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關鍵詞:地基基礎后澆帶樁承臺沉降
一、引言
基礎是建筑物和地基之間的連接體。基礎把建筑物豎向體系傳來的荷載傳給地基。從平面上可見,豎向結構體系將荷載集中于點,或分布成線形,但作為最終支承機構的地基,提供的是一種分布的承載能力。
如果地基的承載能力足夠,則基礎的分布方式可與豎向結構的分布方式相同。但有時由于土或荷載的條件,需要采用滿鋪的伐形基礎。伐形基礎有擴大地基接觸面的優點,但與獨立基礎相比,它的造價通常要高的多,因此只在必要時才使用。不論哪一種情況,基礎的概念都是把集中荷載分散到地基上,使荷載不超過地基的長期承載力。因此,分散的程度與地基的承載能力成反比。有時,柱子可以直接支承在下面的方形基礎上,墻則支承在沿墻長度方向布置的條形基礎上。當建筑物只有幾層高時,只需要把墻下的條形基礎和柱下的方形基礎結合使用,就常常足以把荷載傳給地基。這些單獨基礎可用基礎梁連接起來,以加強基礎抵抗地震的能力。只是在地基非常軟弱,或者建筑物比較高的情況下,才需要采用伐形基礎。多數建筑物的豎向結構,墻、柱都可以用各自的基礎分別支承在地基上。中等地基條件可以要求增設拱式或預應力梁式的基礎連接構件,這樣可以比獨立基礎更均勻地分布荷載。
如果地基承載力不足,就可以判定為軟弱地基,就必須采取措施對軟弱地基進行處理。軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構成的地基。在建筑地基的局部范圍內有高壓縮性土層時,應按局部軟弱土層考慮。勘察時,應查明軟弱土層的均勻性、組成、分布范圍和土質情況,根據擬采用的地基處理方法提供相應參數。沖填土尚應了解排水固結條件。雜填土應查明堆積歷史,明確自重下穩定性、濕陷性等基本因素。
在初步計算時,最好先計算房屋結構的大致重量,并假設它均勻的分布在全部面積上,從而等到平均的荷載值,可以和地基本身的承載力相比較。如果地基的容許承載力大于4倍的平均荷載值,則用單獨基礎可能比伐形基礎更經濟;如果地基的容許承載力小于2倍的平均荷載值,那么建造滿鋪在全部面積上的伐形基礎可能更經濟。如果介于二者之間,則用樁基或沉井基礎。
二、地基的處理方法
利用軟弱土層作為持力層時,可按下列規定執行:1)淤泥和淤泥質土,宜利用其上覆較好土層作為持力層,當上覆土層較薄,應采取避免施工時對淤泥和淤泥質土擾動的措施;2)沖填土、建筑垃圾和性能穩定的工業廢料,當均勻性和密實度較好時,均可利用作為持力層;3)對于有機質含量較多的生活垃圾和對基礎有侵蝕性的工業廢料等雜填土,未經處理不宜作為持力層。局部軟弱土層以及暗塘、暗溝等,可采用基礎梁、換土、樁基或其他方法處理。在選擇地基處理方法時,應綜合考慮場地工程地質和水文地質條件、建筑物對地基要求、建筑結構類型和基礎型式、周圍環境條件、材料供應情況、施工條件等因素,經過技術經濟指標比較分析后擇優采用。
地基處理設計時,應考慮上部結構,基礎和地基的共同作用,必要時應采取有效措施,加強上部結構的剛度和強度,以增加建筑物對地基不均勻變形的適應能力。對已選定的地基處理方法,宜按建筑物地基基礎設計等級,選擇代表性場地進行相應的現場試驗,并進行必要的測試,以檢驗設計參數和加固效果,同時為施工質量檢驗提供相關依據。
經處理后的地基,當按地基承載力確定基礎底面積及埋深而需要對地基承載力特征值進行修正時,基礎寬度的地基承載力修正系數取零,基礎埋深的地基承載力修正系數取1.0;在受力范圍內仍存在軟弱下臥層時,應驗算軟弱下臥層的地基承載力。對受較大水平荷載或建造在斜坡上的建筑物或構筑物,以及鋼油罐、堆料場等,地基處理后應進行地基穩定性計算。結構工程師需根據有關規范分別提供用于地基承載力驗算和地基變形驗算的荷載值;根據建筑物荷載差異大小、建筑物之間的聯系方法、施工順序等,按有關規范和地區經驗對地基變形允許值合理提出設計要求。地基處理后,建筑物的地基變形應滿足現行有關規范的要求,并在施工期間進行沉降觀測,必要時尚應在使用期間繼續觀測,用以評價地基加固效果和作為使用維護依據。復合地基設計應滿足建筑物承載力和變形要求。地基土為欠固結土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土時,設計要綜合考慮土體的特殊性質,選用適當的增強體和施工工藝。復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定,或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定。
常用的地基處理方法有:換填墊層法、強夯法、砂石樁法、振沖法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、預壓法、夯實水泥土樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、石灰樁法、灰土擠密樁法和土擠密樁法、柱錘沖擴樁法、單液硅化法和堿液法等。
1換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。其主要作用是提高地基承載力,減少沉降量,加速軟弱土層的排水固結,防止凍脹和消除膨脹土的脹縮。
2強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。強夯置換法適用于高飽和度的粉土,軟-流塑的粘性土等地基上對變形控制不嚴的工程,在設計前必須通過現場試驗確定其適用性和處理效果。強夯法和強夯置換法主要用來提高土的強度,減少壓縮性,改善土體抵抗振動液化能力和消除土的濕陷性。對飽和粘性土宜結合堆載預壓法和垂直排水法使用。
3砂石樁法適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基,提高地基的承載力和降低壓縮性,也可用于處理可液化地基。對飽和粘土地基上變形控制不嚴的工程也可采用砂石樁置換處理,使砂石樁與軟粘土構成復合地基,加速軟土的排水固結,提高地基承載力。
4振沖法分加填料和不加填料兩種。加填料的通常稱為振沖碎石樁法。振沖法適用于處理砂土、粉土、粉質粘土、素填土和雜填土等地基。對于處理不排水抗剪強度不小于20kPa的粘性土和飽和黃土地基,應在施工前通過現場試驗確定其適用性。不加填料振沖加密適用于處理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振沖碎石樁主要用來提高地基承載力,減少地基沉降量,還可用來提高土坡的抗滑穩定性或提高土體的抗剪強度。
5水泥土攪拌法分為漿液深層攪拌法(簡稱濕法)和粉體噴攪法(簡稱干法)。水泥土攪拌法適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粘性土、粉土、飽和黃土、素填土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。不宜用于處理泥炭土、塑性指數大于25的粘土、地下水具有腐蝕性以及有機質含量較高的地基。若需采用時必須通過試驗確定其適用性。當地基的天然含水量小于30%(黃土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4時不宜采用于法。連續搭接的水泥攪拌樁可作為基坑的止水帷幕,受其攪拌能力的限制,該法在地基承載力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的應用有一定難度。
