土建工程结构设计中的桩基设计与抗震设计问题

摘要：本文结合当前土建工程结构设计特点，对土建工程框架结构设计中桩基础设计和抗震设计的部分要点及设计过程中需注意的若干问题进行了探讨，以期为同行提供有益的参考。

关键词：土建工程 结构设计 桩基设计 抗震设计

随着土建工程技术的发展，建筑设计思想在不断更新，建筑平面布置与竖向体形也越来越复杂，给建筑结构设计提出了更高的要求。本文结合当前土建工程结构设计特点，对土建工程框架结构设计中基础、主、梁、板等四个部分的设计要点及设计过程中需注意的若干问题进行了探讨，以期为同行提供有益的参考。

1、桩基础设计与施工中经常发生的问题

（1）桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高。这里可能存在两种情况，其一是地质报告有误，桩实际承载力大于计算值，必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力。其二则可能由于土层本身原因，譬如说饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入，这就需要我们从施工措施上去解决。首先是必须制定合理的施工顺序，譬如说跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械，要避免抬机等现象出现；另外可以采取引孔，设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力。当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内，且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。

（2）沉降计算。设计中不可避免的存在不少问题如：摩擦型桩未进行沉降计算违反了GB50007-2002第8.5.10条；高层基础与裙楼基础未设置沉降缝，未采取有效措施减少差异沉降及影响，违反了JGJ3-2002第12.1.8条规定；在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑，未按GB50007-2002第5.3.10条规定进行变形计算；同一结构单元采用了不同的基础形式，未进行沉降计算，违反GB50011-2001第3.3.4条；同一结构单元部分用天然地基部分用桩基，不符合GB50011-2001第3.3.4条，未进行沉降差计算，不满足GB50007-2002第5.3.4条；某工程由于主楼与裙楼上部结构荷载差异很大，二者桩型、桩长、桩持力层均有较大差异，未进行沉降验算，后浇带是实际解决此类问题较为实用的方法，但总说明中也未见后浇带的施工要求；结施说明地基基础设计等级为甲级，未进行沉降验算，违反GB50007-2002第8.5.10条；勘察报告揭示土层坡度大于10%，未按GB50007-2002进行地基变形计算。

（3）桩的长细比。一些设计者在工程设计中仍以长细比来控制桩长或桩径，造成工程桩的不必要的浪费。长细比限值主要是为了保证桩身不产生压屈失稳，以及考虑施工条件的要求，对于端承桩因有一较坚硬的不变形的持力层，在桩顶竖向荷载的作用下，桩身若过于细长，可能会像压杆一样出现失稳破坏。

（4）关于桩基竖向偏差的控制和处理：桩基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态。根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50～+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。

二、当前我国土建工程在抗震设计方面存在的问题

1.建筑高度方面的问题

伴随着我国经济发展水平的快速提高，施工技术水平也迅速增长，与之相适应的还有对于建筑结构的科研水平，依据我国当前的高层建筑结构技术规定，在一定的结构模式下，高层建筑必然有一个非常合适的高度，但是，在实际施工过程中，有相当多的高层建筑都超出了这一合适的高度值，建筑物的高度增加，会使得许多因素超出先行规范的规定，例如材料性能.延性要求等都会发生变化。

2.建筑结构体系问题

在地震发生较为频繁的地区，建筑结构体系的选择是一个非常重要的问题。在我国，高层建筑主要有三种不同的结构体系：

（1）框架结构。

框架结构主要是通过量.柱等构件在节点处的连接而形成的一种承载结构。这种承载结构在建筑平面布局方面具有较大的灵活性，但是伴随着建筑结构越来越高，框架结构底部梁.柱等构件在水平载荷的作用下剪力和弯矩都大幅的增加，从而使得配筋量也随之而增长，这会给建筑平面布局和施工带来很大的影响，所以框架结构受到建筑结构层数的限制。

（2）剪力墙结构。

在钢混结构中一般会采用剪力墙承重，剪力墙承重就是将钢混墙板替代框架结构中的梁.柱等承重构件，剪力墙承载所有的水平载荷和竖向荷载，如重力载荷.风载荷以及地震载荷等，此时，剪力墙的就犹如是一根悬臂深梁，底端嵌固，在水平和竖向荷载作用下，所产生的弯曲和剪切变形构成水平位移，相对于框架结构来讲，空间和水平位移小，抗震性能好，但是混凝土的用量很多，导致自重比较大，房间格局不能随意改变。

3.轴压比问题

在当前的高层建筑中，为了达到控制轴压比的目的而使得柱的截面尺寸偏大，而控制轴压比是为了让柱在大偏压的情况，避免钢筋在没有达到屈服极限时混凝土遭到破坏，建筑结构的延性与柱的塑性变形能力关联很大，柱的塑性变形能力越大，则建筑结构的延性就越好，一旦发生地震，吸收和耗散的地震能力少，则建筑结构就很容易遭到破坏。如果梁的延性比较好，那么柱达到屈服极限的可能性也会相应降低，而轴压比的限制也可以相应的放松。当前有一些学者认为在现行抗震条件下最后采用比较高的轴压比，实际上，在轴压比稍微增大的情况下，柱断面的大小变化不会很明显。

三. 土建工程高层建筑结构的抗震设计

1.抗震设计原则

一般情况下，建筑结构应该按照以下原则进行抗震设计计算：

（1）在高层建筑结构的两个主轴方向，最后分别进行水平地震作用下的抗震计算，不同方向下的水平地震作用由各方向抗侧力构件进行承担。

（2）在建筑结构中若有斜交角度大于15℃的抗侧力构件，最好对各个抗侧力构件方向的水平地震作用分别进行考虑。

（3）如果建筑结构的质量和刚度不对称.不均匀，那么必须对水平地震影响下的扭转作用以及双向水平地震作用进行考虑。

2.抗震设计计算方法

当前，对于高层建筑的抗震设计主要采用以下几种方法：

（1）底部剪力法。当建筑物高度小于四十米，且质量.刚度分布均匀.以剪切变形为主时，采用底部剪力法进行抗震设计计算。此种方法是将地震作用看作是等效静载荷，从而计算出结构的最强地震反应。

（2）振型分解反应谱法。主要是利用振型分解以及反应谱理论计算结构的最强地震反应。

（3）时程分析法。这种方法主要是通过选定一定的地震波，对结构的运动平衡微分方程进行数值积分，从而得到在整个地震时程区域内的地震反应。

3.抗震设计时重力载荷的考虑

结构的重力载荷包括自重和可变载荷这两种，可变载荷的变动较大，当发生地震时，可变载荷不一定到底我国载荷规范规定的可变载荷标准值，一般都会比标准值小。

三、结束语：

随着我国经济建设的迅猛发展，高层建筑越来越复杂化，这就要求建筑过程中必须做好高层建筑的抗震设计，因为他是保证人民安全的重要标志。

参考文献：

[1]陈维东.土建工程结构抗震设计存在的问题及其对策[J].国高新技术企业.2009（05）.

[2]李志勇，高晓静.浅谈土建工程结构设计问题[J].城市建设，2011（03）.

[3]和佳一.浅谈土建工程建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品，2011，（12）.