房屋基础建筑结构概念设计研究范文

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摘要:

建筑工程项目之中，建筑结构的成本所占份额相对较高。这里主要以某地房屋基础设施工程实例为研究内容,研究了其结构方案优化设计及概念设计，希望能够在实践中充分发挥结构优化设计的作用，提高经济效益。

关键词:

建筑结构设计；优化设计；概念设计

1建筑工程结构优化设计的基本思路

建筑结构设计，即从建筑图纸中提炼出的结构元素，利用它们来构成建筑物的结构体系，然后将各种荷载向基础传递。经济、适用、安全是设计的基本原则。在房屋结构中，结构优化设计技术主要涉及到两方面:总体设计与部分设计。在充分满足使用要求与设计标准的基础上，根据项目现状，以综合经济效益为核心来进行设计。现阶段，楼房高度在日益增加，这样对地基的要求也就愈发严格。这种形势下，天然地基根本不能较好地符合项目需求，于是业界推出了越来越多的地基处理方案[1]。实质而言，不同方案的造价存在不小的差异，选用适用、低价的方案，可以适当减小项目造价。

1.1项目概况某住宅为高层，主要包括10栋楼，1~8号是32层，96.8m高；9~10号是18层，52.2m高；地下室埋深为4m,地下部分都是1层。小区占地122013m2。地上是商品房，地下是人防地下室、车库与设备用房。二级安全，该住宅抗震级别是7度，设计地震as是0.1g。地震分组：第二组；场地为III类,特征周期Tg=0.55s，建筑主体都是剪力墙结构。

1.2地质状况按照钻孔揭露结果，根据岩土性质，该地地层主要包括13个地质层。素填土①、杂填土①、粉质黏土②、淤泥③、粉质黏土④、淤泥质土⑤、粉土⑥、含泥中砂⑦、粉质黏土⑧、淤泥质土⑨、含泥中砂⑨-1、含泥角砾⑩-1、残积砂质黏性土⑩、全风化花岗岩⑾、强风化花岗岩⑿、强风化辉绿岩⑿-1、中风化花岗岩⒀的厚度分别为0.19～4.29m、0.99～5.09m、0.99～2.39m、4.39～21.90m、0.39～11.99m、0.49～13.90m、1.09～3.88m、0.99～13.49m、0.69～6.79m、0.59～6.85m、1.19～7.92m、0.39～3.79m、0.79～12.19m、0.79～7.39m、14～29.00m、2.90～3.49m、1.09～2.29m。

