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1引言
隨著經濟的不斷發展,人民生活水平的不斷提高,城市的發展也是日新月異,新建筑的建設如雨后春。房屋建筑功能不斷完善,造型上新穎別致,眾多因素導致工程設計也變得復雜起來。高房價和選擇面的拓展使得百姓在購房時更是對房屋的外觀、性能、質量等方面抱有較高的期待。房屋建筑結構設計的理論朝著先進水平不斷發展,將先進的術不斷的應用于實際,在實際中不斷加強完善。研究強度高、材質輕、綠色環保的新型建筑材料,應用于房屋建筑的結構設計中去,提高屋建筑的安全性、適用性,使得房屋建筑結構設計朝著可靠、實用、經濟的高性價比方向發展。
2房屋建筑常用的幾種基礎形式分析
2.1墻下條形基礎。常用的磚、毛石、混凝土剛性基礎,主要是承受抗壓強度,也承受抗拉、抗剪強度,但抗拉、抗剪強度不高。基礎內產生的拉應力、剪應力通過剛性角控制,使其不超過材料的允許值。它一般適用于建造5層以下民用建筑及輕型生產用房,如果地基承載力較高,且地基比較均勻,層數還可以適當增加。這種基礎的特點是,造價低、施工快,通過地圈梁的加強,增強基礎的整體剛度,能承受上部結構較大的荷載及適應一定的地基變形。常用的鋼筋混凝土柔性基礎也是墻下條形基礎的較好形式。當上部結構荷載較大,地基承載力又較低,且地基又不很均勻,采用剛性基礎往往會使基礎斷面過大,如果要保持淺基礎,則基礎露出地面,如果加深基礎又要增加土方量基礎造價。即使采用剛性基礎,也難避免在基礎產生較大的抗拉、抗剪應力時,出現基礎裂縫、不均勻下沉,以致引起上部結構墻體裂縫。這時一般采用鋼筋混凝土條形基礎,它可以承受較大的彎矩和剪力,用基礎斷面大小和配筋量來滿足受力要求。如果地基不均勻,還可加肋梁,以增強抗彎能力,調整不均勻沉降。一般6層以上民用建筑或輕型廠房可以采用這種基礎。
2.2獨立基礎。剛性或柔性獨立基礎一般多用于柱下基礎,根據柱荷載偏心距大小,基礎斷面可為方形或矩形。當柱距較大時,常為獨立基礎,這樣較為經濟。為增強基礎整體性,也可采用拉梁適當拉結,以增強適應地基變形和抗震能力。多層建筑上部結構為框架體系時,如地基承載力較高,地基變形較小,荷載及柱網分布較均勻,宜選用獨立基礎,但在縱橫兩個方向宜拉梁適當拉接。拉梁斷面選擇要適當,不宜過大,可通過計算確定。一般民用建筑中的內柱,多數可考慮采用獨立基礎,而不用條形基礎,在滿足承載力及變形要求下,其經濟效果是較好的。
2.3柱下條形基礎及十字交叉基礎。當柱荷載較大或地基較差時,采用獨立基礎不能滿足承載力要求,擴大基礎面積又受到場地限制時,可考慮采用條形基礎。條形基礎具有較大的剛度,對于調整不均勻沉降有良好的作用,但當柱距較大時,條基的剛度也差,調整不均勻沉降的能力也降低,所以選用柱下條形基礎應控制在柱距不宜過大(6~7m)的條件下,能較好發揮作用。當地基承載力較低而柱荷載又較大時,或地基變形和柱荷載的分布在兩個方向都不均勻時,一方面要求擴大基礎底面積,以滿足承載和地基變形的要求,同時又要求基礎具有較大剛度,來調整不均勻沉降,這時可考慮設置十字交叉基礎。十字交叉基礎具有較大的空問剛度,是一種較好的基礎形式,但它有自己的適用范圍,不可任意濫用,只有當條形基礎不能滿足要求時,才采用十字交叉基礎。
