建筑結構基礎設計分析

時間:2022-02-08 11:25:16

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建筑結構基礎設計分析

摘要:為實現建筑工程多樣化與功能化建設,工程結構設計復雜度不斷增加,需要控制的要點也更多。雖然在建筑行業的長時間發展過程中已經積累了大量經驗,但是從整體上來看,依然存在較多問題,尤其是基礎結構作為承載上部結構全部荷載的部分,對強度與穩定性有著十分嚴格的要求,再加上其作為隱蔽工程,如果前期設計不當,后期施工時又沒注重檢查,出現問題的可能性與重復處理的難度非常大,因此一直都為結構設計管理的要點。

關鍵詞:建筑結構基礎設計;地基設計

為緩解工程建設與土地資源之間的供需矛盾,現在逐漸向高層建筑以及地下工程發展,無論是何種形式的建筑工程,對基礎結構部分的要求均非常嚴格,必須要保證前期設計階段嚴格按照專業規范來進行,控制好各項結構參數,保證結構具有較強的穩定性與安全性,可有效抵抗后期各項因素帶來的影響,延長工程服務壽命。

一、建筑結構基礎設計影響因素

1.地質條件。針對建筑結構基礎設計問題進行分析,可以確定最終設計結果如何,在很大程度上會受到地質條件影響,如果不能根據現場情況來選擇可靠的措施處理,最后必定會對結構承載性能產生影響,而出現不均勻沉降等問題。現在建筑建設與土地資源之間的矛盾不斷加劇,工程施工所面臨的地質環境存在較大差異,尤其是現在城市基礎設施更為完善,建筑結構基礎設計施工所適用的技術工藝不同。就地質條件對建筑結構基礎產生的影響,可以分為兩個方面,即地基持力層與基礎連接,作為承載建筑負荷的主要對象,在設計時必須要針對持力層承載能力、壓縮模量以及土質特點等進行綜合分析,掌握各項參數,作為結構設計依據[1]。同時,還需要針對樁基穿越土層情況,對土層地下水分布特點以及樁基穿越能力等進行綜合分析,保證基礎選型的科學性與合理性。2.上部結構。為滿足社會發展對建筑工程的需求,現在工程結構設計更為多樣化,結構不同形式,以及地上建筑高度、墻體厚度等均影響著基礎類型、截面積以及埋深等。上部結構為影響建筑結構基礎設計的關鍵因素,要保證基礎結構可以有效承載上部所有荷載,具有較強的穩定性與安全性。總結以往結構設計結果分析,可確定上部結構高度、類型以及墻體厚度等均會影響基礎部分受力特點,然后反映到基礎沉降、抗變形能力以及穩定性等方面,需要在設計階段作為要點進行分析[2]。3.現場環境。為緩解工程建設與土地資源之間的矛盾,現在建筑工程在建設時,除了增加上部高度外,還不斷加大地下空間的開發,使得基礎深度持續增加,不僅會受到地下水和已存管線的影響,作業難度更大,同時也會因為現場環境的復雜性,導致基礎結構設計需要關注的內容更多。為避免環境因素對設計結果產生的不良影響,應從自然環境與人工環境兩個方面著手,提前做好現場勘查分析,將所有地質信息作為結構設計的依據,科學確定結構抗震等級,保證抗震縫設置數量與位置的有效性。同時,還應預測施工階段可能會出現的問題,在前期設計階段做好預防,綜合現場各項條件,提高結構設計的科學性,盡量減少外部因素的干擾。

