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房屋建筑结构设计中基础设计探讨任凯平

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：任凯平

[导读] 摘要：房屋建筑当中的基础结构有着承载建筑物上部分载荷，并将地上部分建筑载荷传导到地下的作用，因此基础结构也就成为了现代建筑物当中的关键组成部分。

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        摘要：房屋建筑当中的基础结构有着承载建筑物上部分载荷，并将地上部分建筑载荷传导到地下的作用，因此基础结构也就成为了现代建筑物当中的关键组成部分。尤其是在当代建筑整体高度有所提升、建筑复杂程度增大之后，更需要建筑物基础结构有更为坚实的质量，这样才能保证建筑物整体性能可以得到强化。
        关键词：房屋建筑；基础；建筑结构；探讨
        引言
        对于建筑结构的设计，施工方考虑的是如何在最为方便的情况下以最快的速度进行施工，但是住房的人们重视的就是建筑是否安全以及建筑的实用与否，不仅如此，人们都希望建筑可以在外观突出的情况下，将建筑本身的经济价值发挥到最好，这主要是由于人们的生活水平逐渐提高，所以对于建筑结构的设计有了更加明确的要求，对于一个建筑物来说，不仅要将房屋结构设计的安全，有经济性，但又不缺乏合理性，这就使得建筑结构设计进行必要的优化。在建筑结构的设计中，为了要将设计进行的相应美化，就必须要将最基本的问题考虑透彻，还有就是合理利用空间的资源来对房屋的安全可靠进行保障。对于建筑要考虑的问题，在施工设计方面也就是美观，经济，安全，便于施工，还必不可少的是对于一个建筑来说必定要将自己的内在价值发挥出来。
        1影响建筑物当中基础设计工作质量的因素
        1.1建筑物上部结构
        由于建筑物地上部分载荷会全部附加到建筑物基础结构上，建筑物其上部建筑结构所采用的形式、建筑高度、墙体结构厚度等条件，也就决定了建筑物基础结构的类型、具体填埋深度、基础结构截面大小等的，因此在进行建筑物基础结构设计的阶段中要能充分的考虑到建筑物上部结构的特点。从现代建筑领域研究来看，建筑物上部结的具体类型、建造高度、建筑墙体厚度等条件会导致建筑载荷分布发生偏移，继而会导致建筑物基础结构发生沉降，同时也可能会导致建筑物基础结构的抗变形能力、稳定性受到影响。
        1.2地质环境因素
        建筑基础结构所在地区的地质条件会对建筑物基础结构的实际承载造成影响，而地质条件因素包含的内容较多，这一因素也具有复杂度较高的特点，但其中有两个主要条件对于建筑当中基础结构设计工作影响较大。一个是地基结构持力层的特点，和基础结构直接发生接触的就是持力层，而持力层也是承载整个建筑物重量载荷的主要土层，因此需要对持力层的特点进行详细分析，尤其要注意持力层当中土质的压缩模量、承载能力等性能的具体参数，也只有掌握了这些数据参数的基础上才能保证基础结构有良好的设计质量。另一个是桩基结构穿越土层的具体情况，在对这一穿越土层详细情况进行分析的时候需要能考虑到土层当中地下水的具体分布特点以及桩基结构的穿透能力，通过掌握这些关键信息来使房屋建筑基础结构的设计质量有所保证。
        1.3施工环境因素
        在进行建筑物基础结构设计的时候施工环境也是需要考虑的因素之一，并且施工环境因素包括自然环境因素以及人工环境因素两部分。其中自然环境因素当中主要包括施工环境具体温度以及建筑物的抗震等级要求等，由于建筑物的基础建造材料是混凝土，当建筑物的建造现场当中存在环境温度过低的情况，那么就很可能会导致建筑物当中的基础结构出现开裂的问题，在进行建筑物基础结构设计的时候要能考虑到低温环境对于基础结构的影响，这样也能更有效的采取应对措施，让建筑物基础结构有更强的性能。在考虑到建筑基础结构的抗震性能要求的时候，需要结合实际的抗震等级要求来决定具体的建筑物基础结构设计方案，并且确定是否在基础结构中设置抗震缝以及抗震缝具体设置数量以及设置位置。
        2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
        2.1对目标函数进行确定
        为了使建筑设计过程中的花费最少，同时又可以对于建筑结构进行最大的优化，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的失效的概率的函数、钢筋的截面积以及几何尺寸，使得工程造价最少。

