摘要：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主心骨，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)象、過程和內(nèi)容，結(jié)構(gòu)的作用，結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求四部分內(nèi)容組成。文章從影響建筑設(shè)計(jì)的因素，建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)和優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案的角度入手，淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：房屋建筑結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；影響因素；優(yōu)化方案
1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)類型的影響因素及注意事項(xiàng)
建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要由水平結(jié)構(gòu)體系、豎向結(jié)構(gòu)體系和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。水平結(jié)構(gòu)體系選型和豎向結(jié)構(gòu)體系選型作為上部結(jié)構(gòu)選型，都是由基礎(chǔ)選型發(fā)展出來(lái)的。在具體選擇時(shí)，需要考慮建筑地區(qū)的土壤與地質(zhì)、具體的環(huán)境要求、周圍的建筑情況、對(duì)于防震防災(zāi)害的要求及施工的條件等因素。
1.1地基土的變化的影響
在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，需要考慮在風(fēng)力較大的情況下，房屋會(huì)發(fā)生一定形變的問題，如在四級(jí)風(fēng)力下，部分建筑在100米高空處的部分會(huì)產(chǎn)生8厘米左右的震動(dòng)。因而，就需要設(shè)計(jì)師考慮建筑鋼筋的彈性系數(shù)，在不改變建筑形狀的前提下，保證房屋的穩(wěn)定性。而地基作為受力的底層部分，其受力情況還受到地基土的軟硬程度和剛性及地基土分布的均勻性的影響。如果在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，將地基布置在未完全風(fēng)化的基巖上，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生整體彎曲或局部彎曲的可能性就很小。同時(shí)，建筑的上部結(jié)構(gòu)也不容易因基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的不均勻沉降產(chǎn)生次應(yīng)力。而由于在大部分建筑的實(shí)際情況中，地基土都具有一定的可壓縮性，且很難通過人工調(diào)整達(dá)到均勻分布的狀態(tài)，必然會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)彎矩分布的不同。雖然土壤的摩擦力受到土質(zhì)強(qiáng)度的限制，仍會(huì)保持在土的抗剪強(qiáng)度內(nèi)。但在不同的狀況下，土壤的摩擦力系數(shù)會(huì)受到多方面因素的影響，如土壤內(nèi)部的孔隙水的密度會(huì)發(fā)生劇烈的變化，從而影響土的摩擦力的大小情況。
1.2建筑材料的性質(zhì)的影響
此外，由于受建筑材料的熱膨脹系數(shù)的影響，還需將環(huán)境溫度納入考慮范圍�；炷敛馁|(zhì)作為建筑過程中最常用的材料之一，同時(shí)也是受到環(huán)境溫度影響的最大的一部分。由于混凝土材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)較大，隨溫度和氣候的變化都較為明顯。如在低溫環(huán)境下，混凝土材質(zhì)的表面會(huì)因?yàn)閮?nèi)部應(yīng)力的急劇變化，出現(xiàn)表面裂縫；而在暴雨情況下，則會(huì)由于混凝土材質(zhì)的多孔性，容易出現(xiàn)吸水膨脹的現(xiàn)象。因而，在設(shè)計(jì)過程中，就需要設(shè)計(jì)師對(duì)各部分使用的混凝土材質(zhì)進(jìn)行考察檢驗(yàn)，詳細(xì)計(jì)算環(huán)境溫度與氣候變化對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的影響，選擇合適的填充材料合理布置伸縮縫，對(duì)混凝土的分布進(jìn)行一定的切割，降低混凝土分布的連續(xù)性。
1.3箱筏基礎(chǔ)底板挑板的設(shè)計(jì)