6高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。當地基中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖或較高的有機質時,應根據現場試驗結果確定其適用性。對地下水流速度過大、噴射漿液無法在注漿套管周圍凝固等情況不宜采用。高壓旋噴樁的處理深度較大,除地基加固外,也可作為深基坑或大壩的止水帷幕,目前最大處理深度已超過30m。
7預壓法適用于處理淤泥、淤泥質土、沖填土等飽和粘性土地基。按預壓方法分為堆載預壓法及真空預壓法。堆載預壓分塑料排水帶或砂井地基堆載預壓和天然地基堆載預壓。當軟土層厚度小于4m時,可采用天然地基堆載預壓法處理,當軟土層厚度超過4m時,應采用塑料排水帶、砂井等豎向排水預壓法處理。對真空預壓工程,必須在地基內設置排水豎井。預壓法主要用來解決地基的沉降及穩定問題。
8夯實水泥土樁法適用于處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土等地基。該法施工周期短、造價低、施工文明、造價容易控制,目前在北京、河北等地的舊城區危改小區工程中得到不少成功的應用。
9水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)法適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土等地基。對淤泥質土應根據地區經驗或現場試驗確定其適用性。基礎和樁頂之間需設置一定厚度的褥墊層,保證樁、同承擔荷載形成復合地基。該法適用于條基、獨立基礎、箱基、筏基,可用來提高地基承載力和減少變形。對可液化地基,可采用碎石樁和水泥粉煤灰碎石樁多樁型復合地基,達到消除地基土的液化和提高承載力的目的。
10石灰樁法適用于處理飽和粘性土、淤泥、淤泥質土、雜填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土層時,可采取減少生石灰用量和增加摻合料含水量的辦法提高樁身強度。該法不適用于地下水下的砂類土。
11灰土擠密樁法和土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理的深度為5~15m。當用來消除地基土的濕陷性時,宜采用土擠密樁法;當用來提高地基土的承載力或增強其水穩定性時,宜采用灰土擠密樁法;當地基土的含水量大于24%、飽和度大于65%時,不宜采用這種方法。灰土擠密樁法和土擠密樁法在消除土的濕陷性和減少滲透性方面效果基本相同,土擠密樁法地基的承載力和水穩定性不及灰土擠密樁法。
12柱錘沖擴樁法適用于處理雜填土、粉土、粘性土、素填土和黃土等地基,對地下水位以下的飽和松軟土層,應通過現場試驗確定其適用性。地基處理深度不宜超過6m。
13單液硅化法和堿液法適用于處理地下水位以上滲透系數為0.1~2m/d的濕陷性黃土等地基。在自重濕陷性黃土場地,對Ⅱ級濕陷性地基,應通過試驗確定堿液法的適用性。
14在確定地基處理方案時,宜選取不同的多種方法進行比選。對復合地基而言,方案選擇是針對不同土性、設計要求的承載力提高幅質、選取適宜的成樁工藝和增強體材料。
三、基礎的設計
房屋基礎設計應根據工程地質和水文地質條件、建筑體型與功能要求、荷載大小和分布情況、相鄰建筑基礎情況、施工條件和材料供應以及地區抗震烈度等綜合考慮,選擇經濟合理的基礎型式。
砌體結構優先采用剛性條形基礎,如灰土條形基礎、Cl5素混凝土條形基礎、毛石混凝土條形基礎和四合土條形基礎等,當基礎寬度大于2.5m時,可采用鋼筋混凝土擴展基礎即柔性基礎。
多層內框架結構,如地基土較差時,中柱宜選用柱下鋼筋混凝土條形基礎,中柱宜用鋼筋混凝土柱。
框架結構、無地下室、地基較好、荷載較小可采用單獨柱基,在抗震設防區可按《建筑抗震設計規范》第6.1.1l條設柱基拉梁。
無地下室、地基較差、荷載較大為增強整體性,減少不均勻沉降,可采用十字交叉梁條形基礎。
如采用上述基礎不能滿足地基基礎強度和變形要求,又不宜采用樁基或人工地基時,可采用筏板基礎(有梁或無梁)。
框架結構、有地下室、上部結構對不均勻沉降要求嚴、防水要求高、柱網較均勻,可采用箱形基礎;柱網不均勻時,可采用筏板基礎。
有地下室,無防水要求,柱網、荷載較均勻、地基較好,可采用獨立柱基,抗震設防區加柱基拉梁。或采用鋼筋混凝土交叉條形基礎或筏板基礎。
筏板基礎上的柱荷載不大、柱網較小且均勻,可采用板式筏形基礎。當柱荷載不同、柱距較大時,宜采用梁板式筏基。
無論采用何種基礎都要處理好基礎底板與地下室外墻的連結節點。
框剪結構無地下室、地基較好、荷載較均勻,可選用單獨柱基,墻下條基,抗震設防地區柱基下設拉梁并與墻下條基連結在一起。
無地下室,地基較差,荷載較大,柱下可選用交叉條形基礎并與墻下條基連結在一起,以加強整體性,如還不能滿足地基承載力或變形要求,可采用筏板基礎。剪力墻結構無地下室或有地下室,無防水要求,地基較好,宜選用交叉條形基礎。當有防水要求時,可選用筏板基礎或箱形基礎。高層建筑一般都設有地下室,可采用筏板基礎;如地下室設置有均勻的鋼筋混凝土隔墻時,采用箱形基礎。
當地基較差,為滿足地基強度和沉降要求,可采用樁基或人工處理地基。
多棟高樓與裙房在地基較好(如卵石層等)、沉降差較小、基礎底標高相等時基礎可不分縫(沉降縫)。當地基一般,通過計算或采取措施(如高層設混凝土樁等)控制高層和裙房間的沉降差,則高層和裙房基礎也可不設縫,建在同一箋基上。施工時可設后澆帶以調整高層與裙房的初期沉降差。
當高層與裙房或地下車庫基礎為整塊筏板鋼筋混凝土基礎時,在高層基礎附近的裙房或地下車庫基礎內設后澆帶,以調整地基的初期不均勻沉降和混凝土初期收縮。
現在我就大型基礎設計中較多見的基礎類型的樁基礎和后澆帶的設計討論一下
1當天然地基或人工地基的地基承載力或變形不能滿足設計要求,或經過經濟比較采用淺基礎反而不經濟時,可采用樁基礎。
2樁平面布置原則:
1)力求使各樁樁頂受荷均勻,上部結構的荷載重心與樁的重心相重合,并使群樁在承受水平力和彎矩方向有較大的抵抗矩。
2)在縱橫墻交叉處都應布樁,橫墻較多的多層建筑可在橫墻兩側的縱墻上布樁,門洞口下面不宜布樁。
3)同一結構單元不宜同時采用摩擦樁和端承樁。
4)大直徑樁宜采用一柱一樁;筒體采用群樁時,在滿足樁的最小中心距要求的前提下,樁宜盡量布置在筒體以內或不超出筒體外緣1倍板厚范圍之內。
5)在伸縮縫或防震縫處可采用兩柱共用同一承臺的布樁形式。
6)剪力墻下的布樁量要考慮剪力墻兩端應力集中的影響,而剪力墻中和軸附近的樁可按受力均勻布置。
3樁端進入持力層的最小深度:
1)應選擇較硬上層或巖層作為樁端持力層。樁端進入持力層深度,對于粘性土、粉土不宜小于2d(d為樁徑);砂土及強風化軟質巖不宜小于1.5d;對于碎石土及強風化硬質巖不宜小于1d,且不小于0.5m。
2)樁端進入中、微風化巖的嵌巖樁,樁全斷面進入巖層的深度不宜小于0.5m,嵌入灰巖或其他未風化硬質巖時,嵌巖深度可適當減少,但不宜小于0.2m。
3)當場地有液化土層時,樁身應穿過液化土層進入液化土層以下的穩定土層,進入深度應由計算確定,對碎石土、礫、粗中砂、堅硬粘性土和密實粉土且不應小于0.5m,對其他非巖石土且不宜小于1.5m。
