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关键词:地基基础后浇带桩承台沉降
一、引言
基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见,竖向结构体系将荷载集中于点,或分布成线形,但作为最终支承机构的地基,提供的是一种分布的承载能力。
如果地基的承载能力足够,则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。但有时由于土或荷载的条件,需要采用满铺的伐形基础。伐形基础有扩大地基接触面的优点,但与独立基础相比,它的造价通常要高的多,因此只在必要时才使用。不论哪一种情况,基础的概念都是把集中荷载分散到地基上,使荷载不超过地基的长期承载力。因此,分散的程度与地基的承载能力成反比。有时,柱子可以直接支承在下面的方形基础上,墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。当建筑物只有几层高时,只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用,就常常足以把荷载传给地基。这些单独基础可用基础梁连接起来,以加强基础抵抗地震的能力。只是在地基非常软弱,或者建筑物比较高的情况下,才需要采用伐形基础。多数建筑物的竖向结构,墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件,这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。
如果地基承载力不足,就可以判定为软弱地基,就必须采取措施对软弱地基进行处理。软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时,应按局部软弱土层考虑。勘察时,应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况,根据拟采用的地基处理方法提供相应参数。冲填土尚应了解排水固结条件。杂填土应查明堆积历史,明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。
在初步计算时,最好先计算房屋结构的大致重量,并假设它均匀的分布在全部面积上,从而等到平均的荷载值,可以和地基本身的承载力相比较。如果地基的容许承载力大于4倍的平均荷载值,则用单独基础可能比伐形基础更经济;如果地基的容许承载力小于2倍的平均荷载值,那么建造满铺在全部面积上的伐形基础可能更经济。如果介于二者之间,则用桩基或沉井基础。
二、地基的处理方法
利用软弱土层作为持力层时,可按下列规定执行:1)淤泥和淤泥质土,宜利用其上覆较好土层作为持力层,当上覆土层较薄,应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施;2)冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料,当均匀性和密实度较好时,均可利用作为持力层;3)对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土,未经处理不宜作为持力层。局部软弱土层以及暗塘、暗沟等,可采用基础梁、换土、桩基或其他方法处理。在选择地基处理方法时,应综合考虑场地工程地质和水文地质条件、建筑物对地基要求、建筑结构类型和基础型式、周围环境条件、材料供应情况、施工条件等因素,经过技术经济指标比较分析后择优采用。
地基处理设计时,应考虑上部结构,基础和地基的共同作用,必要时应采取有效措施,加强上部结构的刚度和强度,以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法,宜按建筑物地基基础设计等级,选择代表性场地进行相应的现场试验,并进行必要的测试,以检验设计参数和加固效果,同时为施工质量检验提供相关依据。
经处理后的地基,当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对地基承载力特征值进行修正时,基础宽度的地基承载力修正系数取零,基础埋深的地基承载力修正系数取1.0;在受力范围内仍存在软弱下卧层时,应验算软弱下卧层的地基承载力。对受较大水平荷载或建造在斜坡上的建筑物或构筑物,以及钢油罐、堆料场等,地基处理后应进行地基稳定性计算。结构工程师需根据有关规范分别提供用于地基承载力验算和地基变形验算的荷载值;根据建筑物荷载差异大小、建筑物之间的联系方法、施工顺序等,按有关规范和地区经验对地基变形允许值合理提出设计要求。地基处理后,建筑物的地基变形应满足现行有关规范的要求,并在施工期间进行沉降观测,必要时尚应在使用期间继续观测,用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时,设计要综合考虑土体的特殊性质,选用适当的增强体和施工工艺。复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定,或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。
常用的地基处理方法有:换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。
1换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力,减少沉降量,加速软弱土层的排水固结,防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。
2强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土,软-流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程,在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度,减少压缩性,改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。
3砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基,提高地基的承载力和降低压缩性,也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理,使砂石桩与软粘土构成复合地基,加速软土的排水固结,提高地基承载力。
4振冲法分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土和饱和黄土地基,应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力,减少地基沉降量,还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。
5水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕,受其搅拌能力的限制,该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。
6高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时,应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大,除地基加固外,也可作为深基坑或大坝的止水帷幕,目前最大处理深度已超过30m。
7预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时,可采用天然地基堆载预压法处理,当软土层厚度超过4m时,应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程,必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。
8夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价容易控制,目前在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得到不少成功的应用。
9水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。基础和桩顶之间需设置一定厚度的褥垫层,保证桩、同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、箱基、筏基,可用来提高地基承载力和减少变形。对可液化地基,可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基,达到消除地基土的液化和提高承载力的目的。
10石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、杂填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土层时,可采取减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法提高桩身强度。该法不适用于地下水下的砂类土。
11灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,可处理的深度为5~15m。当用来消除地基土的湿陷性时,宜采用土挤密桩法;当用来提高地基土的承载力或增强其水稳定性时,宜采用灰土挤密桩法;当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时,不宜采用这种方法。灰土挤密桩法和土挤密桩法在消除土的湿陷性和减少渗透性方面效果基本相同,土挤密桩法地基的承载力和水稳定性不及灰土挤密桩法。
12柱锤冲扩桩法适用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄土等地基,对地下水位以下的饱和松软土层,应通过现场试验确定其适用性。地基处理深度不宜超过6m。
13单液硅化法和碱液法适用于处理地下水位以上渗透系数为0.1~2m/d的湿陷性黄土等地基。在自重湿陷性黄土场地,对Ⅱ级湿陷性地基,应通过试验确定碱液法的适用性。
14在确定地基处理方案时,宜选取不同的多种方法进行比选。对复合地基而言,方案选择是针对不同土性、设计要求的承载力提高幅质、选取适宜的成桩工艺和增强体材料。
三、基础的设计
房屋基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑,选择经济合理的基础型式。
砌体结构优先采用刚性条形基础,如灰土条形基础、Cl5素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础和四合土条形基础等,当基础宽度大于2.5m时,可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。
多层内框架结构,如地基土较差时,中柱宜选用柱下钢筋混凝土条形基础,中柱宜用钢筋混凝土柱。
框架结构、无地下室、地基较好、荷载较小可采用单独柱基,在抗震设防区可按《建筑抗震设计规范》第6.1.1l条设柱基拉梁。
无地下室、地基较差、荷载较大为增强整体性,减少不均匀沉降,可采用十字交叉梁条形基础。
如采用上述基础不能满足地基基础强度和变形要求,又不宜采用桩基或人工地基时,可采用筏板基础(有梁或无梁)。
框架结构、有地下室、上部结构对不均匀沉降要求严、防水要求高、柱网较均匀,可采用箱形基础;柱网不均匀时,可采用筏板基础。
有地下室,无防水要求,柱网、荷载较均匀、地基较好,可采用独立柱基,抗震设防区加柱基拉梁。或采用钢筋混凝土交叉条形基础或筏板基础。
筏板基础上的柱荷载不大、柱网较小且均匀,可采用板式筏形基础。当柱荷载不同、柱距较大时,宜采用梁板式筏基。
无论采用何种基础都要处理好基础底板与地下室外墙的连结节点。
框剪结构无地下室、地基较好、荷载较均匀,可选用单独柱基,墙下条基,抗震设防地区柱基下设拉梁并与墙下条基连结在一起。
无地下室,地基较差,荷载较大,柱下可选用交叉条形基础并与墙下条基连结在一起,以加强整体性,如还不能满足地基承载力或变形要求,可采用筏板基础。剪力墙结构无地下室或有地下室,无防水要求,地基较好,宜选用交叉条形基础。当有防水要求时,可选用筏板基础或箱形基础。高层建筑一般都设有地下室,可采用筏板基础;如地下室设置有均匀的钢筋混凝土隔墙时,采用箱形基础。
当地基较差,为满足地基强度和沉降要求,可采用桩基或人工处理地基。
多栋高楼与裙房在地基较好(如卵石层等)、沉降差较小、基础底标高相等时基础可不分缝(沉降缝)。当地基一般,通过计算或采取措施(如高层设混凝土桩等)控制高层和裙房间的沉降差,则高层和裙房基础也可不设缝,建在同一笺基上。施工时可设后浇带以调整高层与裙房的初期沉降差。
当高层与裙房或地下车库基础为整块筏板钢筋混凝土基础时,在高层基础附近的裙房或地下车库基础内设后浇带,以调整地基的初期不均匀沉降和混凝土初期收缩。
现在我就大型基础设计中较多见的基础类型的桩基础和后浇带的设计讨论一下
1当天然地基或人工地基的地基承载力或变形不能满足设计要求,或经过经济比较采用浅基础反而不经济时,可采用桩基础。
2桩平面布置原则:
1)力求使各桩桩顶受荷均匀,上部结构的荷载重心与桩的重心相重合,并使群桩在承受水平力和弯矩方向有较大的抵抗矩。
2)在纵横墙交叉处都应布桩,横墙较多的多层建筑可在横墙两侧的纵墙上布桩,门洞口下面不宜布桩。
3)同一结构单元不宜同时采用摩擦桩和端承桩。
4)大直径桩宜采用一柱一桩;筒体采用群桩时,在满足桩的最小中心距要求的前提下,桩宜尽量布置在筒体以内或不超出筒体外缘1倍板厚范围之内。
5)在伸缩缝或防震缝处可采用两柱共用同一承台的布桩形式。
6)剪力墙下的布桩量要考虑剪力墙两端应力集中的影响,而剪力墙中和轴附近的桩可按受力均匀布置。
3桩端进入持力层的最小深度:
1)应选择较硬上层或岩层作为桩端持力层。桩端进入持力层深度,对于粘性土、粉土不宜小于2d(d为桩径);砂土及强风化软质岩不宜小于1.5d;对于碎石土及强风化硬质岩不宜小于1d,且不小于0.5m。
2)桩端进入中、微风化岩的嵌岩桩,桩全断面进入岩层的深度不宜小于0.5m,嵌入灰岩或其他未风化硬质岩时,嵌岩深度可适当减少,但不宜小于0.2m。
3)当场地有液化土层时,桩身应穿过液化土层进入液化土层以下的稳定土层,进入深度应由计算确定,对碎石土、砾、粗中砂、坚硬粘性土和密实粉土且不应小于0.5m,对其他非岩石土且不宜小于1.5m。
4)当场地有季节性冻土或膨胀土层时,桩身进入上述土层以下的深度应通过抗拔稳定性验算确定,其深度不应小于4倍桩径,扩大头直径及1.5m。
桩型选择原则。桩型的选择应根据建筑物的使用要求,上部结构类型、荷载大小及分布、工程地质情况、施工条件及周围环境等因素综合确定。
1)预制桩(包括混凝土方形桩及预应力混凝土管桩)适宜用于持力层层面起伏不大的强风化层、风化残积土层、砂层和碎石土层,且桩身穿过的土层主要为高、中压缩性粘性土,穿越层中存在孤石等障碍物的石灰岩地区、从软塑层突变到特别坚硬层的岩层地区均不适用。其施工方法有锤击法和静压法两种。
2)沉管灌注桩(包括小直径D<5O0mm,中直径D=500~600mm)适用持力层层面起伏较大、且桩身穿越的土层主要为高、中压缩性粘性土;对于桩群密集,且为高灵敏度软土时则不适用。由于该桩型的施工质量很不稳定,故宜限制使用。
3)在饱和粘性土中采用上述两类挤土桩尚应考虑挤土效应对于环境和质量的影响,必要时采取预钻孔。设置消散超孔隙水压力的砂井、塑料插板、隔离沟等措施。钻孔灌注桩适用范围最广,通常适用于持力层层面起伏较大,桩身穿越各类上层以及夹层多、风化不均、软硬变化大的岩层;如持力层为硬质岩层或地层中夹有大块石等,则需采用冲孔灌注桩。无地下水的一般土层,可采用长短螺旋钻机干作业成孔成桩。钻(冲)孔时需泥浆护壁,故施工现场受限制或对环境保护有特殊要求的,不宜采用。
4)人工挖孔桩适用于地下水水位较深,或能采用井点降水的地下水水位较浅而持力层较浅且持力层以上无流动性淤泥质土者。成孔过程可能出现流砂、涌水、涌泥的地层不宜采用。