由于陽(yáng)角面積在整個(gè)基礎(chǔ)面積中所占比例極小，所以在建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，多將箱筏的基礎(chǔ)底板和挑板設(shè)計(jì)成直角或斜角。同時(shí)，還可以避免底板鋼筋在布置時(shí)由于跨鋼筋而被迫加大通常筋的長(zhǎng)度，大大的節(jié)約了建筑成本。此外，如果在設(shè)計(jì)箱筏基礎(chǔ)底板時(shí)能夠出挑板，還可以降低基底的附加應(yīng)力，降低整體沉降，對(duì)于沉降差和整體傾斜也有著一定的矯正作用。當(dāng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處于天然地基與人工地基的交界處時(shí)，所出的挑板就可以適度的將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到天然地基上，提高建筑安全性的同時(shí)，合理的降低建筑成本。在箱筏底板處加設(shè)挑板也能夠在不良的自然環(huán)境的情況下，解決一部分的安全問題，如地下水位較高的情況下，避免抗浮問題的出現(xiàn)。
1.4異形柱的性能
異形柱作為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中多用的結(jié)構(gòu)體系，滿足了建筑“墻不露角”的美觀性，迎合了人們對(duì)于室內(nèi)建筑日益提升的要求。此外，異形柱還具有著靈活的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的使用。異形柱與傳統(tǒng)柱體的顯著區(qū)別之一為肢厚一般較小，在建筑過程中，嚴(yán)格遵照截面各肢的肢高和肢厚比不大于4的標(biāo)準(zhǔn)。而在選擇異形柱的過程中，具體要求主要集中在節(jié)點(diǎn)受力情況和抗剪承載力這兩個(gè)方面。異形柱的節(jié)點(diǎn)屬于梁高范圍的柱段，指的是建筑的梁與柱的交匯處。作為所屬層與上層到下層柱區(qū)的荷載與作用的傳遞方，由于受到異形柱截面寬度較小特點(diǎn)的影響，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受力情況較為復(fù)雜，具體的作用力包括梁端與柱段的彎矩、扭矩、軸力等。為了提高建筑的性能，要求在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加強(qiáng)，如在異形柱與矩形柱的節(jié)點(diǎn)處，配置異形柱箍筋，同時(shí)限制異形柱縱向鋼筋插入核心區(qū)的長(zhǎng)度等，用以保證結(jié)構(gòu)的延展性，提高建筑的抗震效果。異形柱由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，剪力中心與截面形心一般不重合，因而各部分在受力時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力無(wú)法得到抵消，產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力與剪應(yīng)力，從而導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫乃至斷裂的可能性大大提升，降低了變形能力。所以，異形柱被限制在7度地震設(shè)防以下使用。但隨著異形柱材料的改變，性質(zhì)得到提升，現(xiàn)在已經(jīng)開始在部分8度設(shè)防地區(qū)開始使用。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師應(yīng)注意考慮異形柱的縱筋和箍筋、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪承載力、軸壓比限制等問題，配合建筑的具體條件，總結(jié)異形柱的適用范圍。
2建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案
2.1不受手冊(cè)或教科書的影響，靈活進(jìn)行設(shè)計(jì)
由于建筑行業(yè)對(duì)于專業(yè)性要求極高，多數(shù)人對(duì)于學(xué)習(xí)過程中的指引過于看重。如在手冊(cè)中規(guī)定了梁板的凈跨為1.1倍，雖然這一規(guī)定適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但在應(yīng)用日漸廣泛的寬扁梁的跨度計(jì)算中，這一要求卻并不適用。對(duì)于梁高與板厚相近的扁梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)在不削峰的前提下，將計(jì)算長(zhǎng)度取至梁中心。而在選取配筋時(shí)，應(yīng)從梁中心處的彎矩和梁厚，梁邊彎矩和板厚配筋中選取較大的一方進(jìn)行匹配。
2.2具體分析建筑所受的外部作用力