4)當場地有季節性凍土或膨脹土層時,樁身進入上述土層以下的深度應通過抗拔穩定性驗算確定,其深度不應小于4倍樁徑,擴大頭直徑及1.5m。
樁型選擇原則。樁型的選擇應根據建筑物的使用要求,上部結構類型、荷載大小及分布、工程地質情況、施工條件及周圍環境等因素綜合確定。
1)預制樁(包括混凝土方形樁及預應力混凝土管樁)適宜用于持力層層面起伏不大的強風化層、風化殘積土層、砂層和碎石土層,且樁身穿過的土層主要為高、中壓縮性粘性土,穿越層中存在孤石等障礙物的石灰巖地區、從軟塑層突變到特別堅硬層的巖層地區均不適用。其施工方法有錘擊法和靜壓法兩種。
2)沉管灌注樁(包括小直徑D<5O0mm,中直徑D=500~600mm)適用持力層層面起伏較大、且樁身穿越的土層主要為高、中壓縮性粘性土;對于樁群密集,且為高靈敏度軟土時則不適用。由于該樁型的施工質量很不穩定,故宜限制使用。
3)在飽和粘性土中采用上述兩類擠土樁尚應考慮擠土效應對于環境和質量的影響,必要時采取預鉆孔。設置消散超孔隙水壓力的砂井、塑料插板、隔離溝等措施。鉆孔灌注樁適用范圍最廣,通常適用于持力層層面起伏較大,樁身穿越各類上層以及夾層多、風化不均、軟硬變化大的巖層;如持力層為硬質巖層或地層中夾有大塊石等,則需采用沖孔灌注樁。無地下水的一般土層,可采用長短螺旋鉆機干作業成孔成樁。鉆(沖)孔時需泥漿護壁,故施工現場受限制或對環境保護有特殊要求的,不宜采用。
4)人工挖孔樁適用于地下水水位較深,或能采用井點降水的地下水水位較淺而持力層較淺且持力層以上無流動性淤泥質土者。成孔過程可能出現流砂、涌水、涌泥的地層不宜采用。
5)鋼樁(包括H型鋼樁和鋼管樁)工程費用昂貴,一般不宜采用。當場地的硬持力層極深,只能采用超長摩擦樁時,若采用混凝土預制樁或灌注樁又因施工工藝難以保證質量,或為了要趕工期,此時可考慮采用鋼樁。鋼樁的持力層應為較硬的土層或風化巖層。
6)夯擴樁,當樁端持力層為硬粘土層或密實砂層,而樁身穿越的土層為軟土、粘性土、粉土,為了提高樁端承載力可采用夯擴樁。由于夯擴樁為擠土樁,為消除擠土效應的負面影響,應采取與上述預制樁和沉管灌注樁類似的措施。
后澆帶設計
因調整地基初期不均勻沉降而設的后澆帶,帶寬800~1O00mm。后澆帶自基礎開始在各層相同位置直到裙房屋頂板全部設后澆帶,包括內外墻體。施工時后澆帶兩邊梁板必須支撐好,直到后澆帶封閉并混凝土達到設計強度后拆除。后澆帶內的混凝土等級采用比原構件提高一級的微膨脹混凝土。如沉降觀測記錄在高層封頂時,沉降曲線平緩可在高層封頂一個月后封閉后澆帶。沉降曲線不緩和則宜延長封閉后澆帶時間。
基礎后澆帶封閉前要求施工時覆蓋,以免雜物垃圾掉落難于清理。并提出清除雜物垃圾的措施,如后澆帶處墊層局部降低等。有必要時后澆帶中設置適量加強鋼筋,如梁面、底鋼筋相同等措施。
設計者必須認真對待由于超長給結構帶來的不利影響,當增大結構伸縮縫間距或者是不設置伸縮縫時,必須采取切實可行的措施,防止結構開裂。在適當增大伸縮縫最大間距的各項措施中,在結構施工階段采取防裂措施是國內外通用的減小混凝土收縮不利影響的有效方法,我國常用的做法是設置施工后澆帶。另外,當建筑物存在較大的高差,但是結構設計根據具體情況可不設置永久變形縫時,例如高層建筑主體和多層(或低層)裙房之間,也常常采用施工后澆帶來解決施工階段的差異沉降問題。這兩種施工后澆帶,前者可稱之為收縮后澆帶,后者可稱之為沉降后澆帶。
后澆帶的設計
當建筑結構的平面尺寸超過混凝土規范規定的伸縮縫最大間距(混凝土規范第9.1.1條)時,可考慮采用施工后澆帶的方法來適當增大伸縮縫間距。但一般地上結構由于受環境溫度變化影響較大,所以伸縮縫最大間距不宜超過混凝土規范限值過多,同時應注意加強屋面保溫隔熱,采用可靠的、高效的外墻外保溫,并適當提高外縱墻、山墻、屋面等重要部位的縱向鋼筋配筋率。當地上結構由于抗震設計需要而設置了防震縫時,伸縮縫寬度應滿足防震縫寬度的要求。地下室結構超長的情況較為常見,除地下室頂板和處于室外地面以上的地下室外墻受溫度變化影響相對較大外,地下室內部和基礎結構在使用階段受室內外溫度變化影響較小,需解決的主要問題是混凝土收縮應力對結構的影響。除在施工階段設置后澆帶外,應該加強地下室頂板及地下室外墻的配筋,建議縱向鋼筋最小配筋率不宜小于0.5%,鋼筋應盡可能選擇直徑較小的,一般10到16即可,間距盡量選擇較密的,宜不大于150mm,細而密的鋼筋分布對結構抗裂是有利的。
必須指出的是,后澆帶只能解決施工期間的混凝土自收縮,它不能解決由于溫度變化引起的結構應力集中,更不能替代伸縮縫。有一些結構設計者將后澆帶和伸縮縫等同起來的看法是錯誤的,因為兩者的作用并不相同。
當地下室結構超長過多,單靠設置后澆帶不足以解決混凝土收縮和溫度變化問題時,可以考慮采用補償收縮混凝土,在適當位置設置膨脹加強帶。采用這種方法,不僅可以進一步增大伸縮縫最大間距,而且可以用膨脹加強帶取代部分施工后澆帶,從而實現混凝土的連續澆筑即無縫施工。但應注意,采用膨脹加強帶取代部分施工后澆帶時,膨脹加強帶的位置應設置在結構溫度應力集中部位,并應制定嚴格的技術保障措施,保證混凝土原材料的質量和微膨脹劑的配合比準確,結構設計應對地下室結構各部位混凝土的限制膨脹率提出明確要求。
對高層建筑主體與裙房之間是設置永久變形縫,還是在施工階段設置沉降后澆帶,應該根據建筑場地地基持力層土質情況、基礎形式、上部結構布置等條件綜合確定。當地基持力層土質較好,例如高層建筑基礎做在基巖層或卵石層上,或采用樁基時,高層建筑沉降變形量較小,此時可考慮采用施工后澆帶而不設置永久變形縫,將高層建筑與裙房基礎(或地下室)連成整體。當地基持力層壓縮性較高,且厚度較大,高層建筑主體與裙房之間的高差懸殊較大,高層建筑荷載較大,則由于高層建筑與裙房之間的差異沉降量較大,在采用天然地基的情況下,還是以設置永久變形縫將高層建筑與裙房徹底脫開為好。當高層建筑與相鄰的裙房之間設置永久變形縫時,高層建筑的基礎埋深一般應大于裙房基礎埋深至少2米,不滿足此要求時應計算高層建筑的穩定性,并采取可靠措施防止高層建筑與裙房之間發生相互傾斜。筆者曾經參觀過某工程,高層建筑地下一層,地上十六層,純地下車庫一層,與高層建筑地下室貫通,其間設置了沉降縫,基礎埋深基本相同,沉降縫間采用硬質材料填充。由于沒有解決好高層建筑與地下車庫間的互傾問題,建筑投入使用后,發現沉降縫兩側墻體開裂,造成地下室滲漏。
近年來,復合地基得到了廣泛應用,復合地基可以提高地基持力層承載力,提高土體彈性模量,有效地控制建筑物沉降。北京地區有些工程已經通過在高層建筑下采用復合地基的方法來替代樁基,以解決高層建筑主體與裙房之間差異沉降的問題。不論采用哪種方法,如果采用施工后澆帶而不設置永久變形縫,都應依據相關規范計算裙房和高層建筑的整體傾斜。當采用地基處理時,在結構設計圖紙上,應明確規定采用地基處理后,高層建筑與裙房之間的變形要求。
施工后澆帶的位置,應根據基礎和上部結構布置的具體情況確定,不能想當然,搞一刀切。后澆帶應設置在結構受力較小處,一般在梁、板跨度內的三分之一處,結構彎矩和剪力均較小,且宜自上而下對齊,豎向上不宜錯開,后澆帶間距一般為30米到50米。在高層建筑與裙房之間設置后澆帶時,后澆帶宜處于裙房一側,且在結構設計上,應注意加強高層建筑與裙房相連部位的構造,提高縱向鋼筋配筋率,用以抵抗后澆帶封閉后由剩余差異沉降差所引起的結構內力。為減小后澆帶封閉后由剩余差異沉降差所引起的結構內力,尚應采取其他措施,通常可考慮以下方法:
