建筑结构基础设计其应用

摘 要：本文对房屋建筑结构设计进行了分析,讨论了目前房屋结构设计中存在的问题,提出了相关的评述和建议.并叙述了结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用.

关 键 词：建筑结构；基础设计；问题；应用

1房屋建筑结构基础设计应注意的问题

1.1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.

1.2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,而且构造柱与圄梁联结在一起,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：

1.2.1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.

1.2.2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.

1.2.3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.

1.2.4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.

2对房屋建筑结构基础设计的评述及建议

目前可行的方法考虑地基、基础、上部结构的相互作用.然而这种考虑上部结构与地基基础共同作用的分析方法也不是完美无缺的.它同样需要采用种种检测定,也不能避免各种地基模型的固有误差,并且上部结构的刚度形成存在滞后,因为上部结构的刚度在建造过程中是逐层形成的,在考虑上部结构边界刚度对基础的影响时,这一滞后过程能否被真实模拟也会对分析结果的准确性产生影响.

对于一般的基础设计而言,采用的仍然是基于经典结构力学和弹性力学的常规设计方法.这种方法简便快捷,对于单层排架结构一类的上部柔性结构以及地基较好的独立基础,能够得到较满意的结果.对于高层剪力墙结构下箱形基础置于一般上质天然地基这种情况,简化计算结果也能满足要求.但是,对于钢筋混凝土框架这类对地基沉降较敏感的结构,计算结果与实际不同,对于软弱地基上的条形基础,按这种方法计算与实际差别也较大.对于高层建筑框架结构,随着层数的增加,作用在基础上的柱荷载也将增大.在竖向荷载作用下,基础产生碟形沉降,由于上部结构具有一定刚度,边柱沉降小,与基础紧密接触而加载,内柱沉降大,受到拉伸而卸载.各楼层柱尤其是底层柱内力重分配的结果势必将引起上部结构和基础内力的变化,这一现象只有在共同作用分析中才能被适当考虑.在高层框架结构基础设计时,基础宜柔不宜刚,若地基土为高缩性,则基础宜当采用桩基时,可考虑采用变刚度布桩的方式,如改变基础中部桩径或桩径加密中部布桩以调整地基或桩基的竖向支承刚度,使差异沉降减到最小,从而减小基础或承台的内力.

3结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用

3.1直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计

对于同一建筑方案,可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物,即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同,这些问题是计算机无法完全解决的,都需要设计人员自己作出判断.而判断只能在结构设计的一般规律指导下,根据工程实践经验进行,这便是前面所说的概念设计.因此,概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中.

3.2概念设计处理的实际建筑设计问题

概念设计所要处理的问题多种多样.但可以肯定的是希望通过概念设计,建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏,或将破坏程度降至最低.因此,分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容.其中,地震作用最为难以琢磨,破坏性也最大.故而,建筑设计过程中就应该未雨绸缪,从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施,不利于抗震的做法则应尽量避免.刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏,消耗一部分地震能量.这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想.

4结论

我国经济的飞速发展,城市面貌日新月异,一栋栋高楼大厦拔地而起.随之各类房屋建筑功能的不断丰富,新颖的造型,致使工程设计越来越复杂.但目前的设计周期普遍偏短,也使房屋基础设计文件中普遍存在某些质量问题,应该引起我们的重视.基础设计的重要性表现在基础工程在建筑工程总造价中占有较大的比重,基础工程所耗费的钢材、水泥用量多,施工难度大.而当地质条件复杂时,其造价和工期所占的比重还会增加.因此基础设计和施工对房屋建筑本身至关重要,只有选择合理的基础形式及计算方法才能够保证建筑结构安全并且降低工程造价.