探究對建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化

摘要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市中的大批現(xiàn)代化建筑拔地而起。尤其進(jìn)入21世紀(jì)，體型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不規(guī)則的復(fù)雜建筑，尤其是復(fù)雜高層建筑越來越多地涌現(xiàn)，這對建筑基礎(chǔ)設(shè)計提出了更高的要求。如何在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下，通過對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來減少其工程造價已成為結(jié)構(gòu)工程師必須研究的課題。文章結(jié)合建筑基礎(chǔ)設(shè)計中的方案選擇、結(jié)構(gòu)計算、材料選用和規(guī)范使用等方面進(jìn)行簡要分析，對結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化提出建議。

關(guān)鍵詞:建筑; 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ); 設(shè)計; 優(yōu)化

Abstract: along with the rapid economic development, the city of modern buildings. Especially in the 21 st century, size, structure of the complex irregular complex construction, especially complex high-rise building more and more emerging, the design of building foundation put forward higher request. How to ensure the safety of the structure of the premise, through to the foundation of the optimization of the structure to reduce the construction cost has become a structural engineer must of research. Combining with the design of building foundation scheme selection, structure calculation, material selection and regulate the use of paper analyzed, based on the optimization of the structure design are proposed.

Keywords: architecture; Structure basis; Design; optimization

1引言

作為建筑結(jié)構(gòu)主要的組成部分，地基基礎(chǔ)關(guān)系到整個建筑結(jié)構(gòu)安全性經(jīng)濟(jì)。建筑工程的追求的就是安全與經(jīng)濟(jì)，為了安全性而不考慮經(jīng)濟(jì)性或者為了經(jīng)濟(jì)性而不顧及安全性都是不可取的。通過優(yōu)化設(shè)計在建筑基礎(chǔ)設(shè)計的安全性和經(jīng)濟(jì)性之間尋求一個合理的平衡點是結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的最終目的。

2建筑基礎(chǔ)設(shè)計優(yōu)化

結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化首先從基礎(chǔ)選型和布置開始，通過結(jié)構(gòu)計算來驗證基礎(chǔ)方案的準(zhǔn)確性和可行性，再根據(jù)規(guī)范和實際工程經(jīng)驗對建筑材料的選用進(jìn)行合理的分析，使其得到充分的利用。

2.1建筑基礎(chǔ)方案選擇

建筑基礎(chǔ)的合理選型與布置是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個極其關(guān)鍵的部分。有時對于同一種場地地基有多種基礎(chǔ)形式可供選用，而各種基礎(chǔ)形式的工程造價和施工難度是不同的；即使是同一種基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)布置的不同也可能對工程造價產(chǎn)生巨大影響。所以在基礎(chǔ)選型時，應(yīng)充分考慮更方面的因素，權(quán)衡利弊，合理選擇，優(yōu)化決策。

2.1.1 建筑基礎(chǔ)方案的優(yōu)選，首先要以準(zhǔn)確的巖土工程勘察資料為依據(jù)。如場地工程地質(zhì)條件、巖土物理力學(xué)性質(zhì)、地基承載力、地下水位、場地土動力學(xué)參數(shù)等，這是基礎(chǔ)方案安全合理的基礎(chǔ)要素。通過對巖土工程勘察資料的分析，再綜合上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，能夠確定合理的建筑基礎(chǔ)的形式和布置。

2.1.2建筑基礎(chǔ)的形式和布置確定后，應(yīng)考慮基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的相互作用。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常規(guī)的方法是將上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)二者作為彼此獨立，離散的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行力學(xué)分析。實踐表明，這種常規(guī)法計算得到的基底應(yīng)力和基礎(chǔ)沉降量往往與實測值差別很大。因此，基礎(chǔ)問題的解決不宜單純著眼于基礎(chǔ)。另一方面，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，也應(yīng)該注意由于地基沉降變形差異而引起的上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力，開裂等不良現(xiàn)象。故而，更應(yīng)該把基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)視為一個統(tǒng)一的整體，從二者相互作用的概念出發(fā)來考慮基礎(chǔ)方案。當(dāng)然，基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的相互作用分析相當(dāng)復(fù)雜，合理的方法應(yīng)該從二者之間滿足靜力平衡和變形協(xié)調(diào)兩個條件出發(fā)進(jìn)行分析，了解基礎(chǔ)剛度變化對上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)變形的約束作用，以及采用不同地基計算模型可能在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的差異。