1.3基础方案原基础设计使用锤击式预应力高强管桩直径R为500mm，持力层是强风化花岗岩，桩尖进入持力层超过1m,单桩承载力特征值S为2500kN/m。1）本来没有进行优化的基础方案，返工损失。先施工18层的9号楼。施工锤击管桩时造成非常严重的震动与噪声，附近群众对此进行投诉。于是，对基础设计进行优化，选择使用静压式预应力高强管桩。然而，该住宅地质表层具有很厚的淤泥，在施工过程，先将砖渣（厚度为1.5m）铺于地表，然后将其压实，确保静压桩机可以顺利走机施工。等到9号、10号楼桩基结束以后，通过对桩基实施动测检验，发现锤击与静压施工的9号与10号楼的一、二、三、四类桩分别是62%、16%、16%、6%与50%、20%、20%、10%。究其根源，由于表层淤泥较厚，开挖基坑的过程中，根本无法分层进行，一次性开挖深度相对较大,相关机械设备运行过程中将会侧向挤压管桩，导致淤泥和粉质黏土相邻部位管桩被破坏。同时，静压桩机重量相对较高，走机施工过程中能够对那些已经施工的管桩形成严重的破坏，所以，形成相对较多的三、四类桩。这样导致补桩成本提高了72万元，而工期延长了近60d。2）分析桩基方案。关于1~8号楼的基础，有关单位展开探讨，最初达成共识是把桩基变成C35冲孔灌注桩，直径800mm。持力层与原设计相同，桩尖到持力层超过8m，S取4000kN/m。首先试桩2根，然后进行静载，1号和2号试桩分别进入持力层8m与10m。在此基础上，实施桩底高压注浆，达到混凝土龄期28d后，接着开展静载试验，两者的S数值分别为3000kN/m与3200kN/m。可以看出，通过冲（钻）孔灌注桩，S相对较小，同时所需要的工期相对偏长，成本偏高，对该项目不合适。3）根据具体状况优化桩基方案。使用静压式预应力高强管桩，辅助以水泥搅拌桩，以此来加固基础表层，合理设计消压孔的方式。水泥搅拌桩与桩间土一起对结构负载进行承担，构建起复合地基。优化的桩基方案具有加固地基的功能，充分确保静压桩机工作过程中不会发生沉陷、不会对那些已经布设好的管桩形成侧向挤压破坏。同时表层变为硬层，开挖基坑过程中，相关机械工作的时候对管桩形成相对较小的侧向挤压。因楼层为32层，安排的管桩密度较大，留设消压孔主要是为了降低管桩施工过程中的挤土效应[2]。4）优化后的桩基方案具有明显的效益。水泥搅拌桩，桩径500mm，桩长接近10m。施工桩基的时候，水灰比0.5，水泥掺量20%，42.5R硅酸盐水泥，梅花桩结构布局；消压孔孔径300mm，设置于桩基原位，取土长度15m，其数目是管桩数目的四分之一。施工水泥搅拌桩结束22d以后着手布设静压桩，接着开挖基坑，按照该方式1号楼的桩基一、二类桩分别是80%、20%，都合格。可以看出，在该类地质条件下，选择该方法十分适用,便于操作、经济、快速、没有污染等，对城建项目十分适用。5）优化技术的实现，能够全面发挥出材料的性能，充分协调楼房结构内部各单元，在很大程度上提升了地基的安全水平，还能够为方案设计做出科学决策。

2概念设计的作用

对同一个建筑方案，存在若干个结构设计。结构明确的楼房，就算是荷载相同，同样具有若干分析方法，相关材料、参数等也不是唯一的。需注意的问题是，楼房内部的布设，同样存在差异。上述一切是电脑技术不能彻底应对的，离不开设计工作者的自主判断。判断必须遵循结构设计规律，按照项目经验来做，此即为概念设计。

2.1对结构设计全程具有统领作用一般情况下，结构工程师的结构概念随着自己的工作经验的增加而愈发丰富，设计成果同样不断改进。但是，伴随社会分工不断细化，他们中多数人仅仅单纯依靠设计手册、规范、电脑程序来进行一些传统的设计，根本不会积极创新。

2.2能够处理诸多设计问题毋庸置疑的概念设计可以确保楼房结构在许多外界影响下降低破坏程度。刚度对称、均匀，是降低地震作用对于结构形成破坏的行之有效的方法；延性设计，可以降低结构由于受到地震影响而造成的脆性破坏;当发生特大地震的时候，多道设防可以确保楼房的次要构件先破坏，通过这种方式将一定比例的地震能量消耗[3]。

2.3能够有效弥补计算理论的不足概念设计之所以具有关键的作用，是由于当前计算理论仍然具有一些不足。比如，对混凝土结构设计，主要以弹性理论为基础来求解内力；对于截面设计，是基于塑性理论的极限状态设计方法。上述冲突，导致求解结果和结构的具体受力大小存在很大的差距。为有效解决计算理论上述不足，离不开良好的结构措施和概念设计，以符合结构设计的需要。概念设计非常关键，因为在方案设计环节，初步设计的时候无法利用电脑来进行。因此，结构工程师必须充分利用自己了解的结构概念，确定相对合理的结构方案。

3结语

建筑项目中，设计人员必须坚持科学、适用、经济的基本指导思想，周密分析、精心设计，使用各种高新技术方法，确定科学的结构设计方案。住宅楼房的基础方案，通过相关设计工作者应用概念设计的理念，优化结构，如期竣工，减小了项目成本，提高了项目经济效益。

参考文献:

[1]姜伟.巧借结构设计优化,奠定房屋建筑结构设计基础[J].中国建材科技,2015,01:115-116.

[2]王鹏.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用分析[J].中国建材科技,2014,04:162-163.

[3]王也.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,03:81-82.

作者：许若翊 单位：中国平煤神马建工集团