在實(shí)際情況中，建筑會(huì)受到多種外部作用力，具體分為間接作用與直接作用兩種。間接作用包括建筑材料的收縮、環(huán)境溫度的變化與氣候的改變、地基的沉降、地震的作用等。直接作用，又稱荷載，分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載等�？勺兒奢d作為作用力中較為復(fù)雜的一項(xiàng)，包括樓面均布可變荷載、屋面可變荷載、風(fēng)荷載、吊車的豎向、橫向水平和縱向水平荷載等。這些外部作用力，又可分為分布荷載與集中荷載，在作用位置與作用方向上均有所不同，都需要設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行實(shí)地的考察與具體的分析，充分掌握建筑所要面對(duì)的情況與問題，從而選擇合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，保證建筑的美觀性與安全性，這對(duì)設(shè)計(jì)師考慮的全面性與自身的專業(yè)性也是一大挑戰(zhàn)。比如，地震作為間接作用的一種，要求設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中按照標(biāo)準(zhǔn)合理設(shè)置防震縫，并適當(dāng)增大抗震縫的間距。此外，火災(zāi)作為偶然荷載中出現(xiàn)幾率最高的一項(xiàng)，需要格外注意。根據(jù)建筑的重要性、火災(zāi)的危險(xiǎn)性、建筑物的高度和火災(zāi)的大小，建筑物的耐火等級(jí)被分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)。要求設(shè)計(jì)師根據(jù)建筑物的耐火等級(jí)及建筑個(gè)部分構(gòu)件的重要性確定各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐限制，同時(shí)，對(duì)于各結(jié)構(gòu)部件的燃燒性能也因耐火等級(jí)的不同而有所改變。設(shè)計(jì)師需要采取合適的措施，保證各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限高于該部分的要求值。
2.3關(guān)注具體結(jié)構(gòu)平面圖的設(shè)計(jì)工作
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，繪制建筑的平面構(gòu)圖占有著重要的一環(huán)，該環(huán)節(jié)要求設(shè)計(jì)師具有良好的空間感，并且書序建筑的整體結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)建筑所處環(huán)境的自然特征建立模型。設(shè)計(jì)師需要從建筑整體角度出發(fā)，考慮建筑將要面對(duì)的各種問題，對(duì)結(jié)構(gòu)和大局進(jìn)行綜合的評(píng)估與考量，并重視各個(gè)細(xì)節(jié)的問題。如該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度度數(shù)為8，則應(yīng)該適當(dāng)減少異形柱的使用，并提升各建筑部件的抗震能力，盡量選取穩(wěn)定的、脆性低的建筑材料作為建筑主體，務(wù)必滿足抗震措施的標(biāo)準(zhǔn)。此外，在設(shè)計(jì)師專業(yè)程度允許的情況下，應(yīng)減少建筑結(jié)構(gòu)軟件的使用，盡量直接設(shè)計(jì)，讓設(shè)計(jì)師親自面對(duì)設(shè)計(jì)中的一些情況，可以提升設(shè)計(jì)的靈活性與設(shè)計(jì)師的靈敏度。但如果該地區(qū)的防抗指數(shù)大于等于6，則必須借助建筑結(jié)構(gòu)軟件來(lái)進(jìn)行一些精密的結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)，保證工作的準(zhǔn)確性與嚴(yán)密性。同時(shí)，為了便于施工方對(duì)于結(jié)構(gòu)平面圖的讀取與理解，在設(shè)計(jì)師提供設(shè)計(jì)方案時(shí)需采用多種設(shè)計(jì)圖相結(jié)合的方式進(jìn)行描述。如在進(jìn)行屋坡面板的設(shè)計(jì)時(shí)，就要求設(shè)計(jì)師同時(shí)提供坡面示意圖和大樣詳圖。
3結(jié)束語(yǔ)
在選擇建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證基底的承載力大于所需承受的最大應(yīng)壓力。同時(shí)，保證控制建筑基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉降量，用以保護(hù)上部結(jié)構(gòu)。并需要根據(jù)周圍的社會(huì)環(huán)境及自然環(huán)境，對(duì)建筑的設(shè)計(jì)進(jìn)行改良，降低對(duì)建筑自身及周圍環(huán)境的影響。此外，需要在滿足設(shè)計(jì)要求和安全系數(shù)的前提下，要求建筑設(shè)計(jì)師根據(jù)開發(fā)商的要求，提供合適的建筑設(shè)計(jì)，同時(shí)盡可能的簡(jiǎn)化建設(shè)過程，降低建筑難度和建筑成本。
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