房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

摘 要：建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展，有效的推動(dòng)了我國(guó)房屋建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展，房屋建筑結(jié)構(gòu)開(kāi)始向復(fù)雜化方向發(fā)展，這就對(duì)設(shè)計(jì)工作提出了較高的要求。近年來(lái)，我國(guó)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然取得了較好的成效，但在發(fā)展過(guò)程中還存在著一些不足之處，還需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而使房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加完善。

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

前言

目前房屋建筑結(jié)構(gòu)多為高層建筑，由于高層建筑自身的垂直高度大，層數(shù)多，重量較大，所以承受的荷載力所導(dǎo)致的傾斜力矩也會(huì)成倍的呈增長(zhǎng)的勢(shì)頭。在這種情況下，就需要基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的承載力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降和傾斜的有效控制，使房屋建筑在風(fēng)荷載及地震荷載下能夠具有更好的穩(wěn)定性。所以在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工提出更嚴(yán)格的要求，這不僅由于基礎(chǔ)工程所占造價(jià)比重較大，同時(shí)還由于基礎(chǔ)工程直接關(guān)系到整體工程的質(zhì)量，決定著工程的投資效益的實(shí)現(xiàn)。

1 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概述

在進(jìn)行高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的因素較多，其基礎(chǔ)的面積、承載力、內(nèi)力及配筋等的確定，需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算才能取得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，所以在計(jì)算過(guò)程中需要結(jié)合工程地質(zhì)勘察報(bào)告、上部結(jié)構(gòu)類型、需要承受的工作荷載效應(yīng)、施工技術(shù)水平及材料等多個(gè)方面的因素，只有進(jìn)行周全的考慮，才能確保基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)各項(xiàng)計(jì)算的準(zhǔn)確性，確保基礎(chǔ)的安全和穩(wěn)定。

目前在我國(guó)高層建筑基礎(chǔ)工程施工中，通常都會(huì)采用深樁基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行施工，利用樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工，不僅施工較為簡(jiǎn)單，而且樁基礎(chǔ)受力較為合理，可以使深部土層的承載能力充分的發(fā)揮出來(lái)。同時(shí)樁基礎(chǔ)與現(xiàn)代施工技術(shù)和材料實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合，這有效的提高了樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的水平，使其在基礎(chǔ)工程中發(fā)揮著更好的性能。

在實(shí)際工程施工中，由于不同的結(jié)構(gòu)物對(duì)施工要求會(huì)有所不同，同時(shí)施工過(guò)程中地質(zhì)條件和施工方法也會(huì)有所不同，所以會(huì)利用不同的樁和樁基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行施工。目前在基礎(chǔ)施工中通常會(huì)采用端承樁和摩擦樁，由于端承樁其樁底處于巖層和硬土層中，土層具有較好的非壓縮性，這樣就有效的避免了樁發(fā)生沉積，樁具有良好的承載力。而摩擦樁主要是依靠樁側(cè)摩擦阻力來(lái)承擔(dān)豎向荷載，而且樁底土層也會(huì)對(duì)豎向荷載具有一定的支承力，但由于底部支承的土層具有可壓縮性，所以樁基的沉降量還是會(huì)較大的。

在房屋建筑基礎(chǔ)施工時(shí)利用樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工時(shí)，其受力方式有獨(dú)自受力和樁土共同受力兩種情況，其目的都是為了將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給地基。在基礎(chǔ)施工時(shí)，如果利用天然地基，則無(wú)法對(duì)建筑物不同部位下的土層厚度進(jìn)行有效的控制，所以土層薄、厚及缺失情況都會(huì)存在，這樣在建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載下不可避免的會(huì)導(dǎo)致沉降的發(fā)生，但利用樁基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)工程承載時(shí)，其承載力則會(huì)傳遞給下層的硬土層或是巖石層，能夠更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物沉降量實(shí)現(xiàn)控制。

2 高層建筑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)分析

2.1 上部結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)基礎(chǔ)受力狀況的影響

假設(shè)上部結(jié)構(gòu)為絕對(duì)剛性，當(dāng)?shù)鼗冃螘r(shí)，各豎向構(gòu)件只能均勻下沉；如忽略豎向構(gòu)件端部的抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力，則豎向構(gòu)件支座可視為基礎(chǔ)梁的不動(dòng)鉸支座，亦即基礎(chǔ)梁猶如倒置的連續(xù)梁，不產(chǎn)生整體彎曲，卻以基底分布反力為外荷載，產(chǎn)生局部彎曲。反之，假設(shè)上部結(jié)構(gòu)為絕對(duì)柔性，對(duì)基礎(chǔ)的變形毫無(wú)約束作用，于是基礎(chǔ)梁在產(chǎn)生局部彎曲的同時(shí)，還經(jīng)受很大的整體彎曲。于是，兩種情況下基礎(chǔ)梁的內(nèi)力分布形式與大小產(chǎn)生很大的差別。實(shí)際結(jié)構(gòu)物常介于上述兩種情況，其整體剛度的考慮非常困難，只能依靠計(jì)算軟件分析。在地基、基礎(chǔ)和荷載條件不變的情況下，增加上部結(jié)構(gòu)的剛度會(huì)減少基礎(chǔ)的相對(duì)撓曲和內(nèi)力，但同時(shí)導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)自身內(nèi)力增加，即上部結(jié)構(gòu)對(duì)減少基礎(chǔ)內(nèi)力的貢獻(xiàn)是以在自身中產(chǎn)生不容忽視的次應(yīng)力為代價(jià)的。還應(yīng)注意的是上部結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)也是有限的。