1,高層建筑采用樁基或其他地基基礎處理方法,或補償基礎,盡量擴大高層建筑基礎與地基接觸面積,減小高層建筑基礎底面接觸壓力,而裙房則采用埋深較淺的獨立柱基或條形基礎等,調節高層建筑與裙房之間的差異沉降。
2,盡量減小裙房部分基礎與地基的接觸面積,即盡量增大裙房部分的基礎底面接觸壓力,加大裙房的沉浸量。
3,結合高層建筑埋置深度要求,調整高層建筑地下室高度,使地基持力層落在壓縮性小、地基承載力高的土層上,可有效地減小高層建筑的沉降量。
進行地基基礎設計時,結構設計者應結合工程具體情況,多方面對比,選擇經濟合理的方案。
后澆帶部位的鋼筋一般不宜斷開,而應讓鋼筋連續通過,即只將后澆帶處的混凝土臨時斷開。但有時工程具體情況不允許留后澆帶,例如某工程地下車庫通道的頂板、底板均與主樓相連,但是由于施工場地狹小,無法留設后澆帶,于是要求施工單位先施工結構主體,待主體完成后再施工車道部分,要求施工單位對與主體相連的鋼筋必須預留,后期采用焊接連接,同一截面的鋼筋焊接連接率不得大于50%。
有的工程將后澆帶內鋼筋全部斷開,這時候,為避免在同一截面鋼筋100%連接,宜將后澆帶曲折布置,而不要沿一直線布置。連接方式建議首選機械連接或焊接,但要注意施工質量。采用搭接連接時,應注意后澆帶寬度要滿足按混凝土規范計算的鋼筋搭接連接長度。
基礎后澆帶的斷面形式,應于結構設計圖紙上用詳圖明確表示出來,而不應推給施工單位。當地下水位較高時,宜在基礎后澆帶下設置防水板并增設一道附加防水層。
四、工程實例
一、工程概況
工程總建筑面積5880平方米。無地下室,地上7層框架結構,底層層高4.5m,以上各層層高均為3.1m
二、地質條件
本工程±0.000標高相當于羅零標高5.240米,場地內地層自上而下依次為:①素填土,層厚0.8~2.90m,回填時間4年主要填料為殘積粘性土,混磚瓦石塊場地分布均勻。②淤泥,呈飽和流塑狀,主要由粘粒、粉粒組成,夾雜有有機質,該層層厚4.00~9.00m。③粉質粘土,呈飽和可塑狀,手搓稍有粉粒感,粘性較好,標貫試驗的校正平均值為10擊,層位穩定,厚度為4.80~9.55。④含泥中粗砂,呈飽和密狀,層厚0.7~4m。⑤沙質粘土,呈飽和可塑狀,層厚0.5~3m。⑥中砂,飽和,含泥約10~20%,均勻分布于場地,厚度約2.10~7.60m。⑦殘積粘性土:飽和,可塑,原為輝綠巖脈,長石礦物已全風化成呈土狀,標貫試驗校正平均值為17擊厚2.70~6.70m。⑧散體強風化花崗巖,大部分長石類礦物已經風化呈土狀,巖心手捻可散,厚度2.25~14.20m。⑨強風化花崗巖層。⑩中風化花崗巖.
三、設計過程
柱網布置詳見附圖
經過PKPM結構計算軟件對本樓上部結構進行的計算,取軸力最大的情況得出柱底最小軸力為1930KN,最大柱底軸力為5832KN。由于淺層土不足以承受此荷載,所以選用樁基礎作為建筑物的基礎。由于柱底軸力差異較大,從經濟性和節約成本的考慮,所以選用2種樁徑,分別是F500和F400。
在設計工程中還應該注意的是PKPM所算出的柱底軸力為設計值,不能直接用于計算需要把算出的值除以1.25來轉化為特征值來計算.
1、確定單樁豎向承載力設計值
樁側總極限摩阻力標準值:Rsk=Up×Σlifsi
樁端極限阻力標準值:Rpk=Ap×fp
本工程中的單樁極限承載力根據靜載試驗確定F500為4100KN,F400為3100KN
單樁豎向承載力設計值Rd=(Rsk+Rpk)/1.65
F500Rd=4100/1.65=2484.8KN
F400Rd=3100/1.65=1878.8KN
單樁豎向承載力特征值Ra=(Rsk+Rpk)/2.0
F500Ra=4100/2=2050KN
F400Ra=3100/2=1550KN
2、確定樁的數量、間距和布置方式
初步估算樁數時,先不要考慮群樁效應,
在確定樁的數量時,我是根據各底層柱的軸力確定應該選用何種直徑的樁和確定樁的數量,例如在附圖中的(16)-(c)柱底軸力為1944.8KN(特征值),我選用兩樁承臺,樁徑為400;
(8)-(A)柱底軸力為4665.6KN,我選用三樁承臺,樁徑為500.
當為偏心受壓,一般樁的根數應相應的增加10%~20%。
樁的間距(中心距)采用3.6倍樁徑.
原則:使得群樁橫截面的重心應與荷載合力的作用點重合和接近或者是使其重心處于合力作用點變化范圍之內,并應盡量接近最不利的合力作用點。
具體布置方法見附圖。
3、承臺設計
獨立承臺、柱下或墻下條形承臺(梁式承臺),以及筏板承臺和箱形承臺,承臺設計包括選擇承臺的材料及其強度等級,幾何形狀及其尺寸,進行承臺結構承載力計算,并應使其構造滿足一定的要求。
構造要求:承臺最小寬度不應小于500mm,承臺邊緣至樁中心的距離不宜小于樁的直徑或邊長,邊緣挑出部分不應小于150mm,墻下條形承臺邊緣挑出部分可降低至75mm。條形和柱下獨立承臺的最小厚度為500mm,其最小埋深為600mm。
本工程中承臺混凝土等級C30,取其中的(8)-(A)柱位置的承臺為例計算:
一、基本資料:
承臺類型:三樁承臺圓樁直徑d=500mm
樁列間距Sa=900mm樁行間距Sb=1560mm
樁中心至承臺邊緣距離Sc=500mm
承臺根部高度H=1100mm承臺端部高度h=1100mm
柱子高度hc=700mm(X方向)柱子寬度bc=650mm(Y方向)
二、控制內力:
Nk=4666;
Fk=4666;
F=6299.1;
三、承臺自重和承臺上土自重標準值Gk:
a=2(Sc+Sa)=2*(0.5+0.9)=2.8m
b=2Sc+Sb=2*0.5+1.56=2.56m
承臺底部面積Ab=a*b-2Sa*Sb/2=2.8*2.56-2*0.9*1.56/2=5.76m
承臺體積Vct=Ab*H1=5.76*1.1=6.340m
承臺自重標準值Gk''''''''=γc*Vct=25*6.34=158.5kN
土自重標準值Gk''''=γs*(Ab-bc*hc)*ds=18*(5.76-0.65*0.7)*0.8
=76.4kN
承臺自重及其上土自重標準值Gk=Gk''''''''+Gk''''=158.5+76.4=235.0kN
四、承臺驗算:
圓樁換算樁截面邊寬bp=0.866d=0.866*500=433mm
1、承臺受彎計算:
(1)、單樁樁頂豎向力計算:
在軸心豎向力作用下
Qk=(Fk+Gk)/n(基礎規范8.5.3-1)
Qk=(4666+235)/3=1633.7kN≤Ra=2020kN
每根單樁所分配的承臺自重和承臺上土自重標準值Qgk:
Qgk=Gk/n=235/3=78.3kN
扣除承臺和其上填土自重后的各樁樁頂相應于荷載效應基本組合時的豎向力設計值:
Ni=γz*(Qik-Qgk)
N=1.35*(1633.7-78.3)=2099.7kN
(2)、承臺形心到承臺兩腰的距離范圍內板帶的彎矩設計值:
S=(Sa^2+Sb^2)^0.5=(0.9^2+1.56^2)^0.5=1.801m
αs=2Sa=2*0.9=1.800m
α=αs/S=1.8/1.801=0.999
承臺形心到承臺兩腰的距離B1:
B1=Sa/S*2Sb/3+Sc*(Sa+Sb)/S=1.203m
M1=Nmax*[S-0.75*c1/(4-α^2)^0.5]/3(基礎規范8.5.16-4)
=2099.7*[1.801-0.75*0.65/(4-0.999^2)^0.5]/3
=1063.6kN·m
②號筋Asy=3783mmζ=0.068ρ=0.32%
10Φ22@110(As=3801)