5)钢桩(包括H型钢桩和钢管桩)工程费用昂贵,一般不宜采用。当场地的硬持力层极深,只能采用超长摩擦桩时,若采用混凝土预制桩或灌注桩又因施工工艺难以保证质量,或为了要赶工期,此时可考虑采用钢桩。钢桩的持力层应为较硬的土层或风化岩层。
6)夯扩桩,当桩端持力层为硬粘土层或密实砂层,而桩身穿越的土层为软土、粘性土、粉土,为了提高桩端承载力可采用夯扩桩。由于夯扩桩为挤土桩,为消除挤土效应的负面影响,应采取与上述预制桩和沉管灌注桩类似的措施。
后浇带设计
因调整地基初期不均匀沉降而设的后浇带,带宽800~1O00mm。后浇带自基础开始在各层相同位置直到裙房屋顶板全部设后浇带,包括内外墙体。施工时后浇带两边梁板必须支撑好,直到后浇带封闭并混凝土达到设计强度后拆除。后浇带内的混凝土等级采用比原构件提高一级的微膨胀混凝土。如沉降观测记录在高层封顶时,沉降曲线平缓可在高层封顶一个月后封闭后浇带。沉降曲线不缓和则宜延长封闭后浇带时间。
基础后浇带封闭前要求施工时覆盖,以免杂物垃圾掉落难于清理。并提出清除杂物垃圾的措施,如后浇带处垫层局部降低等。有必要时后浇带中设置适量加强钢筋,如梁面、底钢筋相同等措施。
设计者必须认真对待由于超长给结构带来的不利影响,当增大结构伸缩缝间距或者是不设置伸缩缝时,必须采取切实可行的措施,防止结构开裂。在适当增大伸缩缝最大间距的各项措施中,在结构施工阶段采取防裂措施是国内外通用的减小混凝土收缩不利影响的有效方法,我国常用的做法是设置施工后浇带。另外,当建筑物存在较大的高差,但是结构设计根据具体情况可不设置永久变形缝时,例如高层建筑主体和多层(或低层)裙房之间,也常常采用施工后浇带来解决施工阶段的差异沉降问题。这两种施工后浇带,前者可称之为收缩后浇带,后者可称之为沉降后浇带。
后浇带的设计
当建筑结构的平面尺寸超过混凝土规范规定的伸缩缝最大间距(混凝土规范第9.1.1条)时,可考虑采用施工后浇带的方法来适当增大伸缩缝间距。但一般地上结构由于受环境温度变化影响较大,所以伸缩缝最大间距不宜超过混凝土规范限值过多,同时应注意加强屋面保温隔热,采用可靠的、高效的外墙外保温,并适当提高外纵墙、山墙、屋面等重要部位的纵向钢筋配筋率。当地上结构由于抗震设计需要而设置了防震缝时,伸缩缝宽度应满足防震缝宽度的要求。地下室结构超长的情况较为常见,除地下室顶板和处于室外地面以上的地下室外墙受温度变化影响相对较大外,地下室内部和基础结构在使用阶段受室内外温度变化影响较小,需解决的主要问题是混凝土收缩应力对结构的影响。除在施工阶段设置后浇带外,应该加强地下室顶板及地下室外墙的配筋,建议纵向钢筋最小配筋率不宜小于0.5%,钢筋应尽可能选择直径较小的,一般10到16即可,间距尽量选择较密的,宜不大于150mm,细而密的钢筋分布对结构抗裂是有利的。
必须指出的是,后浇带只能解决施工期间的混凝土自收缩,它不能解决由于温度变化引起的结构应力集中,更不能替代伸缩缝。有一些结构设计者将后浇带和伸缩缝等同起来的看法是错误的,因为两者的作用并不相同。
当地下室结构超长过多,单靠设置后浇带不足以解决混凝土收缩和温度变化问题时,可以考虑采用补偿收缩混凝土,在适当位置设置膨胀加强带。采用这种方法,不仅可以进一步增大伸缩缝最大间距,而且可以用膨胀加强带取代部分施工后浇带,从而实现混凝土的连续浇筑即无缝施工。但应注意,采用膨胀加强带取代部分施工后浇带时,膨胀加强带的位置应设置在结构温度应力集中部位,并应制定严格的技术保障措施,保证混凝土原材料的质量和微膨胀剂的配合比准确,结构设计应对地下室结构各部位混凝土的限制膨胀率提出明确要求。
对高层建筑主体与裙房之间是设置永久变形缝,还是在施工阶段设置沉降后浇带,应该根据建筑场地地基持力层土质情况、基础形式、上部结构布置等条件综合确定。当地基持力层土质较好,例如高层建筑基础做在基岩层或卵石层上,或采用桩基时,高层建筑沉降变形量较小,此时可考虑采用施工后浇带而不设置永久变形缝,将高层建筑与裙房基础(或地下室)连成整体。当地基持力层压缩性较高,且厚度较大,高层建筑主体与裙房之间的高差悬殊较大,高层建筑荷载较大,则由于高层建筑与裙房之间的差异沉降量较大,在采用天然地基的情况下,还是以设置永久变形缝将高层建筑与裙房彻底脱开为好。当高层建筑与相邻的裙房之间设置永久变形缝时,高层建筑的基础埋深一般应大于裙房基础埋深至少2米,不满足此要求时应计算高层建筑的稳定性,并采取可靠措施防止高层建筑与裙房之间发生相互倾斜。笔者曾经参观过某工程,高层建筑地下一层,地上十六层,纯地下车库一层,与高层建筑地下室贯通,其间设置了沉降缝,基础埋深基本相同,沉降缝间采用硬质材料填充。由于没有解决好高层建筑与地下车库间的互倾问题,建筑投入使用后,发现沉降缝两侧墙体开裂,造成地下室渗漏。
近年来,复合地基得到了广泛应用,复合地基可以提高地基持力层承载力,提高土体弹性模量,有效地控制建筑物沉降。北京地区有些工程已经通过在高层建筑下采用复合地基的方法来替代桩基,以解决高层建筑主体与裙房之间差异沉降的问题。不论采用哪种方法,如果采用施工后浇带而不设置永久变形缝,都应依据相关规范计算裙房和高层建筑的整体倾斜。当采用地基处理时,在结构设计图纸上,应明确规定采用地基处理后,高层建筑与裙房之间的变形要求。
施工后浇带的位置,应根据基础和上部结构布置的具体情况确定,不能想当然,搞一刀切。后浇带应设置在结构受力较小处,一般在梁、板跨度内的三分之一处,结构弯矩和剪力均较小,且宜自上而下对齐,竖向上不宜错开,后浇带间距一般为30米到50米。在高层建筑与裙房之间设置后浇带时,后浇带宜处于裙房一侧,且在结构设计上,应注意加强高层建筑与裙房相连部位的构造,提高纵向钢筋配筋率,用以抵抗后浇带封闭后由剩余差异沉降差所引起的结构内力。为减小后浇带封闭后由剩余差异沉降差所引起的结构内力,尚应采取其他措施,通常可考虑以下方法:
1,高层建筑采用桩基或其他地基基础处理方法,或补偿基础,尽量扩大高层建筑基础与地基接触面积,减小高层建筑基础底面接触压力,而裙房则采用埋深较浅的独立柱基或条形基础等,调节高层建筑与裙房之间的差异沉降。
2,尽量减小裙房部分基础与地基的接触面积,即尽量增大裙房部分的基础底面接触压力,加大裙房的沉浸量。
3,结合高层建筑埋置深度要求,调整高层建筑地下室高度,使地基持力层落在压缩性小、地基承载力高的土层上,可有效地减小高层建筑的沉降量。
进行地基基础设计时,结构设计者应结合工程具体情况,多方面对比,选择经济合理的方案。
后浇带部位的钢筋一般不宜断开,而应让钢筋连续通过,即只将后浇带处的混凝土临时断开。但有时工程具体情况不允许留后浇带,例如某工程地下车库通道的顶板、底板均与主楼相连,但是由于施工场地狭小,无法留设后浇带,于是要求施工单位先施工结构主体,待主体完成后再施工车道部分,要求施工单位对与主体相连的钢筋必须预留,后期采用焊接连接,同一截面的钢筋焊接连接率不得大于50%。
有的工程将后浇带内钢筋全部断开,这时候,为避免在同一截面钢筋100%连接,宜将后浇带曲折布置,而不要沿一直线布置。连接方式建议首选机械连接或焊接,但要注意施工质量。采用搭接连接时,应注意后浇带宽度要满足按混凝土规范计算的钢筋搭接连接长度。
基础后浇带的断面形式,应于结构设计图纸上用详图明确表示出来,而不应推给施工单位。当地下水位较高时,宜在基础后浇带下设置防水板并增设一道附加防水层。
四、工程实例
一、工程概况
工程总建筑面积5880平方米。无地下室,地上7层框架结构,底层层高4.5m,以上各层层高均为3.1m
二、地质条件
本工程±0.000标高相当于罗零标高5.240米,场地内地层自上而下依次为:①素填土,层厚0.8~2.90m,回填时间4年主要填料为残积粘性土,混砖瓦石块场地分布均匀。②淤泥,呈饱和流塑状,主要由粘粒、粉粒组成,夹杂有有机质,该层层厚4.00~9.00m。③粉质粘土,呈饱和可塑状,手搓稍有粉粒感,粘性较好,标贯试验的校正平均值为10击,层位稳定,厚度为4.80~9.55。④含泥中粗砂,呈饱和密状,层厚0.7~4m。⑤沙质粘土,呈饱和可塑状,层厚0.5~3m。⑥中砂,饱和,含泥约10~20%,均匀分布于场地,厚度约2.10~7.60m。⑦残积粘性土:饱和,可塑,原为辉绿岩脉,长石矿物已全风化成呈土状,标贯试验校正平均值为17击厚2.70~6.70m。⑧散体强风化花岗岩,大部分长石类矿物已经风化呈土状,岩心手捻可散,厚度2.25~14.20m。⑨强风化花岗岩层。⑩中风化花岗岩.