2.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計算

隨著計算機(jī)技術(shù)在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計中的應(yīng)用，基礎(chǔ)設(shè)計得到了不斷完善和發(fā)展，特別是在設(shè)計的精確性和可靠性方面顯示出了獨有的優(yōu)勢。但也應(yīng)該看到，計算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計程序是被動的計算過程，主要程序由計算機(jī)完成，計算中不免出現(xiàn)誤差，故在結(jié)構(gòu)計算中需注意：

2.2.1提高自主性而避免盲目依賴性。有時設(shè)計錯誤發(fā)生的原因是工程師過于依賴計算程序而導(dǎo)致。在依靠計算機(jī)計算過程中，工程師或設(shè)計員需提高計算的自主性，在設(shè)計中要對設(shè)計數(shù)據(jù)和計算結(jié)果進(jìn)行反復(fù)的核對和審查，避免因計算機(jī)計算而導(dǎo)致的錯誤在實施中發(fā)生。特別是對基礎(chǔ)幾何尺寸、荷載數(shù)據(jù)的核對定要做到分毫不差。同時，在輸入計算過程中需要對數(shù)據(jù)的真實性進(jìn)行分析后采用，切不可盲目。

2.2.2合理選用計算結(jié)果。在計算過程中，計算參數(shù)的不同選擇會導(dǎo)致不同的計算結(jié)果這些計算結(jié)果是否在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計中和實際情況相符合，這就需設(shè)計師結(jié)合實際施工而進(jìn)行分析。

2.2.3注意實際結(jié)構(gòu)和計算模型差異。計算程序通常是以各種假定和理想狀態(tài)為前提的而實際的結(jié)構(gòu)承受力不可能達(dá)到理想狀態(tài)，所做的假設(shè)在實際中也因外在因素的不斷變化而發(fā)生變化，這就需要在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計從實際和結(jié)果對比中找到契合點，如果結(jié)果和實際不符則需要進(jìn)行重新計算。

2.3提高材料的利用率

在整個結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中，要想讓造價得到降低，在安全的基礎(chǔ)上高效，還需要從用材的選擇上進(jìn)行分析，做到物盡其用，合理而充分。在施工中，構(gòu)件的不同受力點、工作環(huán)境和材料的力學(xué)特點不同將決定著材料的利用率如在鋼筋混凝

土結(jié)構(gòu)中，當(dāng)柱子以受壓為主時，就需根據(jù)材料的抗壓性來進(jìn)行選擇，以高標(biāo)號混凝土為主，減小構(gòu)件截面，增加使用空間；因梁板受彎為主，在選材中則選用高強度鋼筋，從而減少鋼筋用量。此外還需注意鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋與混凝土強度的匹配度，以達(dá)到最大限度地發(fā)揮出材料性能的作用。在實際的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計中因材料的選擇利用不當(dāng)而造成的浪費現(xiàn)象十分普遍，如在基礎(chǔ)底板中因混凝土標(biāo)號過高而造成混凝土不能發(fā)揮其應(yīng)有作用，甚至為抵抗高強度的混凝土較大的收縮變形和滿足最小配筋率要求，導(dǎo)致配筋量增加，造價提高等。

2.4設(shè)計中對《規(guī)范》的正確理解和應(yīng)用

《規(guī)范》是設(shè)計中的基礎(chǔ)，是必須遵守的標(biāo)準(zhǔn)。在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計中，要達(dá)到安全而高效，就需要對《規(guī)范》進(jìn)行研究學(xué)習(xí)并正確應(yīng)用。一方面，要深度理解《規(guī)范》中的相關(guān)條文，以《規(guī)范》的要求為基本設(shè)計準(zhǔn)則，根據(jù)具體設(shè)計對象、環(huán)境和構(gòu)件的特點，參照工程安全性和經(jīng)濟(jì)性要求，進(jìn)行設(shè)計。另一方面，對《規(guī)范》中的構(gòu)造措施要給予足夠的重視。因設(shè)計中很多工程師都過多注重計算機(jī)的計算結(jié)果而忽視了實際設(shè)計環(huán)境的分析，從而導(dǎo)致安全性和經(jīng)濟(jì)性受影響。以抗震性為例，因抗震計算只是一種近似方法，設(shè)計需建立在震害和總結(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)行，故而對《規(guī)范》中的抗震設(shè)計原則和計算方法的遵循必須的，同時還要考慮抗震構(gòu)造措施。

3結(jié)語

基礎(chǔ)工程的造價在整個建筑工程造價中所占的比例較高，尤其在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下更是如此。因此在建筑基礎(chǔ)設(shè)計過程中遵循合理選型、計算準(zhǔn)確、材盡其用、符合規(guī)范的原則，對建筑基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行合理、細(xì)致的優(yōu)化，能夠起到降低工程造價的作用。

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