(3)、承臺形心到承臺底邊的距離范圍內板帶的彎矩設計值:
承臺形心到承臺底邊的距離B2=Sb/3+Sc=1.020m
M2=Nmax*[αs-0.75*c2/(4-α^2)^0.5]/3(基礎規范8.5.16-5)
=2099.7*[1.8-0.75*0.7/(4-0.999^2)^0.5]/3
=1047.7kN·m
①號筋Asx=3667mmζ=0.076ρ=0.36%
10Φ22@100(As=3801)
2、承臺受沖切承載力驗算:
(1)、柱對承臺的沖切驗算:
扣除承臺及其上填土自重,作用在沖切破壞錐體上的沖切力設計值:
Fl=6299100N
三樁三角形柱下獨立承臺受柱沖切的承載力按下列公式計算:
Fl≤[βox*(2bc+aoy1+aoy2)+(βoy1+βoy2)*(hc+aox)]*βhp*ft*ho(參照承臺規程4.2.1-2)
X方向上自柱邊到最近樁邊的水平距離:
aox=900-0.5hc-0.5bp=900-700/2-433/2=333mm
λox=aox/ho=333/(1100-110)=0.337
X方向上沖切系數βox=0.84/(λox+0.2)(基礎規范8.5.17-3)
βox=0.84/(0.337+0.2)=1.565
Y方向(下邊)自柱邊到最近樁邊的水平距離:
aoy1=2*1560/3-0.5bc-0.5bp=1040-650/2-433/2=498mm
λoy1=aoy1/ho=498/(1100-110)=0.504
Y方向(下邊)沖切系數βoy1=0.84/(λoy1+0.2)(基礎規范8.5.17-4)
βoy1=0.84/(0.504+0.2)=1.194
Y方向(上邊)自柱邊到最近樁邊的水平距離:
aoy2=1560/3-0.5bc-0.5bp=520-650/2-433/2=-22mm
λoy2=aoy2/ho=-22/(1100-110)=-0.022
當λoy2<0.2時,取λoy2=0.2,aoy2=0.2ho=0.2*990=198mm
Y方向(上邊)沖切系數βoy2=0.84/(λoy2+0.2)(基礎規范8.5.17-4)
βoy2=0.84/(0.2+0.2)=2.1
[βox*(2bc+aoy1+aoy2)+(βoy1+βoy2)*(hc+aox)]*βhp*ft*ho
=[1.565*(2*650+498+198)+(1.194+2.1)*(700+333)]*0.975*1.43*990
=9029023N≥Fl=6299100N,滿足要求。
(2)、底部角樁對承臺的沖切驗算:
扣除承臺和其上填土自重后的角樁樁頂相應于荷載效應基本組合時的豎向力設計值:
Nl=N1=2099700N
承臺受角樁沖切的承載力按下列公式計算:
Nl≤β12*(2c2+a12)*tg(θ2/2)*βhp*ft*ho(基礎規范8.5.17-10)
θ2=2*arctg(Sa/Sb)=2*arctg(900/1560)=60°
c2=[Sc*ctg(θ2/2)+Sc+0.5bp]*Cos(θ2/2)
=[500*ctg30°+500+433/2]*Cos30°=1371mm
a12=(2Sb/3-0.5bp-0.5bc)*Cos(θ2/2)
=(2*1560/3-433/2-650/2)*Cos30°=432mm
λ12=a12/ho=432/(1100-110)=0.436
底部角樁沖切系數β12=0.56/(λ12+0.2)(基礎規范8.5.17-11)
β12=0.56/(0.436+0.2)=0.88
β12*(2c2+a12)*tg(θ2/2)*βhp*ft*ho
=0.88*(2*1371+432)*tg30°*0.975*1.43*990
=2229798N≥Nl=2099700N,滿足要求。
(3)、頂部角樁對承臺的沖切驗算:(近似計算)
扣除承臺和其上填土自重后的角樁樁頂相應于荷載效應基本組合時的豎向力設計值:
Nl=Max{N2,N3}=2099700N
承臺受角樁沖切的承載力按下列公式計算:
Nl≤β11*(2c1+a11)*tg(θ1/2)*βhp*ft*ho(基礎規范8.5.17-8)
θ1=arctg(Sb/Sa)=arctg(1560/900)=60°
c1=ctgθ1*2Sc+Sc+0.5bp=ctg60°*2*500+500+433/2=1293mm
a11=Sa-0.5bp-0.5bc=900-433/2-650/2=333mm
λ11=a11/ho=333/(1100-110)=0.337
底部角樁沖切系數β11=0.56/(λ11+0.2)(基礎規范8.5.17-9)
β11=0.56/(0.337+0.2)=1.043
β11*(2c1+a11)*tg(θ1/2)*βhp*ft*ho
=1.043*(2*1293+333)*tg30°*0.975*1.43*990
=2433399N≥Nl=2099700N,滿足要求。
3、承臺斜截面受剪承載力計算:
(1)、X方向(上邊)斜截面受剪承載力計算:
扣除承臺及其上填土自重后X方向斜截面的最大剪力設計值:
Vx=N2+N3=4199400N
柱上邊緣計算寬度bxo:
Sb/3-Sc=1560/3-500=20mm≤0.5bc=325mm
bxo=a=2800mm
承臺斜截面受剪承載力按下列公式計算:
Vx≤βhs*βy*ft*bxo*ho(基礎規范8.5.18-1)
X方向上自樁內邊緣到最近柱邊的水平距離:
ay=520-0.5bc-0.5bp=520-650/2-433/2=-22mm
λy=ay/ho=-22/(1100-110)=-0.022
當λy<0.3時,取λy=0.3
βy=1.75/(λy+1.0)=1.75/(0.3+1.0)=1.346
βhs*βy*ft*bxo*ho=0.95*1.346*1.43*2800*990=5069495N
≥Vx=4199400N,滿足要求。
(2)、X方向(下邊)斜截面受剪承載力計算:
扣除承臺及其上填土自重后X方向斜截面的最大剪力設計值:
Vx=N1=2099700N
柱下邊緣計算寬度bxo:
bxo=2*[Sc+(2Sb/3-0.5bc+Sc)*Sa/Sb]=2402mm
承臺斜截面受剪承載力按下列公式計算:
Vx≤βhs*βy*ft*bxo*ho(基礎規范8.5.18-1)
X方向上自樁內邊緣到最近柱邊的水平距離:
ay=1040-0.5bc-0.5bp=1040-650/2-433/2=498mm
λy=ay/ho=498/(1100-110)=0.504
βy=1.75/(λy+1.0)=1.75/(0.504+1.0)=1.164
βhs*βy*ft*bxo*ho=0.95*1.164*1.43*2402*990=3760082N
≥Vx=2099700N,滿足要求。
(3)、Y方向斜截面受剪承載力計算:
扣除承臺及其上填土自重后Y方向斜截面的最大剪力設計值:
Vy=Max{N2,N3}=2099700N
承臺斜截面受剪承載力按下列公式計算:
Vy≤βhs*βx*ft*byo*ho(基礎規范8.5.18-1)
Y方向上自樁內邊緣到最近柱邊的水平距離:
ax=900-0.5hc-0.5bp=900-700/2-433/2=333mm
λx=ax/ho=333/(1100-110)=0.337
βx=1.75/(λx+1.0)=1.75/(0.337+1.0)=1.309