三、设计过程
柱网布置详见附图
经过PKPM结构计算软件对本楼上部结构进行的计算,取轴力最大的情况得出柱底最小轴力为1930KN,最大柱底轴力为5832KN。由于浅层土不足以承受此荷载,所以选用桩基础作为建筑物的基础。由于柱底轴力差异较大,从经济性和节约成本的考虑,所以选用2种桩径,分别是F500和F400。
在设计工程中还应该注意的是PKPM所算出的柱底轴力为设计值,不能直接用于计算需要把算出的值除以1.25来转化为特征值来计算.
1、确定单桩竖向承载力设计值
桩侧总极限摩阻力标准值:Rsk=Up×Σlifsi
桩端极限阻力标准值:Rpk=Ap×fp
本工程中的单桩极限承载力根据静载试验确定F500为4100KN,F400为3100KN
单桩竖向承载力设计值Rd=(Rsk+Rpk)/1.65
F500Rd=4100/1.65=2484.8KN
F400Rd=3100/1.65=1878.8KN
单桩竖向承载力特征值Ra=(Rsk+Rpk)/2.0
F500Ra=4100/2=2050KN
F400Ra=3100/2=1550KN
2、确定桩的数量、间距和布置方式
初步估算桩数时,先不要考虑群桩效应,
在确定桩的数量时,我是根据各底层柱的轴力确定应该选用何种直径的桩和确定桩的数量,例如在附图中的(16)-(c)柱底轴力为1944.8KN(特征值),我选用两桩承台,桩径为400;
(8)-(A)柱底轴力为4665.6KN,我选用三桩承台,桩径为500.
当为偏心受压,一般桩的根数应相应的增加10%~20%。
桩的间距(中心距)采用3.6倍桩径.
原则:使得群桩横截面的重心应与荷载合力的作用点重合和接近或者是使其重心处于合力作用点变化范围之内,并应尽量接近最不利的合力作用点。
具体布置方法见附图。
3、承台设计
独立承台、柱下或墙下条形承台(梁式承台),以及筏板承台和箱形承台,承台设计包括选择承台的材料及其强度等级,几何形状及其尺寸,进行承台结构承载力计算,并应使其构造满足一定的要求。
构造要求:承台最小宽度不应小于500mm,承台边缘至桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长,边缘挑出部分不应小于150mm,墙下条形承台边缘挑出部分可降低至75mm。条形和柱下独立承台的最小厚度为500mm,其最小埋深为600mm。
本工程中承台混凝土等级C30,取其中的(8)-(A)柱位置的承台为例计算:
一、基本资料:
承台类型:三桩承台圆桩直径d=500mm
桩列间距Sa=900mm桩行间距Sb=1560mm
桩中心至承台边缘距离Sc=500mm
承台根部高度H=1100mm承台端部高度h=1100mm
柱子高度hc=700mm(X方向)柱子宽度bc=650mm(Y方向)
二、控制内力:
Nk=4666;
Fk=4666;
F=6299.1;
三、承台自重和承台上土自重标准值Gk:
a=2(Sc+Sa)=2*(0.5+0.9)=2.8m
b=2Sc+Sb=2*0.5+1.56=2.56m
承台底部面积Ab=a*b-2Sa*Sb/2=2.8*2.56-2*0.9*1.56/2=5.76m
承台体积Vct=Ab*H1=5.76*1.1=6.340m
承台自重标准值Gk''''''''=γc*Vct=25*6.34=158.5kN
土自重标准值Gk''''=γs*(Ab-bc*hc)*ds=18*(5.76-0.65*0.7)*0.8
=76.4kN
承台自重及其上土自重标准值Gk=Gk''''''''+Gk''''=158.5+76.4=235.0kN
四、承台验算:
圆桩换算桩截面边宽bp=0.866d=0.866*500=433mm
1、承台受弯计算:
(1)、单桩桩顶竖向力计算:
在轴心竖向力作用下
Qk=(Fk+Gk)/n(基础规范8.5.3-1)
Qk=(4666+235)/3=1633.7kN≤Ra=2020kN
每根单桩所分配的承台自重和承台上土自重标准值Qgk:
Qgk=Gk/n=235/3=78.3kN
扣除承台和其上填土自重后的各桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值:
Ni=γz*(Qik-Qgk)
N=1.35*(1633.7-78.3)=2099.7kN
(2)、承台形心到承台两腰的距离范围内板带的弯矩设计值:
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
承台形心到承台两腰的距离B1:
B1=Sa/S*2Sb/3+Sc*(Sa+Sb)/S=1.203m
M1=Nmax*[S-0.75*c1/(4-α^2)^0.5]/3(基础规范8.5.16-4)
=2099.7*[1.801-0.75*0.65/(4-0.999^2)^0.5]/3
=1063.6kN·m
②号筋Asy=3783mmζ=0.068ρ=0.32%
10Φ22@110(As=3801)
(3)、承台形心到承台底边的距离范围内板带的弯矩设计值:
承台形心到承台底边的距离B2=Sb/3+Sc=1.020m
M2=Nmax*[αs-0.75*c2/(4-α^2)^0.5]/3(基础规范8.5.16-5)
=2099.7*[1.8-0.75*0.7/(4-0.999^2)^0.5]/3
=1047.7kN·m
①号筋Asx=3667mmζ=0.076ρ=0.36%
10Φ22@100(As=3801)
2、承台受冲切承载力验算:
(1)、柱对承台的冲切验算:
扣除承台及其上填土自重,作用在冲切破坏锥体上的冲切力设计值:
Fl=6299100N
三桩三角形柱下独立承台受柱冲切的承载力按下列公式计算:
Fl≤[βox*(2bc+aoy1+aoy2)+(βoy1+βoy2)*(hc+aox)]*βhp*ft*ho(参照承台规程4.2.1-2)
X方向上自柱边到最近桩边的水平距离:
aox=900-0.5hc-0.5bp=900-700/2-433/2=333mm
λox=aox/ho=333/(1100-110)=0.337
X方向上冲切系数βox=0.84/(λox+0.2)(基础规范8.5.17-3)
βox=0.84/(0.337+0.2)=1.565
Y方向(下边)自柱边到最近桩边的水平距离:
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(下边)冲切系数βoy1=0.84/(λoy1+0.2)(基础规范8.5.17-4)