2.2 基礎(chǔ)剛度對(duì)基底反力分布的影響

絕對(duì)柔性基礎(chǔ)當(dāng)上部結(jié)構(gòu)剛度可以忽略時(shí)，對(duì)荷載傳遞無(wú)擴(kuò)散作用，如同荷載直接作用在地基上，反力分布p（x，y）則與荷載q（x，y）大小相等、方向相反。當(dāng)荷載均勻時(shí)，基礎(chǔ)呈盆形沉降；如欲使基礎(chǔ)沉降均勻，則需使荷載從中部向兩端逐漸增大，呈不均勻狀。絕對(duì)剛性基礎(chǔ)對(duì)荷載傳遞起著“架越作用”。由于基礎(chǔ)為絕對(duì)剛性，迫使地基均勻沉降。由于土中塑性區(qū)的開(kāi)展，反力將發(fā)生重分布。塑性區(qū)最先在邊緣處出現(xiàn)，反力將減小，并向中部轉(zhuǎn)移，形成馬鞍形分布。理論分析與試驗(yàn)研究表明，基底反力的分布除與基礎(chǔ)剛度密切相關(guān)外，還涉及到土的類別與變形特性、荷載大小與分布、土的固結(jié)與蠕變特性，以及基礎(chǔ)的埋深和形狀等多種因素。

2.3 地基條件對(duì)基礎(chǔ)受力狀況的影響

地基基礎(chǔ)的受力情況，與地基土的壓縮性和分布具有一定的關(guān)系。當(dāng)?shù)鼗翂嚎s性較小時(shí)，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體和局部彎曲都會(huì)較小，上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也較好。但在實(shí)際施工中，地基土通常都會(huì)具有一定的可壓縮性，而且在分布上也較不均勻，這樣基礎(chǔ)彎矩則會(huì)具有較大的差異性。這樣不可避免的會(huì)在基礎(chǔ)和地基界面處產(chǎn)生一定的摩擦力，但這種摩擦力基本上都不會(huì)超出土的抗剪強(qiáng)度。孔隙水壓力的變化情況會(huì)對(duì)摩擦力的大小和分布帶來(lái)一定的影響，同時(shí)界面的狀況還會(huì)受到外荷載分布及性質(zhì)、基礎(chǔ)的柔度及土的蠕變等的影響，所以對(duì)于界面摩擦所產(chǎn)生的影響還要進(jìn)行充分的考慮和慎重估計(jì)。

2.4 上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基共同作用的概念及分析方法

上部結(jié)構(gòu)與地基和基礎(chǔ)三者是彼此不可分離的整體，每一部分的工作性狀都是三者共同作用的結(jié)果。共同作用分析，就是把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基看成是一個(gè)彼此協(xié)調(diào)工作的整體，在連接點(diǎn)和接觸點(diǎn)上滿足變形協(xié)調(diào)的條件下求解整個(gè)系統(tǒng)的變形與內(nèi)力。在共同作用分析中，上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)通常是由梁、板組成，因此可以采用有限單元法、有限條法、有限差分法或解析方法建立上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度矩陣，并利用變形協(xié)調(diào)條件與地基的剛度矩陣耦合起來(lái)。

3 對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的建議

房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整體建筑的重要，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要從整體建筑來(lái)進(jìn)行全面考慮，不僅需要充分的考慮好與上部結(jié)構(gòu)的關(guān)系，同時(shí)還要做好各項(xiàng)假定，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往都是先進(jìn)行基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，而上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)滯后一些，這就需要在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能的考慮好相關(guān)的影響因素，并采取必要的措施，盡量減少設(shè)計(jì)中可能帶來(lái)的誤差，使房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量能夠得以保障。

當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)以及彈性力學(xué)來(lái)進(jìn)行的，具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，能夠保證取得較好的設(shè)計(jì)效果，尤其是對(duì)于一些地質(zhì)情況比較好的基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)更能得到滿意的效果。目前高層建筑無(wú)論是數(shù)量還是高度都呈不斷增加的趨勢(shì)，由于垂直荷載作用的加大，也會(huì)導(dǎo)致沉降的增加，所以在對(duì)高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)基礎(chǔ)的柔性和剛度進(jìn)行充分的考慮。

4 結(jié)束語(yǔ)

在房屋建筑結(jié)構(gòu)中，其主要包括三個(gè)部分，即上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基等，這是一個(gè)共同作用的整體，所以在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)上部結(jié)構(gòu)、地基條件等對(duì)基礎(chǔ)受力的影響情況進(jìn)行充分的考慮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)沉降的有效控制，在確保基礎(chǔ)質(zhì)量的同時(shí)盡可能的降低其造價(jià)。

參考文獻(xiàn)

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