βhs*βx*ft*byo*ho=0.95*1.309*1.43*2560*990=4507164N
≥Vy=2099700N,滿足要求。
4、柱下局部受壓承載力計算:
局部荷載設計值F=6299100N
混凝土局部受壓面積Al=bc*hc=455000mm
承臺在柱下局部受壓時的計算底面積按下列公式計算:
Ab=(bx+2*c)*(by+2*c)
c=Min{Cx,Cy,bx,by}=Min{1050,955,700,650}=650mm
Ab=(700+2*650)*(650+2*650)=3900000mm
βl=Sqr(Ab/Al)=Sqr(3900000/455000)=2.928
ω*βl*fcc*Al=1.0*2.928*0.85*14.33*455000=16227305N
≥F=6299100N,滿足要求。
5、樁局部受壓承載力計算:
局部荷載設計值F=Nmax+γg*Qgk=2099.7+1.35*78.3=2205.4kN
混凝土局部受壓面積Al=π*d^2/4=196350mm
承臺在角樁局部受壓時的計算底面積按下列公式計算:
Ab=(bx+2*c)*(by+2*c)
圓樁bx=by=Sqr(Al)=443mm
c=Min{Cx,Cy,bx,by}=Min{250,250,443,443}=250mm
Ab=(443+2*250)*(443+2*250)=889463mm
βl=Sqr(Ab/Al)=Sqr(889463/196350)=2.128
ω*βl*fcc*Al=1.0*2.128*0.85*14.33*196350=5090815N
≥F=2205432N,滿足要求。
五、工程小結
1:基礎設計關鍵是上部荷載準確性,上部荷載準確性關鍵是結構選型,即結構計算模型與軟件的計算條件(模型)吻合程度。象純磚混,框架,剪力墻等吻合程度是好的,導荷準確,可直接
用于基礎設計。象混合結構(小設計院現象,經濟欠發達區存在)、復雜結構等導荷準確性與實際有差別,如是拿來主義哪就完了。
2:結構用任何軟件(通過鑒定)進行上部結構計算都可,在于習慣。而其它結構須用兩種以上軟件進行上部結構計算,對結果分析,手算綜合確定上部荷載。
3:基礎設計軟件核心簡單,荷載相同,各種軟件計算結果一致。
4:平時注意設計交流,知識積累,切忌拿來主義,定能成為優秀結構師。
參考文獻:
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[7]《地基及基礎》第3版中國建筑出版社
[8]《基礎工程》第1版周景星
論文內容摘要:現代設計的大環境中,傳統的裝飾藝術文化有被忽視的趨勢。傳統的裝飾基礎教學課時大幅度壓縮,減少了引導性的訓練,在一定程度上削弱了設計的創作源泉。傳統裝飾基礎課是創作的根源,是從具象到半抽象再到設計的過渡,是對同一物象進行多種變化可能的探索,是從對物象進行重新構想,或簡潔或繁復,它的設計創新的系統方法,也能夠和現代設計中思維的形式訓練結合,它的擴散性思維和多元化造型手法對創意產業也起著一定的影響。
在制造業迅速發展的當今時代,國內的設計教育呈飛速發展趨勢,社會經濟需要設計教育的大步跟上,創造本土品牌需要設計教育合理結合傳統設計教育與現代觀感的設計教育。我們在贊嘆速度帶來的各種豐富便利時,也應該感受到面臨的某些問題與困難,中國的設計教育至今還是處在發展探索階段,尚未真正定型與成熟。在現在各種文化互相交融、影響的全球環境中,作為發展中的中國,怎樣在吸收國外先進設計藝術教育的同時,發揚本土設計藝術,在日漸成熟的現代設計領域里占有自己的一席之地,這是培養未來優秀設計師所應思考的問題。中國歷史悠久,人文內涵豐富,東方文化所特有的思維方式有其自己獨特的民族審美情趣,拋棄原有的藝術文化,那顯然是不明智的,我們應在學習西方設計知識的同時,融會貫通,發展國內設計藝術,在現代感中體現中國的文化韻味和民族根基。近些年來,傳統的裝飾藝術文化有被忽視的趨勢,從以往的“工藝美術”教育到現在的包豪斯教育體系,傳統的裝飾基礎教學課時大幅度壓縮,學院和學生為了盡快進行專業實踐,專業設計課有提早進入低年級階段班級的現象,這個調整有合理的一面,但也出現了一些問題,從傳統裝飾基礎課程來說,相應地裁剪這些課程的教學時間,一方面會使設計思維的形成少了引導性的訓練,在一定程度上削弱了設計的創作源泉。WWW.133229.COM另一方面,學生接觸到工業設計所帶來的抽象思維設計,也可以通過傳統裝飾藝術課程,得到更好的多元化創作,結合本土文化進行適合現代視覺觀念的優秀設計。
一、傳統裝飾基礎課是創作的根源,是具象到半抽象到設計的過渡
傳統裝飾基礎是對具體的物象中體悟,是對原有物象進行再創造,是連接具象與抽象設計的紐帶,它既具有現實自然形態豐富的一面,又具有創作中形成的或繁瑣或簡潔的風格,把作者的觀念暗寓其中,有其豐富的藝術魅力。在裝飾基礎的訓練中,通過對植物、動物、人物、風景等抽象的變形,相應地拓寬設計思路,掌握具象事物的最重要特征,掌握具象與抽象之間的思維鏈接,運用現代的設計形式,進行圖像化的形式設計,使設計更加貼近生活,具有人性化的一面。裝飾基礎課需要運用提煉、概括等手段,把生活中的形象進行藝術加工,從而創造藝術形象。如果缺少了從自然形態到創作這一環,相應地就減弱了對事物的深入觀察。畢加索對“牛”的一系列形象探索,也是在對具象事物的觀察和形式構造的探索中創作,“牛”的系列形象展示了從具象、半抽象到抽象的多種變體。康德在他的著作《判斷力批判》中的一段話也值得我們認真思考:“自然只有在貌似藝術的時候才顯得美,藝術也只有使人知其為藝術而又貌似自然才顯得美。”可見,對自然形象的探索一直以來是形式美感的需要。
有的人認為傳統無法跟上現代設計的思維,其實現代藝術設計的理念在傳統裝飾藝術中也一樣存在,清代的笪重光說:“空本難圖,實景清而空景現。神無可繪,真境逼而神境生。位置相戾,有畫處多屬贅疣。虛實相生,無畫處皆成妙境。”這其實就是構成藝術美。“一以當十”、“似與不似之間”,這些傳統裝飾基礎中常用的手法一樣用于現在的構成設計中。裝飾基礎課程的訓練內容來源于生活,對設計起著相當重要的作用,快節奏生活的到來,西方簡潔主義的藝術沖擊,工業化產品的繁榮在一定程度上刺激著設計,設計是為市場和社會服務,和經濟、生活緊密相連,脫離生活只講究形式的設計難免讓人感覺華麗的虛構,一個脫離了本土文化的設計無特色可言,一個沒有自己特色的設計也無優勢可言,裝飾基礎課程的削減,在一定程度上削弱了傳統裝飾藝術的熏陶,在設計教育中,我們現在不是尋求統一的模式,統一的模式只會使設計的路子走得越來越窄,豪無創新的可能,只有發展自己的特色,掌握基礎設計步驟,結合現代設計的理念,在加強交流中取長補短,在熟悉本國的傳統藝術設計中比較外來先進文化,才能拓寬思路,一方面繼續提升本國的傳統設計,一方面在激烈競爭中為本國帶來豐厚的經濟收入。香港著名平面設計師靳埭強創作了大量文化招貼。他在《2007全國設計倫理教育論壇》上的發言中認為,美的原則有三條:立意——意念先行,以形取神;創新——承先啟后,破舊立新;活用——適身合用,靈活生動。只有勇于吸收,才能發展,只有敢于繼承、善于交融才能最終真正成為自己文化的主人。
二、裝飾基礎的多元造型手法對創意產業的影響