βoy1=0.84/(0.504+0.2)=1.194
Y方向(上边)自柱边到最近桩边的水平距离:
aoy2=1560/3-0.5bc-0.5bp=520-650/2-433/2=-22mm
λoy2=aoy2/ho=-22/(1100-110)=-0.022
当λoy2<0.2时,取λoy2=0.2,aoy2=0.2ho=0.2*990=198mm
Y方向(上边)冲切系数βoy2=0.84/(λoy2+0.2)(基础规范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,满足要求。
(2)、底部角桩对承台的冲切验算:
扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值:
Nl=N1=2099700N
承台受角桩冲切的承载力按下列公式计算:
Nl≤β12*(2c2+a12)*tg(θ2/2)*βhp*ft*ho(基础规范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
底部角桩冲切系数β12=0.56/(λ12+0.2)(基础规范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,满足要求。
(3)、顶部角桩对承台的冲切验算:(近似计算)
扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值:
Nl=Max{N2,N3}=2099700N
承台受角桩冲切的承载力按下列公式计算:
Nl≤β11*(2c1+a11)*tg(θ1/2)*βhp*ft*ho(基础规范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
底部角桩冲切系数β11=0.56/(λ11+0.2)(基础规范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,满足要求。
3、承台斜截面受剪承载力计算:
(1)、X方向(上边)斜截面受剪承载力计算:
扣除承台及其上填土自重后X方向斜截面的最大剪力设计值:
Vx=N2+N3=4199400N
柱上边缘计算宽度bxo:
Sb/3-Sc=1560/3-500=20mm≤0.5bc=325mm
bxo=a=2800mm
承台斜截面受剪承载力按下列公式计算:
Vx≤βhs*βy*ft*bxo*ho(基础规范8.5.18-1)
X方向上自桩内边缘到最近柱边的水平距离:
ay=520-0.5bc-0.5bp=520-650/2-433/2=-22mm
λy=ay/ho=-22/(1100-110)=-0.022
当λy<0.3时,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,满足要求。
(2)、X方向(下边)斜截面受剪承载力计算:
扣除承台及其上填土自重后X方向斜截面的最大剪力设计值:
Vx=N1=2099700N
柱下边缘计算宽度bxo:
bxo=2*[Sc+(2Sb/3-0.5bc+Sc)*Sa/Sb]=2402mm
承台斜截面受剪承载力按下列公式计算:
Vx≤βhs*βy*ft*bxo*ho(基础规范8.5.18-1)
X方向上自桩内边缘到最近柱边的水平距离:
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,满足要求。
(3)、Y方向斜截面受剪承载力计算:
扣除承台及其上填土自重后Y方向斜截面的最大剪力设计值:
Vy=Max{N2,N3}=2099700N
承台斜截面受剪承载力按下列公式计算:
Vy≤βhs*βx*ft*byo*ho(基础规范8.5.18-1)
Y方向上自桩内边缘到最近柱边的水平距离:
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,满足要求。
4、柱下局部受压承载力计算:
局部荷载设计值F=6299100N
混凝土局部受压面积Al=bc*hc=455000mm
承台在柱下局部受压时的计算底面积按下列公式计算:
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,满足要求。
5、桩局部受压承载力计算:
局部荷载设计值F=Nmax+γg*Qgk=2099.7+1.35*78.3=2205.4kN
混凝土局部受压面积Al=π*d^2/4=196350mm
承台在角桩局部受压时的计算底面积按下列公式计算:
Ab=(bx+2*c)*(by+2*c)
圆桩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,满足要求。
五、工程小结
1:基础设计关键是上部荷载准确性,上部荷载准确性关键是结构选型,即结构计算模型与软件的计算条件(模型)吻合程度。象纯砖混,框架,剪力墙等吻合程度是好的,导荷准确,可直接
用于基础设计。象混合结构(小设计院现象,经济欠发达区存在)、复杂结构等导荷准确性与实际有差别,如是拿来主义哪就完了。
2:结构用任何软件(通过鉴定)进行上部结构计算都可,在于习惯。而其它结构须用两种以上软件进行上部结构计算,对结果分析,手算综合确定上部荷载。
3:基础设计软件核心简单,荷载相同,各种软件计算结果一致。
4:平时注意设计交流,知识积累,切忌拿来主义,定能成为优秀结构师。
参考文献:
[1]《建筑地基基础设计规范》GBJ-7-89
[2]《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ13-17-91
[3]《软土地基与地下工程》孙更生、郑大同
[4]《建筑桩基技术规范》JGJ94-94
[5]《建筑地基处理技术规范》GBJ79-91
[6]《基础工程设计原理》袁聚云
[7]《地基及基础》第3版中国建筑出版社
[8]《基础工程》第1版周景星
论文内容摘要:现代设计的大环境中,传统的装饰艺术文化有被忽视的趋势。传统的装饰基础教学课时大幅度压缩,减少了引导性的训练,在一定程度上削弱了设计的创作源泉。传统装饰基础课是创作的根源,是从具象到半抽象再到设计的过渡,是对同一物象进行多种变化可能的探索,是从对物象进行重新构想,或简洁或繁复,它的设计创新的系统方法,也能够和现代设计中思维的形式训练结合,它的扩散性思维和多元化造型手法对创意产业也起着一定的影响。
