,以獨(dú)立柱基礎(chǔ)為宜,可以節(jié)約投資成本,擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益。采用拉梁拉結(jié)設(shè)計(jì)形式,可以顯著提升地基基礎(chǔ)的抗震性能,避免地基基礎(chǔ)在發(fā)生地震時(shí)出現(xiàn)不規(guī)則形變。如果土木工程建筑的上部結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu),而地基基礎(chǔ)又具備一定的承載負(fù)荷能力,則地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不規(guī)則形變的概率是較低的。對(duì)于獨(dú)立柱基礎(chǔ)來(lái)說(shuō),宜沿兩個(gè)主軸方向設(shè)計(jì)基礎(chǔ)拉梁。拉梁的主要目的是:(1)加強(qiáng)獨(dú)立基礎(chǔ)之間的整體性;(2)調(diào)整柱基之間的不均勻沉降;(3)減小首層柱的計(jì)算高度等等。

2.3柱下條形基礎(chǔ)和十字交叉基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

如果土木工程建筑所處區(qū)域的地基條件較差,或者產(chǎn)生的柱荷載較大,單純采用獨(dú)立基礎(chǔ)形式根本無(wú)法滿足整體建筑結(jié)構(gòu)的承載負(fù)荷力要求。又由于施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留的回旋空間有限,環(huán)境雜亂,無(wú)法擴(kuò)大基礎(chǔ)面積。所以在這種情況下,柱下條形基礎(chǔ)是最佳選擇。柱下條形基礎(chǔ)具有良好的剛度條件,可以避免地基基礎(chǔ)發(fā)生不規(guī)則沉降。但是如果柱基礎(chǔ)的荷載偏心距過(guò)大,條形基礎(chǔ)的剛度條件也無(wú)法滿足要求,自然也無(wú)法控制地基基礎(chǔ)的不規(guī)則沉降。為保證柱下條形基礎(chǔ)充分發(fā)揮實(shí)際作用,一般條形基礎(chǔ)的梁截面高度高取柱距的1/4~1/8,條形基礎(chǔ)的端部宜向外伸出,長(zhǎng)度宜為第一跨距的0.25倍。如果地基基礎(chǔ)的承載負(fù)荷力不足,或者柱基礎(chǔ)承受的荷載力過(guò)大,則需擴(kuò)大地基基礎(chǔ)底面積,提升基礎(chǔ)的承載負(fù)荷能力與抗形變能力。此時(shí),十字交叉基礎(chǔ)形式是最合適的選擇。盡管十字交叉基礎(chǔ)形式具有良好的空間剛度條件,但并不適用于所有土木工程建筑。為此,設(shè)計(jì)人員就要結(jié)合實(shí)際情況,在條件允許的情況下選擇十字交叉基礎(chǔ)形式。

2.4鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

如果地基土質(zhì)分布不均勻,地基基礎(chǔ)承載負(fù)荷能力較差,且土木工程建筑上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載較大,可以選擇十字交叉基礎(chǔ)形式。由于部分地基基礎(chǔ)的底面積存在相互重疊的可能性,無(wú)法提供充足的底面積空間。對(duì)此,可采用鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。通常來(lái)說(shuō),鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式往往更加適用于土木工程建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)也分為多種類(lèi)型,而且不同基礎(chǔ)形式的適用條件不同。若地基基礎(chǔ)所受到的荷載力較小,可以選擇平板式筏片基礎(chǔ);若地基基礎(chǔ)所受到的荷載力較大,可以選擇梁板式筏片基礎(chǔ)。此外,鋼筋混凝土筏片基礎(chǔ)具有良好的剛度條件,可以有效抑制墻體或柱體的不規(guī)則沉降,尤其是對(duì)于軟土地基,具有良好的效果。

2.5樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

樁基礎(chǔ)具有承載負(fù)荷能力強(qiáng),沉降量小等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。大多數(shù)土木工程建筑都會(huì)選擇淺基礎(chǔ)形式。只有當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)抗荷載能力與抗形變能力無(wú)法滿足要求時(shí),才會(huì)選擇樁基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)形式在土木工程建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況如下。第一,如果土木工程建筑上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載過(guò)大,同時(shí),下部結(jié)構(gòu)作為樁端持力層時(shí),可以選擇樁基形式;第二,如果土木工程建筑地基淺層基礎(chǔ)出現(xiàn)不規(guī)則沉降,而軟土地基的夯實(shí)加固處理無(wú)法滿足整體結(jié)構(gòu)的沉降需求,需采用樁基礎(chǔ)形式;第三,盡管地基基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的承載負(fù)荷能力,但由于土木工程建筑的自身重量較大,對(duì)地基基礎(chǔ)的抗沉降能力提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)要求,所以適宜選擇樁基礎(chǔ)形式。

3合理設(shè)計(jì)土木工程建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法

3.1合理布置建筑總平面圖

在建筑總平面圖設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員還需考慮建筑物周邊的具體情況。在土木工程建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,必須嚴(yán)格參照建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。在科技時(shí)代背景下,設(shè)計(jì)人員要結(jié)合工程地質(zhì)、工程分類(lèi)、基礎(chǔ)等級(jí)合理運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)模型,綜合分析基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載負(fù)荷能力,保障整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

3.2選擇合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式

在對(duì)建筑物展開(kāi)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)展開(kāi)時(shí),應(yīng)根據(jù)建筑物功能要求以及建筑物周邊環(huán)境的特點(diǎn),選擇適宜的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類(lèi)型。滿足安全的前提下避免浪費(fèi),同時(shí),在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免“偷懶”設(shè)計(jì)。例如,有設(shè)計(jì)人員在梁板式筏基中,采用滿堂布樁,看似是保守設(shè)計(jì),但實(shí)際中地基梁與筏板的剛度差距較大,基礎(chǔ)梁剛度很大,而板相對(duì)剛度較小,很難滿足梁板同時(shí)作用,嚴(yán)重時(shí)就有可能造成梁下樁先破壞,進(jìn)而致使板下樁也遭到破壞,嚴(yán)重危害結(jié)構(gòu)的安全性。

3.3合理設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要作用是承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重力荷載。由此,上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形態(tài)決定了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形態(tài)。為維持基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)固性,就需要對(duì)上部結(jié)構(gòu)展開(kāi)合理設(shè)計(jì)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,在土木工程建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與設(shè)計(jì)要點(diǎn),采用合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式,保證整體土木工程建筑的安全性,以滿足人們的基本需求,推動(dòng)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。

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作者:聶旭東 單位:山西路晟交通建筑設(shè)計(jì)有限公司