創意產業是一個經濟名詞,早在1986年,著名經濟學家羅默(p.romer)就曾撰文指出,新創意會衍生出無窮的新產品、新市場和財富創造的新機會,所以新創意才是推動一國經濟成長的原動力。裝飾基礎課作為創作的基礎訓練,所涉及的內容包括對各種材質的表現,對各種傳統裝飾藝術的多元化造型手法進行研究,在圖形設計、色彩感覺、構圖設想、材質應用等方面都有一定的探索的可能,這有利于發散性思維的培養,而創意需要有這種發散性思維,這能啟發在思考中釋放自己的個性才能,從各個方面進行探索,在探索中找到更切實的表現方式,更好地在現代設計中把握創新。
從圖形設計上來說,裝飾基礎研究的是從現實物象中提煉、概括,是對物象經過細致的觀察了解,在觀察中尋找切入點,從這些不同的切入點可以得出不同的思維結果,再通過多元化的造型手法,作多方位的圖形設計變形,這就要求對觀察對象無論從內部還是外部,都進行剖析深入,再進行延展,激發聯想,而創意行為就是在這種過程中產生。創意行為需要突破普通的習慣性思維,必須有深入的觀察,作多方位的思維,才能有合理的異于常人的創意。創意并非是無物可據,無形自來,創意行為的思維訓練中,觀察是創造性技法之一,沒有形象性就沒有審美,也就沒有藝術可言,創意的行為起始于設計的初步,裝飾基礎設計的這種仔細觀察多方位思考的發散性思維有助于創意的迸發。
從色彩感覺來說,裝飾基礎包括研究各種色彩對人類情感的作用,而各種場所、日用品、大到城市建筑色彩的整體規劃,都同色彩研究有著不可分割的聯系,人類對色彩的喜惡,有著不容忽視的作用,作為創意行為,如果不能很好地把握色彩感覺,那就忽略了人類的感情。裝飾基礎研究的是人類在生活中積累的各種圖形財富,各個時期都有不同的代表性色彩,這對掌握不同人群的色彩感情有著很好的探索。
構圖設想是一切造型藝術的重要一環,裝飾基礎設計所涉及的圖形中,無論對單獨的圖形還是繪于各種材質上組合的圖形等,都對構圖作了細致的考慮。在現階段的裝飾基礎課程中,并非是要抱著原有的傳統內容不放,而是力求在符合現代設計思維的創作中設想,所思考的內容可以帶有一定的目的性,把傳統的精華融合于現代設計中,這本身就是一種文化創意產業。創意產業是一種新的發展模式,它強調用全新的思維邏輯方式融入現有產業實現價值創新,分析具象造型藝術構圖設想的三個必要環節——觀察、研究自然;抽象、概括自然;引申、表現自然。這三個環節都是在發展的模式下進行,根據現有的內容通過構圖設想進行新的思維來實現創新。
藝術的實用性是傳統裝飾藝術固有的內容,各種圖形在材質應用上達到新的視覺感受。裝飾基礎設計來源于現實中的物象,通過一定的裝飾手法對現有的物象進行設計變形,再通過各種材質表現,使圖形在材質上達到觀賞效果。在設計過程中,帶有一定的目的性,并對圖形作適合于某種材質的考慮。裝飾基礎設計在材質應用的練習上對裝飾藝術的發展有著一定的作用,也唯有在實用的基礎上才能有所突破。在當今創意時代,具有特色化、個性化、藝術化的產品,有著廣闊的市場,材質上的應用教學,無疑使裝飾基礎設計能夠嘗試更好地與現代產業接軌。通過裝飾基礎的模擬教學,把設計與技術、文化、產品和市場融為一體,這樣既有利于傳統藝術產業的延伸,又可以為現有的產業拓展發展空間,使創意產業成為可能。
設計歸根結底是為經濟服務,經濟的迅速發展和企業之間的競爭迫使設計教育切實了解市場所需,只有跟市場結合,具有特色的個性化產品,才有可能闖出自己的市場,才有可能在國際貿易中找到我們的定位,傳統的裝飾藝術才會有更廣闊的發展,使裝飾藝術真正成為一種創意產業。
系統的設計思維方法的訓練,關注美感設計,包括對生活形態的理解、設計管理、戰略和產品計劃方面的研究。裝飾基礎設計是從生活形態中,通過觀察事物內部外部結構,進行多種思維變化創作,它是界于抽象與具象之間的思維訓練方式,是對同一物體進行多種變化可能的探索,是對物象進行重新構想,或簡潔或繁復,它的設計創新的系統方法,也能夠和現代設計中思維的形式訓練結合。
當然傳統裝飾基礎課從現代設計觀中來看,思路上也有陳舊的一面,以往有重技法輕創新、重平面效果輕材質塑造等的現象,我們只有在現代設計教育的大環境中完善裝飾基礎,才能讓傳統裝飾藝術更上一個臺面。
參考文獻:
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[3]過偉敏:《走向系統設計》,江西美術出版社,南昌,2005。
1.藝術表達與設計思維
室內設計課程的主旨內容已明確其深度,通常而言,其教學方向涉及室內裝飾及空間、功能的藝術再造。這就需要學生具備一定的藝術構想能力、準確的觀察力和藝術表達能力,這與基礎美術教育的培養目標一致。所以,室內設計課程對藝術性的追求,離不開室內設計與基礎美術的整合,也就是將藝術表達與設計思維相互滲透。
2.基礎美術教育為室內設計課程的視覺表達提供前提
室內設計課程的重要基礎之一便是視覺表達,室內設計將注意力更多地集中在空間設計的品質及感染力上,凸顯基礎美術在室內設計視覺表達中的渲染作用。然而,室內設計課程的精髓在于設計,這是一種藝術實踐的過程,也體現了室內教學的終極目標。為順利完成教學任務,室內設計亟待與基礎美術銜接,以切實避免相關專業間的脫節,提高室內設計課程的教學水平。
3.基礎美術教育與室內設計課程是藝術與設計的關系
室內設計作為一個系統性的概念,不但是室內空間中每個元素的組織、選擇、創新與整合,更是美術設計的深化和延續。一般而言,中職階段室內設計課程包含造型設計、空間設計以及光與色彩設計等,這些內容要點均明確了室內設計的設計屬性,實現了設計性和功能性的有機統一。而基礎美術屬于造型藝術,被通俗地稱為“視覺藝術”,其定義是:占據特定空間,形成審美形象,讓人依靠視覺進行觀摩、欣賞的藝術,包含雕塑、繪畫、工藝、建筑及篆刻、書法等。對兩者概念進行橫向對比,可以看出室內設計與基礎美術的內在關系正好是設計與藝術的關系。因此,教師在教學中可以從設計實踐與藝術表達的角度使其成功整合。
二、基礎美術與室內設計課程整合教學的方法
1.重視建筑繪畫方法的專業訓練
在中職階段,要加強基礎美術教育和室內設計的整合,首要的任務就是注重建筑繪畫方法的訓練。鑒于學生的基礎,要適當降低素描、色彩靜物、頭像等的技法訓練要求,而注重培養學生掌握具有室內設計特點的建筑類繪畫方法。增加基礎美術實踐課時對于零基礎的學生來說效果未必好,畢竟這需要長期的積累。作為室內設計師,從美術功底的要求來講,其首先要具備的能力是以線描為主的快速效果圖表現,用線描的方式表現整體空間構想的效果,給客戶一個最直觀的畫面效果。其次,運用基礎美術的理論知識,可以概括地對地面、墻面、頂面、家具等界面以及軟裝飾進行更進一步的效果渲染,不論是運用手繪上色還是運用計算機相關軟件制作,都獲得更好的表現效果。這樣便將基礎美術教學與室內設計課程的基本要求進行整合,可收到實際的效果。
2.以表現結構特征為核心的基礎美術與室內設計課程的整合
基礎美術與室內設計課程均要求學生具有豐富的空間想象和表達能力,該能力的培養絕非一朝一夕便能完成,有賴于長久的藝術積累。基礎美術教育的素描教學與室內設計的空間造型訓練教學銜接緊密,教師要鼓勵學生以全新的視角發現和捕捉生活事物的空間結構美感,將所繪對象的內部結構通過點、線、面表達出來。教學中應特別加強結構素描的訓練,旨在夯實學生的空間造型基礎,并輔以一定的明暗表達訓練,以便在后期的效果圖表現及快速手繪表達中發揮最大的藝術效果,使學生能在室內設計中以更為理性的頭腦及抽象的思維表現室內空間結構,賦予界面材質畫面感,從而最大限度地實現基礎美術教學與室內設計課程的整合。
3.教師加強引導,將建筑繪畫方法與室內設計相整合