2.4鋼筋混凝土筏片基礎。當地基承載力較低,且地基土質不均勻,而上部結構荷載卻很大,采用十字交叉基礎,有的基礎之間的空隙所剩無幾,有的基礎底面積重疊,已不能提供足夠的基礎底面積時,這時可采用筏片基礎。對于有地下室的結構,它本身不要求防水或防潮,筏片基礎恰好就是地下室的底板結構。當荷載不太大時,常采用平板式筏片;當荷載較大時,可采用梁板式筏片。由于筏片基礎的整體剛度較大,故能將各柱或墻體的不均勻沉降調整得較為均勻。對于某些不均勻地基,且土質又較軟,應先進行地基處理。提高地基承載力,減少地基的壓縮性,再在處理過的地基上做筏片基礎。這種地基與基礎同時結合考慮,技術和經濟效果均較理想。那種認為不管地基如何軟弱和不均勻,只要做筏片基礎就萬無一失的想法是不全面的,實際工程中的教訓還是有的,應引以為戒。
2.5樁基礎。樁基礎具有承載力高、沉降量小的特點。一般建筑物應盡量采用淺基礎,若地基變形和強度方面都無法滿足要求時,則可采用此種形式的深基礎。下列情況可考慮采用樁基礎:
2.5.1建筑物上部結構荷載較大,而地基上部軟弱,下部有可作為樁端持力層的堅實土層時:
2.5.2天然地基上的淺基礎沉降量過大,即使進行地基處理也不能滿足建筑物要求時;
2.5.3對較為重要的建筑物,雖然地基承載力尚好,但由于對控制沉降有較高要求,不允許有過大沉降,也可考慮采用;
2.5.4對土層不很厚,土質又較差,如做條形基礎,土方量較大,可考慮采用鉆孔,灌注短樁。
3對房屋建筑結構基礎設計的評述及建議
目前可行的方法考慮地基、基礎、上部結構的相互作用。然而這種考慮上部結構與地基基礎共同作用的分析方法也不是完美無缺的。它同樣需要采用種種假定,也不能避免各種地基模型的固有誤差,并且上部結構的剛度形成存在滯后,因為上部結構的剛度在建造過程中是逐層形成的,在考慮上部結構邊界剛度對基礎的影響時,這一滯后過程能否被真實模擬也會對分析結果的準確性產生影響。對于一般的基礎設計而言,采用的仍然是基于經典結構力學和彈性力學的常規設計方法。這種方法簡便快捷,對于單層排架結構的一類的上部柔性結構以及地基較好的獨立基礎,能夠得到較滿意的結果。對于高層剪力墻結構下箱形基礎置于一般上質天然地基這種情況,簡化計算結果也能滿足要求。但是,對于鋼筋混凝土框架這類對地基沉降較敏感的結構,計算結果與實際不同,對于軟弱地基上的條形基礎,按這種方法計算與實際差別也較小。對于高層建筑框架結構,隨著層數的增加,作用在基礎上的柱荷載也將增大。在豎向荷載作用下,基礎產生碟形沉降,由于上部結構具有一定剛度,邊柱沉降小,與基礎緊密接觸而加載,內柱沉降大,受到拉伸而卸載。各樓層柱尤其是底層柱內力重分配的結果勢必將引起上部結構和基礎內力的變化,這一現象只有在共同作用分析中才能被適當考慮。在高層框架結構基礎設計時,基礎宜柔不宜剛,若地基土為高縮性,則基礎宜當采用樁基時,可考慮采用變剛度布樁的方式,如改變基礎中部樁徑或樁徑加密中部布樁以調整地基或樁基的豎向支承剛度,使差異沉降減到最小,從而減小基礎或承臺的內力。
結語
隨著我國經濟的迅猛發展,城市面貌口新月異,一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之各類房屋建筑功能的不斷豐富,新穎的造型,致使工程設計越來越復雜。但目前的設計周期普遍佩短,也使房屋基礎設計文件中普遍存在某些質量問題,應該引起我們的重視。基礎設計的重要性表現在基礎工程在建筑工程總造價中占有較大的比重,基礎工程所耗費的鋼材、水泥用量多,施工難度大。而當地質條件復雜時,其造價和工期所占的比重還會增加。因此基礎設計和施工對房屋建筑本身至關重要,只有選擇合理的基礎形式及計算方法 能夠保證建筑結構安全并且降低工程造價。
參考文獻
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