在制造业迅速发展的当今时代,国内的设计教育呈飞速发展趋势,社会经济需要设计教育的大步跟上,创造本土品牌需要设计教育合理结合传统设计教育与现代观感的设计教育。我们在赞叹速度带来的各种丰富便利时,也应该感受到面临的某些问题与困难,中国的设计教育至今还是处在发展探索阶段,尚未真正定型与成熟。在现在各种文化互相交融、影响的全球环境中,作为发展中的中国,怎样在吸收国外先进设计艺术教育的同时,发扬本土设计艺术,在日渐成熟的现代设计领域里占有自己的一席之地,这是培养未来优秀设计师所应思考的问题。中国历史悠久,人文内涵丰富,东方文化所特有的思维方式有其自己独特的民族审美情趣,抛弃原有的艺术文化,那显然是不明智的,我们应在学习西方设计知识的同时,融会贯通,发展国内设计艺术,在现代感中体现中国的文化韵味和民族根基。近些年来,传统的装饰艺术文化有被忽视的趋势,从以往的“工艺美术”教育到现在的包豪斯教育体系,传统的装饰基础教学课时大幅度压缩,学院和学生为了尽快进行专业实践,专业设计课有提早进入低年级阶段班级的现象,这个调整有合理的一面,但也出现了一些问题,从传统装饰基础课程来说,相应地裁剪这些课程的教学时间,一方面会使设计思维的形成少了引导性的训练,在一定程度上削弱了设计的创作源泉。WWW.133229.COM另一方面,学生接触到工业设计所带来的抽象思维设计,也可以通过传统装饰艺术课程,得到更好的多元化创作,结合本土文化进行适合现代视觉观念的优秀设计。
一、传统装饰基础课是创作的根源,是具象到半抽象到设计的过渡
传统装饰基础是对具体的物象中体悟,是对原有物象进行再创造,是连接具象与抽象设计的纽带,它既具有现实自然形态丰富的一面,又具有创作中形成的或繁琐或简洁的风格,把作者的观念暗寓其中,有其丰富的艺术魅力。在装饰基础的训练中,通过对植物、动物、人物、风景等抽象的变形,相应地拓宽设计思路,掌握具象事物的最重要特征,掌握具象与抽象之间的思维链接,运用现代的设计形式,进行图像化的形式设计,使设计更加贴近生活,具有人性化的一面。装饰基础课需要运用提炼、概括等手段,把生活中的形象进行艺术加工,从而创造艺术形象。如果缺少了从自然形态到创作这一环,相应地就减弱了对事物的深入观察。毕加索对“牛”的一系列形象探索,也是在对具象事物的观察和形式构造的探索中创作,“牛”的系列形象展示了从具象、半抽象到抽象的多种变体。康德在他的著作《判断力批判》中的一段话也值得我们认真思考:“自然只有在貌似艺术的时候才显得美,艺术也只有使人知其为艺术而又貌似自然才显得美。”可见,对自然形象的探索一直以来是形式美感的需要。
有的人认为传统无法跟上现代设计的思维,其实现代艺术设计的理念在传统装饰艺术中也一样存在,清代的笪重光说:“空本难图,实景清而空景现。神无可绘,真境逼而神境生。位置相戾,有画处多属赘疣。虚实相生,无画处皆成妙境。”这其实就是构成艺术美。“一以当十”、“似与不似之间”,这些传统装饰基础中常用的手法一样用于现在的构成设计中。装饰基础课程的训练内容来源于生活,对设计起着相当重要的作用,快节奏生活的到来,西方简洁主义的艺术冲击,工业化产品的繁荣在一定程度上刺激着设计,设计是为市场和社会服务,和经济、生活紧密相连,脱离生活只讲究形式的设计难免让人感觉华丽的虚构,一个脱离了本土文化的设计无特色可言,一个没有自己特色的设计也无优势可言,装饰基础课程的削减,在一定程度上削弱了传统装饰艺术的熏陶,在设计教育中,我们现在不是寻求统一的模式,统一的模式只会使设计的路子走得越来越窄,豪无创新的可能,只有发展自己的特色,掌握基础设计步骤,结合现代设计的理念,在加强交流中取长补短,在熟悉本国的传统艺术设计中比较外来先进文化,才能拓宽思路,一方面继续提升本国的传统设计,一方面在激烈竞争中为本国带来丰厚的经济收入。香港著名平面设计师靳埭强创作了大量文化招贴。他在《2007全国设计伦理教育论坛》上的发言中认为,美的原则有三条:立意——意念先行,以形取神;创新——承先启后,破旧立新;活用——适身合用,灵活生动。只有勇于吸收,才能发展,只有敢于继承、善于交融才能最终真正成为自己文化的主人。
二、装饰基础的多元造型手法对创意产业的影响
创意产业是一个经济名词,早在1986年,著名经济学家罗默(p.romer)就曾撰文指出,新创意会衍生出无穷的新产品、新市场和财富创造的新机会,所以新创意才是推动一国经济成长的原动力。装饰基础课作为创作的基础训练,所涉及的内容包括对各种材质的表现,对各种传统装饰艺术的多元化造型手法进行研究,在图形设计、色彩感觉、构图设想、材质应用等方面都有一定的探索的可能,这有利于发散性思维的培养,而创意需要有这种发散性思维,这能启发在思考中释放自己的个性才能,从各个方面进行探索,在探索中找到更切实的表现方式,更好地在现代设计中把握创新。
从图形设计上来说,装饰基础研究的是从现实物象中提炼、概括,是对物象经过细致的观察了解,在观察中寻找切入点,从这些不同的切入点可以得出不同的思维结果,再通过多元化的造型手法,作多方位的图形设计变形,这就要求对观察对象无论从内部还是外部,都进行剖析深入,再进行延展,激发联想,而创意行为就是在这种过程中产生。创意行为需要突破普通的习惯性思维,必须有深入的观察,作多方位的思维,才能有合理的异于常人的创意。创意并非是无物可据,无形自来,创意行为的思维训练中,观察是创造性技法之一,没有形象性就没有审美,也就没有艺术可言,创意的行为起始于设计的初步,装饰基础设计的这种仔细观察多方位思考的发散性思维有助于创意的迸发。
从色彩感觉来说,装饰基础包括研究各种色彩对人类情感的作用,而各种场所、日用品、大到城市建筑色彩的整体规划,都同色彩研究有着不可分割的联系,人类对色彩的喜恶,有着不容忽视的作用,作为创意行为,如果不能很好地把握色彩感觉,那就忽略了人类的感情。装饰基础研究的是人类在生活中积累的各种图形财富,各个时期都有不同的代表性色彩,这对掌握不同人群的色彩感情有着很好的探索。
构图设想是一切造型艺术的重要一环,装饰基础设计所涉及的图形中,无论对单独的图形还是绘于各种材质上组合的图形等,都对构图作了细致的考虑。在现阶段的装饰基础课程中,并非是要抱着原有的传统内容不放,而是力求在符合现代设计思维的创作中设想,所思考的内容可以带有一定的目的性,把传统的精华融合于现代设计中,这本身就是一种文化创意产业。创意产业是一种新的发展模式,它强调用全新的思维逻辑方式融入现有产业实现价值创新,分析具象造型艺术构图设想的三个必要环节——观察、研究自然;抽象、概括自然;引申、表现自然。这三个环节都是在发展的模式下进行,根据现有的内容通过构图设想进行新的思维来实现创新。