在基礎美術教育中,建筑繪畫對于激發學生的藝術創作動機大有幫助。為此,教師要運用列舉法和引導法著力培養學生的學習興趣,切實將建筑繪畫的方式與室內設計風格相協調、整合。在教學中,教師要善于給學生更多的藝術思考和探索的空間,拓寬學生的思維。教師在建筑繪畫教學中應時刻遵循因材施教的理念,依照每名學生的美術基礎及設計靈感,尊重每名學生的藝術創作思路,與此同時,激勵并引導學生大膽想象,善于將心比心,并接納不同學生的個性化作品表達,發現作品的閃光點;在課堂作業安排方面,也要圍繞建筑繪畫的目標,尤其要訓練學生把點、線、面、色彩等各種藝術元素在室內設計中加以表現,并能獨立創作,結合學生作品的現實狀況探究畫面的秩序、節奏、層次和疏密等布局,促使學生具備整合整體畫面的能力,利用建筑繪畫的各種技法,精心完成室內設計項目的制作。
4.將基礎美術教育與室內設計課程的主題相整合,挖掘創新思維潛能
結合這幾年的教學經驗,本人認為課程內容應結合最近幾年來該專業學生畢業從事的工作崗位特點,對本課程內容做有目的的刪減和整合。例如,對于數控專業來說,在鉸鏈四桿機構章節中,重點應該結合日常生活和生產實踐介紹四桿機構的應用和特性,而對于四桿機構的設計內容,可以簡單介紹甚至可以忽略,或對于接受能力強的學生做適當引導,安排其自學。另外,目前的教學內容偏重理論,比較抽象,學生聽課枯燥,教學效果不佳。任課老師需根據課程教學大綱基本要求,對知識進行整合。例如,以一個實踐工程為例,把大綱要求掌握的知識點運用到此工程上,把抽象的理論知識轉變為形象直觀的實際應用,這也為學生日后走上工作崗位奠定了堅實的基礎。
二、課程教學方法改革
打破傳統的教學方式,現在提倡理實教學相結合,但是《機械設計基礎》理論教學還是占主要課時。如何提高課堂教學效率,是本課程教學方法改革的關鍵之處。傳統的課堂教學方式都是“教師講,學生聽”的填鴨式教學,學生對課堂不感興趣。師生之間沒有互動或互動很少,課堂教學效果很難有提高。為了打破這種現狀,我校很多老師開始嘗試采取分組討論、啟發式、項目式等教學方法,課堂氣氛相對較活躍,既提高了學生的參與性,又激發了學生的創造性。本人在本課程的教學過程中,主要嘗試了分組式討論教學法和案例教學法兩種新的教學方法。分組式討論教學模式,每組分4~6名學生,專門設計學案在課前下發給學生,根據學案內容,讓學生在課堂上進行小組討論,再由小組學生輪流發言。案例教學法是利用生活生產中的實例進行知識的講授。在理論知識的基礎上,結合生產中實例進行講授。例如,在講常用機構分類、特點及應用時,可以直接讓學生觀看汽車雨刮器、牛頭刨床、揉面機、插床等機器的運動視頻,這樣可以直觀地反映知識內容,增加學生的學習興趣,使學生較快地理解和掌握所學內容。
三、考核評估體系改革
1.1樁基礎設計與工程應用現狀
樁基礎設計是整個高層建筑結構的基礎部分,所以只有在樁基礎施工完成后,才能夠進行上層建筑的施工,樁基礎設計不僅關乎整個工程的施工質量、安全性,對于施工進度還有很大的影響。目前使用比較多的是豎向荷載作用下的樁基礎,在豎向荷載的作用下,樁與土之間會相互作用,對于樁基的設計會產生很大的影響。在以往的樁基礎工程設計中,試樁和靜載試驗的結果都無法滿足設計的要求標準,設計師在對設計參數進行調整之后,意圖通過加密樁的方式來進行調整,這種情況下,靜載的試驗結果會高于設計標準很多,雖然在安全性方面可以保證,但是經濟系數卻大大的提高。這種矛盾的現象需要不斷的改善,如果超過設計的標準太多就需要重新進行試樁,但是建設的周期也相應的延長,會影響到整個工程的建設進度。如果在靜載試驗結果出來之后再進行樁基的設計工作,既不利于建設周期,同時也無法滿足建設的標準。所以目前急需解決的就是如何縮短靜載試驗與試樁設計之間的差距,并且對單樁靜載試驗的結果進行進一步研究,盡量將各項參數預估的更加精確。
1.2樁基礎簡化設計分析
由于高層建筑龐大的工程會對基礎部分造成巨大的作用,所以基礎工程需要能夠程序較大的荷載,埋深都較大。而在現階段,在很多的高層建筑中,都會有人防工程或者是地下停車場等結構需求,所以在進行基礎工程施工時,需要耗費大量的材料,并且施工技術比較復雜,耗費的工期較長。一般情況下,能夠直接建設在堅硬巖石上的建筑并不多,所以大部分的基礎工程都會采用鋼筋混凝土片筏式基礎、箱形基礎以及樁基礎。由于樁基礎的承載力較大,具有良好的穩定性,并且在沉降差較小的情況能夠保持的比較均勻,這些特點都決定了其能夠承受較強的水平力以及上拔力,在動荷載方面的性能較好,所以在基礎工程中應用的比較廣泛。在高層建筑結構中,上部結構與基礎之間會相互產生作用力,從這個問題來看,在傳統的計算中存在很多的假定,都可以利用在樁和土之間的作用力上。在傳統的設計算法中有一種Winker的假定,這種假定主要是針對地基的反力系數法,其中把土體對樁造成的反力作用簡化成單純的反力系數作用于樁上,這是傳統設計算法中針對于樁土作用力問題在理論層面從沒有通過的。高層建筑中各個部分之間產生的作用力,應該將樁、土以及結構作為一個整體來進行考慮。通過上述分析可知,如果利用傳統的設計算計來解決現實中的這些問題還具有很大的困難。而從目前的現狀來看,就分析的手法而定,還有有限元法的前景比較廣闊,通過有限元數值模型能夠對土體材料性質的空間差異性、力學響應的非線性,復雜的幾何邊界條件等進行詳細的分析,并且還可以通過數值技術對施工過程進行模擬,將施工過程中可能會遇到的各種耦合性因素都模擬出來,在編程以及電算方面都具有較強的效率,并且簡化了樁基礎設計的工作量,具有很強的現實意義。
2高層建筑結構樁基礎簡化設計措施
2.1“樁土分離模式”進行單樁簡化
在進行單樁計算時,可以通過有限元分析來達到簡化的目的。因為傳統的結構設計計算方法采用的都是不同程度回避樁土結構間的相互作用,對其不做過多的考慮。比如使用地基反力系數法把土地對樁的反作用力等復雜因素通過Winker進行假定,認為其僅僅為單純的反力系數作用于樁上。而有限元分析卻可以綜合考慮這些客觀存在的事實條件。它可以對力學響應的非線性、土地材料性質的空間差異性和比較復雜的幾何邊界條件進行綜合分析等,不僅求解力學問題簡便,同時便于二次開發,相較傳統的計算理論有明顯的優勢。因此,對單樁的簡化分析采取的是將樁和土分別劃分單元的方法,要注意這兩種單元也不是固定不變的,在它們其中還可以細化設置單元。在利用有限元進行單樁簡化分析時,要特別注意單元尺寸的選取對計算結構的影響。其實有時候,單元數量會劃分的特別巨大,從而造成計算的困難,因此在實際操作中,可以適當刪繁就簡,抓住主要部分,以提高工作效率。
2.2“樁土復合模式”進行群樁簡化
在進行計算時,可以通過有限元分析的方法來模擬樁的沉降和荷載關系,以達到簡化算法的目的。在實際中,通過群樁基礎規范法計算出來的沉降和實際荷載作用下的沉降相比,其值要大得多。為了盡量使其值接近且簡化運算,可以采用將垂直于樁軸線的樁同作用的平面作為各向同性的面,把樁土三維結構體系作為橫觀各向同性體。依據樁土各自的彈性模量和泊松比以及樁土這兩種材料復合成新的橫觀各向同性體的九個材料參數(其中只有五個材料參數是獨立的),用等效復合體模型計算樁土荷載沉降反應分析。同時要注意群樁上面作用荷載的特點與單樁靜力試樁有很大的差別,這點不在贅述。對計算的簡化,可以通過下面的方法來達到:把等效復合體模型的參數計算編成程序,修改樁、土的五個參數,在matlab軟件上運行即可得到復合模型的九個參數。計算時需注意xoz平面是各向同性的平面。因此,在實際中可以證明,該種方法模擬的樁基沉降,比著規范上要精確許多,在工程實測中有重要的現實意義。
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