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        2.2对约束条件进行确定
        在对结构进行设计过程中，我们必定要将每个条件都进行到最佳的设计，这样才能使得每一个条件都可以满足相关规定要求。这对于建筑设计来说，才是效果最佳的设计。其中，设计优化的约束条件主要包括应力约束、构件单元约束、裂缝宽度约束。
        2.3结构强度约束、尺寸约束
        只有将这些约束条件进行最终的优化，并进行最后相应的确定，只有这样，才能对房屋的整体结构进行最终的优化，才能保证房屋建筑的安全可靠性。根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量。在对一般的房屋建筑结构进行优化时最常用的计算方法有复合形法、Powell法、拉氏乘子法等，这些计算是将约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解，在进行相应的分析计算。
        2.4要对设计变量进行合理的选择
        如约束控制相关参数（结构的可靠度PS）以及目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价C1）等这一些参数叫做设计变量，在建筑施工优化过程中，需要对这些设计变量进行选择，选择的是对建筑结构存在影响的主要参数。这些参数主要是对于建筑结构有影响，主要应用于对于设计变量的选择，还有其他的一些参数，但通常对于一些局部性以及变化范围小的参数成为预定参数，由于对建筑物的影响并不是很大，通过对局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求，这种影响不大的预定参数使得我们的计算量，编制程序以及设计量编制程序的工作量均大大减小。
        3基础选型和设计要点分析
        3.1箱形或筏型基础及设计要点分析
        箱形或筏板形基础主要用于地基土承载力不均匀以及高层建筑等对地基基础承载力要求高的场合，另外，在有地下室的房屋建筑中也可采用筏板基础，使其既发挥基础的作用又可作为地下室的地面使用。箱型基础和筏形基础设计时的主要难点在于降低基础整体的弯曲应力，因此可将上部结构与基础看做一体，采用共同作用分析法进行设计，另外，箱形基础和筏形基础属于大体积混凝土，施工中容易出现温度裂缝，因此在设计时要予以充分考虑，通过设置伸缩缝来抵抗由于温度变化导致的变形，宽度一般设置为20mm－30mm。
        3.2桩基础及设计要点分析
        桩基础的承载能力较强，主要用于地基下部土层较为坚硬，且地基上部承载力不足的场合，另外在基础加固时也常采用桩基础作为治理措施，由于桩身较长，可将上部荷载传递到地层身处。在设计桩基础时，如果房屋建筑结构是框架结构，为减小各部位沉降的差异性，可在基础中部加密布桩以及增加中部桩身长度的方式来调整桩基的支承受力方式。
        3.3多样式原则分析
        房屋建筑基础的类型样式较多，设计单位应在设计过程中全面掌握各种基础类型，并与实际情况相结合，选出兼具经济效益和社会效益的基础类型。
        结语
        综合以上来看，建筑结构设计优化是个极其复杂的过程，由于它的综合性比较强，建筑设计优化这一系统性问题就使得我们必须加大深度加大力度去深入的探讨，这也主要是由于建筑结构设计优化在建筑结构设计中占有很重要的位置，因为合理的选择结构的设计方案不仅能够到达相应的技术要求，还能够减少经济上的消耗。读者深入探讨了关于房屋建筑施工中所出现的关于建筑结构设计优化的方法。深刻研究了对于建筑物进行优化的步骤，通过一些详细的说明来对读者本有很大的帮助。
        参考文献：
        [1]蒋艺忠.关于房屋建筑结构设计中基础设计探讨[J].工程技术：引文版，2017（1）：00005-00005.
        [2]牛利果，莫俊翔.房屋建筑结构设计中的基础设计探讨[J].工程技术：引文版，2016（9）：00307-00307.
        [3]饶远文.结构设计优化技术及其在房屋结构设计中的应用.价值工程，2010