艺术的实用性是传统装饰艺术固有的内容,各种图形在材质应用上达到新的视觉感受。装饰基础设计来源于现实中的物象,通过一定的装饰手法对现有的物象进行设计变形,再通过各种材质表现,使图形在材质上达到观赏效果。在设计过程中,带有一定的目的性,并对图形作适合于某种材质的考虑。装饰基础设计在材质应用的练习上对装饰艺术的发展有着一定的作用,也唯有在实用的基础上才能有所突破。在当今创意时代,具有特色化、个性化、艺术化的产品,有着广阔的市场,材质上的应用教学,无疑使装饰基础设计能够尝试更好地与现代产业接轨。通过装饰基础的模拟教学,把设计与技术、文化、产品和市场融为一体,这样既有利于传统艺术产业的延伸,又可以为现有的产业拓展发展空间,使创意产业成为可能。
设计归根结底是为经济服务,经济的迅速发展和企业之间的竞争迫使设计教育切实了解市场所需,只有跟市场结合,具有特色的个性化产品,才有可能闯出自己的市场,才有可能在国际贸易中找到我们的定位,传统的装饰艺术才会有更广阔的发展,使装饰艺术真正成为一种创意产业。
系统的设计思维方法的训练,关注美感设计,包括对生活形态的理解、设计管理、战略和产品计划方面的研究。装饰基础设计是从生活形态中,通过观察事物内部外部结构,进行多种思维变化创作,它是界于抽象与具象之间的思维训练方式,是对同一物体进行多种变化可能的探索,是对物象进行重新构想,或简洁或繁复,它的设计创新的系统方法,也能够和现代设计中思维的形式训练结合。
当然传统装饰基础课从现代设计观中来看,思路上也有陈旧的一面,以往有重技法轻创新、重平面效果轻材质塑造等的现象,我们只有在现代设计教育的大环境中完善装饰基础,才能让传统装饰艺术更上一个台面。
参考文献:
[1]李砚祖:“建构新的设计教育体系,发展中国的艺术设计教育”,《2001’清华国际工业设计论坛暨全国工业设计教学讨论会论文集》,北京,2001。
[2]蔡军:“设计·策略·教育——中国工业设计的思考”,《美术观察》,1998.8。
[3]过伟敏:《走向系统设计》,江西美术出版社,南昌,2005。
1.艺术表达与设计思维
室内设计课程的主旨内容已明确其深度,通常而言,其教学方向涉及室内装饰及空间、功能的艺术再造。这就需要学生具备一定的艺术构想能力、准确的观察力和艺术表达能力,这与基础美术教育的培养目标一致。所以,室内设计课程对艺术性的追求,离不开室内设计与基础美术的整合,也就是将艺术表达与设计思维相互渗透。
2.基础美术教育为室内设计课程的视觉表达提供前提
室内设计课程的重要基础之一便是视觉表达,室内设计将注意力更多地集中在空间设计的品质及感染力上,凸显基础美术在室内设计视觉表达中的渲染作用。然而,室内设计课程的精髓在于设计,这是一种艺术实践的过程,也体现了室内教学的终极目标。为顺利完成教学任务,室内设计亟待与基础美术衔接,以切实避免相关专业间的脱节,提高室内设计课程的教学水平。
3.基础美术教育与室内设计课程是艺术与设计的关系
室内设计作为一个系统性的概念,不但是室内空间中每个元素的组织、选择、创新与整合,更是美术设计的深化和延续。一般而言,中职阶段室内设计课程包含造型设计、空间设计以及光与色彩设计等,这些内容要点均明确了室内设计的设计属性,实现了设计性和功能性的有机统一。而基础美术属于造型艺术,被通俗地称为“视觉艺术”,其定义是:占据特定空间,形成审美形象,让人依靠视觉进行观摩、欣赏的艺术,包含雕塑、绘画、工艺、建筑及篆刻、书法等。对两者概念进行横向对比,可以看出室内设计与基础美术的内在关系正好是设计与艺术的关系。因此,教师在教学中可以从设计实践与艺术表达的角度使其成功整合。
二、基础美术与室内设计课程整合教学的方法
1.重视建筑绘画方法的专业训练
在中职阶段,要加强基础美术教育和室内设计的整合,首要的任务就是注重建筑绘画方法的训练。鉴于学生的基础,要适当降低素描、色彩静物、头像等的技法训练要求,而注重培养学生掌握具有室内设计特点的建筑类绘画方法。增加基础美术实践课时对于零基础的学生来说效果未必好,毕竟这需要长期的积累。作为室内设计师,从美术功底的要求来讲,其首先要具备的能力是以线描为主的快速效果图表现,用线描的方式表现整体空间构想的效果,给客户一个最直观的画面效果。其次,运用基础美术的理论知识,可以概括地对地面、墙面、顶面、家具等界面以及软装饰进行更进一步的效果渲染,不论是运用手绘上色还是运用计算机相关软件制作,都获得更好的表现效果。这样便将基础美术教学与室内设计课程的基本要求进行整合,可收到实际的效果。
2.以表现结构特征为核心的基础美术与室内设计课程的整合
基础美术与室内设计课程均要求学生具有丰富的空间想象和表达能力,该能力的培养绝非一朝一夕便能完成,有赖于长久的艺术积累。基础美术教育的素描教学与室内设计的空间造型训练教学衔接紧密,教师要鼓励学生以全新的视角发现和捕捉生活事物的空间结构美感,将所绘对象的内部结构通过点、线、面表达出来。教学中应特别加强结构素描的训练,旨在夯实学生的空间造型基础,并辅以一定的明暗表达训练,以便在后期的效果图表现及快速手绘表达中发挥最大的艺术效果,使学生能在室内设计中以更为理性的头脑及抽象的思维表现室内空间结构,赋予界面材质画面感,从而最大限度地实现基础美术教学与室内设计课程的整合。
3.教师加强引导,将建筑绘画方法与室内设计相整合
在基础美术教育中,建筑绘画对于激发学生的艺术创作动机大有帮助。为此,教师要运用列举法和引导法着力培养学生的学习兴趣,切实将建筑绘画的方式与室内设计风格相协调、整合。在教学中,教师要善于给学生更多的艺术思考和探索的空间,拓宽学生的思维。教师在建筑绘画教学中应时刻遵循因材施教的理念,依照每名学生的美术基础及设计灵感,尊重每名学生的艺术创作思路,与此同时,激励并引导学生大胆想象,善于将心比心,并接纳不同学生的个性化作品表达,发现作品的闪光点;在课堂作业安排方面,也要围绕建筑绘画的目标,尤其要训练学生把点、线、面、色彩等各种艺术元素在室内设计中加以表现,并能独立创作,结合学生作品的现实状况探究画面的秩序、节奏、层次和疏密等布局,促使学生具备整合整体画面的能力,利用建筑绘画的各种技法,精心完成室内设计项目的制作。
4.将基础美术教育与室内设计课程的主题相整合,挖掘创新思维潜能