二、建筑結構基礎設計要點

1.遵循設計原則。1.1經濟性原則。現在建筑工程結構設計逐漸向多樣化以及功能化角度發展,以求更好的滿足社會發展要求,基礎結構形式的選擇也更為靈活,但是無論是采取何種設計方法,均需要在確定技術性指標的同時,控制好整體投資成本,將施工費用控制在預算范圍內[3]。因此需要貫徹落實經濟性原則,兼顧進度要求,提高基礎設計綜合效果。1.2動態性原則。面對不同功能要求的建筑工程,基礎結構設計需要控制的要點不同,并且面對的環境不同,需要預防的常見問題不同,必須要基于實際出發,兼顧動態性原則,靈活做好各要點控制,提高基礎設計科學性。2.基礎設計要求。2.1多層建筑。多層建筑工程一般會選擇應用砌體結構,設計時要確定提高結構抗震性能的關鍵,保證工程結構可以達到專業設計標準。總結以往經驗,需要確定橫墻承重與縱橫墻共同承重機構體系的重要性,尤其是要控制縱橫墻設置的均勻性與對稱性,確保其沿平面對齊,以及沿豎向面上下連續性。面對多層混凝土建筑工程時,對工程結構的設計,要盡量保證結構的規則性,尤其是復雜性較高的結構,為提高其抗震性,應先設置抗震縫,且要將抗震縫兩側設置成均勻分割的形式,實現防震縫、沉降縫與伸縮縫的統一[4]。2.2高層建筑。高層建筑數量不斷增多,與常規建筑工程相比,其上部荷載更大,基礎埋深也不斷加大,為有效承擔上部結構荷載,基礎結構必須要具有良好的性能。因此在正式設計時必須要嚴格按照專業規范來進行,將基礎總沉降量以及差異沉降量控制在允許范圍內,避免在后期運行階段因為沉降而降低工程安全性。同時,還需要做好基礎防水設計,結合地質勘察結果,確定地下水位,采取有效排水與防水處理,避免對基礎結構性能產生影響。3.基礎設計選型。3.1獨立基礎。獨立基礎形式所需成本較低,可良好適應多種地質環境,并且具有較高的抗震性能,多用于框架結構形式的建筑工程中。針對獨立基礎設計時,需要結合地基土質特點,對其所具有的壓縮性、壓實度以及排水性等進行綜合分析,確定基礎作為合適的剛性大小,更大程度上來抵抗地基土壓縮帶來的不均勻沉降。一般可選擇的獨立基礎形式包括階形基礎、杯形基礎、坡形基礎等,或者是多種基礎形式的組合。3.2樁基礎。現在樁基礎在建筑工程中應用比較廣泛,其具有較強的承載能力,多用于土層堅硬度較高的地質環境,可提高地基上部承載力。可利用樁基礎較長的特點,將上部荷載傳遞到地層內,提高基礎結構穩定性。一般在對樁基礎設計時,如果建筑為框架結構,可以增加中部布樁密度,或者是增大樁身長度,通過對樁基支撐力的調節,減少不同部位沉降差異,達到工程建設基本要求。3.3箱型基礎。箱形或筏板基礎形式主要被應用在地基土承載力不均,或者是對地基基礎承載力要求較高的情況,現在很多地下室工程也選擇應用筏板基礎形式,可有效避免沉降問題的發生。在針對此種形式的基礎結構設計時,要重點采取措施來降低基礎整體彎曲應力,可將上部結構與基礎結構看作為一個整體,應用共同作用分析法分析設計。同時,基于箱形與筏板基礎結構體積較大的特點,為避免混凝土裂縫的產生,設計時還需要設置20mm~30mm左右的伸縮縫,有效應對溫度變化帶來的影響。

對建筑工程結構基礎設計進行分析,需要確定工程設計要點與控制要求,根據實際情況,選擇最適合的結構形式,然后基于以往經驗,做好設計過程的控制,落實專業原則,控制好各要點,減少各類問題的發生,從根本上來提高工程建設效果。

參考文獻

[1]周波,何鑫.芻議建筑結構設計中設計與結構運用[J/OL].中國住宅設施,:(2017-09-28).

[2]宋世波.高層建筑結構設計中的不足及解決措施[J/OL].建筑知識,:1(2017-07-24).

[3]胡維彬.建筑工程結構設計中的基礎設計分析[J].建材與裝飾,2017,(24):71-72.

[4]張帥.民用建筑結構設計存在的問題及對策[J/OL].建筑知識,:1(2016-04-13)

作者:何亮 單位:中煤科工集團南京設計研究院有限公司