建筑结构设计与基础设计分析

摘要：基础设计作为建筑结构设计中的主心骨，由结构设计的对象、过程和内容，结构的作用，结构耐火设计，结构设计的一般要求四部分内容组成。文章从影响建筑设计的因素，建筑结构基础设计的注意事项和优化建筑设计方案的角度入手，浅析建筑结构设计中的基础设计。

关键词：房屋建筑结构；基础设计；影响因素；优化方案

1建筑结构设计中基础类型的影响因素及注意事项

建筑结构的基础设计主要由水平结构体系、竖向结构体系和基础结构构成。水平结构体系选型和竖向结构体系选型作为上部结构选型，都是由基础选型发展出来的。在具体选择时，需要考虑建筑地区的土壤与地质、具体的环境要求、周围的建筑情况、对于防震防灾害的要求及施工的条件等因素。
1.1地基土的变化的影响
在高层建筑的设计过程中，需要考虑在风力较大的情况下，房屋会发生一定形变的问题，如在四级风力下，部分建筑在100米高空处的部分会产生8厘米左右的震动。因而，就需要设计师考虑建筑钢筋的弹性系数，在不改变建筑形状的前提下，保证房屋的稳定性。而地基作为受力的底层部分，其受力情况还受到地基土的软硬程度和刚性及地基土分布的均匀性的影响。如果在基础设计时，将地基布置在未完全风化的基岩上，基础结构发生整体弯曲或局部弯曲的可能性就很小。同时，建筑的上部结构也不容易因基础结构的不均匀沉降产生次应力。而由于在大部分建筑的实际情况中，地基土都具有一定的可压缩性，且很难通过人工调整达到均匀分布的状态，必然会导致基础弯矩分布的不同。虽然土壤的摩擦力受到土质强度的限制，仍会保持在土的抗剪强度内。但在不同的状况下，土壤的摩擦力系数会受到多方面因素的影响，如土壤内部的孔隙水的密度会发生剧烈的变化，从而影响土的摩擦力的大小情况。

1.2建筑材料的性质的影响
此外，由于受建筑材料的热膨胀系数的影响，还需将环境温度纳入考虑范围。混凝土材质作为建筑过程中最常用的材料之一，同时也是受到环境温度影响的最大的一部分。由于混凝土材质的热膨胀系数较大，随温度和气候的变化都较为明显。如在低温环境下，混凝土材质的表面会因为内部应力的急剧变化，出现表面裂缝；而在暴雨情况下，则会由于混凝土材质的多孔性，容易出现吸水膨胀的现象。因而，在设计过程中，就需要设计师对各部分使用的混凝土材质进行考察检验，详细计算环境温度与气候变化对于建筑结构的影响，选择合适的填充材料合理布置伸缩缝，对混凝土的分布进行一定的切割，降低混凝土分布的连续性。
1.3箱筏基础底板挑板的设计
由于阳角面积在整个基础面积中所占比例极小，所以在建筑结构的基础设计中，多将箱筏的基础底板和挑板设计成直角或斜角。同时，还可以避免底板钢筋在布置时由于跨钢筋而被迫加大通常筋的长度，大大的节约了建筑成本。此外，如果在设计箱筏基础底板时能够出挑板，还可以降低基底的附加应力，降低整体沉降，对于沉降差和整体倾斜也有着一定的矫正作用。当基础结构处于天然地基与人工地基的交界处时，所出的挑板就可以适度的将基础结构转移到天然地基上，提高建筑安全性的同时，合理的降低建筑成本。在箱筏底板处加设挑板也能够在不良的自然环境的情况下，解决一部分的安全问题，如地下水位较高的情况下，避免抗浮问题的出现。

1.4异形柱的性能
异形柱作为现代建筑设计中多用的结构体系，满足了建筑“墙不露角”的美观性，迎合了人们对于室内建筑日益提升的要求。此外，异形柱还具有着灵活的优点，因而得到了广泛的使用。异形柱与传统柱体的显著区别之一为肢厚一般较小，在建筑过程中，严格遵照截面各肢的肢高和肢厚比不大于4的标准。而在选择异形柱的过程中，具体要求主要集中在节点受力情况和抗剪承载力这两个方面。异形柱的节点属于梁高范围的柱段，指的是建筑的梁与柱的交汇处。作为所属层与上层到下层柱区的荷载与作用的传递方，由于受到异形柱截面宽度较小特点的影响，节点核心区的受力情况较为复杂，具体的作用力包括梁端与柱段的弯矩、扭矩、轴力等。为了提高建筑的性能，要求在基础设计时对节点处进行加强，如在异形柱与矩形柱的节点处，配置异形柱箍筋，同时限制异形柱纵向钢筋插入核心区的长度等，用以保证结构的延展性，提高建筑的抗震效果。异形柱由于结构较为复杂，剪力中心与截面形心一般不重合，因而各部分在受力时产生的内部应力无法得到抵消，产生翘曲正应力与剪应力，从而导致出现裂缝乃至断裂的可能性大大提升，降低了变形能力。所以，异形柱被限制在7度地震设防以下使用。但随着异形柱材料的改变，性质得到提升，现在已经开始在部分8度设防地区开始使用。在实际的设计过程中，设计师应注意考虑异形柱的纵筋和箍筋、节点核心区的抗剪承载力、轴压比限制等问题，配合建筑的具体条件，总结异形柱的适用范围。