结合这几年的教学经验,本人认为课程内容应结合最近几年来该专业学生毕业从事的工作岗位特点,对本课程内容做有目的的删减和整合。例如,对于数控专业来说,在铰链四杆机构章节中,重点应该结合日常生活和生产实践介绍四杆机构的应用和特性,而对于四杆机构的设计内容,可以简单介绍甚至可以忽略,或对于接受能力强的学生做适当引导,安排其自学。另外,目前的教学内容偏重理论,比较抽象,学生听课枯燥,教学效果不佳。任课老师需根据课程教学大纲基本要求,对知识进行整合。例如,以一个实践工程为例,把大纲要求掌握的知识点运用到此工程上,把抽象的理论知识转变为形象直观的实际应用,这也为学生日后走上工作岗位奠定了坚实的基础。
二、课程教学方法改革
打破传统的教学方式,现在提倡理实教学相结合,但是《机械设计基础》理论教学还是占主要课时。如何提高课堂教学效率,是本课程教学方法改革的关键之处。传统的课堂教学方式都是“教师讲,学生听”的填鸭式教学,学生对课堂不感兴趣。师生之间没有互动或互动很少,课堂教学效果很难有提高。为了打破这种现状,我校很多老师开始尝试采取分组讨论、启发式、项目式等教学方法,课堂气氛相对较活跃,既提高了学生的参与性,又激发了学生的创造性。本人在本课程的教学过程中,主要尝试了分组式讨论教学法和案例教学法两种新的教学方法。分组式讨论教学模式,每组分4~6名学生,专门设计学案在课前下发给学生,根据学案内容,让学生在课堂上进行小组讨论,再由小组学生轮流发言。案例教学法是利用生活生产中的实例进行知识的讲授。在理论知识的基础上,结合生产中实例进行讲授。例如,在讲常用机构分类、特点及应用时,可以直接让学生观看汽车雨刮器、牛头刨床、揉面机、插床等机器的运动视频,这样可以直观地反映知识内容,增加学生的学习兴趣,使学生较快地理解和掌握所学内容。
三、考核评估体系改革
1.1桩基础设计与工程应用现状
桩基础设计是整个高层建筑结构的基础部分,所以只有在桩基础施工完成后,才能够进行上层建筑的施工,桩基础设计不仅关乎整个工程的施工质量、安全性,对于施工进度还有很大的影响。目前使用比较多的是竖向荷载作用下的桩基础,在竖向荷载的作用下,桩与土之间会相互作用,对于桩基的设计会产生很大的影响。在以往的桩基础工程设计中,试桩和静载试验的结果都无法满足设计的要求标准,设计师在对设计参数进行调整之后,意图通过加密桩的方式来进行调整,这种情况下,静载的试验结果会高于设计标准很多,虽然在安全性方面可以保证,但是经济系数却大大的提高。这种矛盾的现象需要不断的改善,如果超过设计的标准太多就需要重新进行试桩,但是建设的周期也相应的延长,会影响到整个工程的建设进度。如果在静载试验结果出来之后再进行桩基的设计工作,既不利于建设周期,同时也无法满足建设的标准。所以目前急需解决的就是如何缩短静载试验与试桩设计之间的差距,并且对单桩静载试验的结果进行进一步研究,尽量将各项参数预估的更加精确。
1.2桩基础简化设计分析
由于高层建筑庞大的工程会对基础部分造成巨大的作用,所以基础工程需要能够程序较大的荷载,埋深都较大。而在现阶段,在很多的高层建筑中,都会有人防工程或者是地下停车场等结构需求,所以在进行基础工程施工时,需要耗费大量的材料,并且施工技术比较复杂,耗费的工期较长。一般情况下,能够直接建设在坚硬岩石上的建筑并不多,所以大部分的基础工程都会采用钢筋混凝土片筏式基础、箱形基础以及桩基础。由于桩基础的承载力较大,具有良好的稳定性,并且在沉降差较小的情况能够保持的比较均匀,这些特点都决定了其能够承受较强的水平力以及上拔力,在动荷载方面的性能较好,所以在基础工程中应用的比较广泛。在高层建筑结构中,上部结构与基础之间会相互产生作用力,从这个问题来看,在传统的计算中存在很多的假定,都可以利用在桩和土之间的作用力上。在传统的设计算法中有一种Winker的假定,这种假定主要是针对地基的反力系数法,其中把土体对桩造成的反力作用简化成单纯的反力系数作用于桩上,这是传统设计算法中针对于桩土作用力问题在理论层面从没有通过的。高层建筑中各个部分之间产生的作用力,应该将桩、土以及结构作为一个整体来进行考虑。通过上述分析可知,如果利用传统的设计算计来解决现实中的这些问题还具有很大的困难。而从目前的现状来看,就分析的手法而定,还有有限元法的前景比较广阔,通过有限元数值模型能够对土体材料性质的空间差异性、力学响应的非线性,复杂的几何边界条件等进行详细的分析,并且还可以通过数值技术对施工过程进行模拟,将施工过程中可能会遇到的各种耦合性因素都模拟出来,在编程以及电算方面都具有较强的效率,并且简化了桩基础设计的工作量,具有很强的现实意义。
2高层建筑结构桩基础简化设计措施
2.1“桩土分离模式”进行单桩简化
在进行单桩计算时,可以通过有限元分析来达到简化的目的。因为传统的结构设计计算方法采用的都是不同程度回避桩土结构间的相互作用,对其不做过多的考虑。比如使用地基反力系数法把土地对桩的反作用力等复杂因素通过Winker进行假定,认为其仅仅为单纯的反力系数作用于桩上。而有限元分析却可以综合考虑这些客观存在的事实条件。它可以对力学响应的非线性、土地材料性质的空间差异性和比较复杂的几何边界条件进行综合分析等,不仅求解力学问题简便,同时便于二次开发,相较传统的计算理论有明显的优势。因此,对单桩的简化分析采取的是将桩和土分别划分单元的方法,要注意这两种单元也不是固定不变的,在它们其中还可以细化设置单元。在利用有限元进行单桩简化分析时,要特别注意单元尺寸的选取对计算结构的影响。其实有时候,单元数量会划分的特别巨大,从而造成计算的困难,因此在实际操作中,可以适当删繁就简,抓住主要部分,以提高工作效率。
2.2“桩土复合模式”进行群桩简化
在进行计算时,可以通过有限元分析的方法来模拟桩的沉降和荷载关系,以达到简化算法的目的。在实际中,通过群桩基础规范法计算出来的沉降和实际荷载作用下的沉降相比,其值要大得多。为了尽量使其值接近且简化运算,可以采用将垂直于桩轴线的桩同作用的平面作为各向同性的面,把桩土三维结构体系作为横观各向同性体。依据桩土各自的弹性模量和泊松比以及桩土这两种材料复合成新的横观各向同性体的九个材料参数(其中只有五个材料参数是独立的),用等效复合体模型计算桩土荷载沉降反应分析。同时要注意群桩上面作用荷载的特点与单桩静力试桩有很大的差别,这点不在赘述。对计算的简化,可以通过下面的方法来达到:把等效复合体模型的参数计算编成程序,修改桩、土的五个参数,在matlab软件上运行即可得到复合模型的九个参数。计算时需注意xoz平面是各向同性的平面。因此,在实际中可以证明,该种方法模拟的桩基沉降,比着规范上要精确许多,在工程实测中有重要的现实意义。
3结束语