2建筑结构基础设计的优化方案

2.1不受手册或教科书的影响，灵活进行设计
由于建筑行业对于专业性要求极高，多数人对于学习过程中的指引过于看重。如在手册中规定了梁板的净跨为1.1倍，虽然这一规定适用于常规的结构设计，但在应用日渐广泛的宽扁梁的跨度计算中，这一要求却并不适用。对于梁高与板厚相近的扁梁结构，应在不削峰的前提下，将计算长度取至梁中心。而在选取配筋时，应从梁中心处的弯矩和梁厚，梁边弯矩和板厚配筋中选取较大的一方进行匹配。

2.2具体分析建筑所受的外部作用力
在实际情况中，建筑会受到多种外部作用力，具体分为间接作用与直接作用两种。间接作用包括建筑材料的收缩、环境温度的变化与气候的改变、地基的沉降、地震的作用等。直接作用，又称荷载，分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载等。可变荷载作为作用力中较为复杂的一项，包括楼面均布可变荷载、屋面可变荷载、风荷载、吊车的竖向、横向水平和纵向水平荷载等。这些外部作用力，又可分为分布荷载与集中荷载，在作用位置与作用方向上均有所不同，都需要设计师在设计时进行实地的考察与具体的分析，充分掌握建筑所要面对的情况与问题，从而选择合理的基础设计，保证建筑的美观性与安全性，这对设计师考虑的全面性与自身的专业性也是一大挑战。比如，地震作为间接作用的一种，要求设计师在设计过程中按照标准合理设置防震缝，并适当增大抗震缝的间距。此外，火灾作为偶然荷载中出现几率最高的一项，需要格外注意。根据建筑的重要性、火灾的危险性、建筑物的高度和火灾的大小，建筑物的耐火等级被分为一级、二级、三级和四级。要求设计师根据建筑物的耐火等级及建筑个部分构件的重要性确定各结构构件的耐限制，同时，对于各结构部件的燃烧性能也因耐火等级的不同而有所改变。设计师需要采取合适的措施，保证各结构构件的耐火极限高于该部分的要求值。

2.3关注具体结构平面图的设计工作
在建筑结构设计的基础设计过程中，绘制建筑的平面构图占有着重要的一环，该环节要求设计师具有良好的空间感，并且书序建筑的整体结构，然后根据建筑所处环境的自然特征建立模型。设计师需要从建筑整体角度出发，考虑建筑将要面对的各种问题，对结构和大局进行综合的评估与考量，并重视各个细节的问题。如该地区的抗震设防烈度度数为8，则应该适当减少异形柱的使用，并提升各建筑部件的抗震能力，尽量选取稳定的、脆性低的建筑材料作为建筑主体，务必满足抗震措施的标准。此外，在设计师专业程度允许的情况下，应减少建筑结构软件的使用，尽量直接设计，让设计师亲自面对设计中的一些情况，可以提升设计的灵活性与设计师的灵敏度。但如果该地区的防抗指数大于等于6，则必须借助建筑结构软件来进行一些精密的结构平面设计，保证工作的准确性与严密性。同时，为了便于施工方对于结构平面图的读取与理解，在设计师提供设计方案时需采用多种设计图相结合的方式进行描述。如在进行屋坡面板的设计时，就要求设计师同时提供坡面示意图和大样详图。

3结束语

在选择建筑结构的基础设计时，需要保证基底的承载力大于所需承受的最大应压力。同时，保证控制建筑基础的总沉降量和差异沉降量，用以保护上部结构。并需要根据周围的社会环境及自然环境，对建筑的设计进行改良，降低对建筑自身及周围环境的影响。此外，需要在满足设计要求和安全系数的前提下，要求建筑设计师根据开发商的要求，提供合适的建筑设计，同时尽可能的简化建设过程，降低建筑难度和建筑成本。

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