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浅谈建筑结构设计适应地基变形的措施

2015-07-13 278 0

对于建筑工程的工程地质条件、地基基础条件、工程对软土地基的特殊要求，要具体情况具体分析，确定出合适的地基处理方法。关键是将建筑物的上部结构、基础与地基视作一个共同作用的整体，通过采用合适的建筑结构形式、采取建筑处理、结构处理等措施，使建筑结构能够适应地基变形，从而使得结构设计与施工更加经济、合理、科学。
　　一.地基变形及地基处理的一般方法
　　在对施工方案的筛选和优化中，不容忽略的是，建筑结构主动适应软弱地基变形，使建筑物安全可靠且经济合理，应在设计中考虑首要因素和施工中采取措施的首要选择。
　　地基处理目的就是要提高软弱土的强度，保证地基稳定，降低其压缩性，减少地基沉降或不均匀沉降即地基变形。减少地基变形的地基基础措施，可从5个方面考虑；（1）掌握土层分布情况；（2）妥善处理不良地质现象；（3）减少附加应力；（4）充分挖掘地基潜力；（5）采用合适的基础方案。
　　地基变形是造成建筑物裂缝损坏、倾斜和事故的重要原因，由于增加了上部荷载，地基承载力和可能产生的沉降变形值是关键问题。地基变形特征有沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜。要改良软弱地基土的工程特性，一般的常用处理方法较多，大体可分三类：（1）采用挖除软弱地基，如置换法。（2）人工增大土的密度如强夯法、碾压、振动法等。（3）减少孔隙水压力加速固结如排水法、挤密法等。
　　二、建筑结构设计适应地基变形的措施
　　1、采用合适的结构形式.当上部结构和基础的整体刚度及强度不能适应地基变形时，上部结构就遭致裂损。在其他条件相同的情况下，上部结构连同基础的整体刚度愈大，建筑物的差异沉降就愈小，但在上部结构和基础中产生的附加弯矩就愈大，所以当上部结构柔性大时，基础不宜有相当大的刚度。水池、油罐常采用柔性底板，目的就是使之能适应大量的不均匀沉降。选择结构形式时，对于由地基变形引起的结构物的整体或局部稳定问题必须引起重视。
　　2、结构处理.（以砖混结构为例）（1）砖承重结构的纵横墙布置对整体刚度有很大的影响，对调整不均匀沉降起重要作用，要求纵墙贯通，横墙密布，犹如空腹多肋深梁，刚度甚大。（2）有时预估到建筑物不均匀沉降较大时，也可在局部墙体内配置钢筋，以加强砌体强度。（3）砖承重结构在墙体内设置钢筋混凝土圈梁，或钢筋砖圈梁，是加强建筑物刚强度的重要措施，同时为满足抗震要求，应层层设置，多层建筑物在基础和顶层处均应设置。圈梁在平面内必须呈封闭系统。（4）砖承重结构中采用较高大的条形基础，能收到一定的效果。（5）砖承重结构的开孔或开窗不能过大，以防止墙体的刚度和强度受到削弱，当必须开较大的孔洞时可采用钢筋混凝土边框加强。6）当建筑物受到邻近建筑或地面荷载的影响而产生附加变形时，有时适当加强其强度，以抵抗所产生的附加应力，也是一种措施。
　　3、建筑处理措施
　　（1）必要时设置沉降缝。当建筑物各单元的高度和荷载相差悬殊，或平面形状较复杂，又不能将各单元分开适当距离；或地基土不均匀，可能产生较大的沉降；或当建筑物分期建造时，则各单元连接处可考虑设置沉降缝。设置沉降缝时需注意以下各点：1）沉降缝需有足够的宽度，缝中不可填塞，使各单元可以自由移动，否则会引起相互顶住挤压，损坏结构。沉降缝的宽度一般为：二三层时，5cm～8cm；四五层时，8crn～12cm；五层以上，不小于12gin，当地基有显著不均匀时，应适当加宽。2）沉降缝须从建筑物顶部开始断开，直到基础底部，利用伸缩缝是不可取的。3）沉降缝不能消除地基中的应力重叠，故在条件许可时将建筑物划分为几个单元为妥，各单元间相隔一定距离并可先造临时性通道，待沉降基本稳定后，再建造永久性建筑；如必须同时建造永久性建筑，则可插入具有足够刚强度的结构；或采用简单结构过渡，但沉降缝必须处理得当，否则也不能生效。
　　（2）建筑物的平面布置不宜复杂。由于软土地基变形的特点，建筑物的平面布置不宜复杂，同一建筑物的各组成部分的高度和荷载不宜有过大的差别。因为采用H，Y，L，山等形状，在转角交接处或层差的相邻处往往出现裂缝损坏。
　　（3）要考虑相邻基础的影响。在已建成的建筑物旁建造新的建筑物，后者使前者产生附加沉降，其速率较大，曲率半径较小而弯曲方向相反，往往容易使前者发生裂损；当同一建筑物的邻接部分或相邻两建筑物同时建造时，由于相互影响而增加沉降，其曲率半径较大，加上建筑材料在施工初期的蠕变性质往往较能适应不均匀沉降，故损坏情况比不同时间建造的相邻建筑物轻些。
　　（4）在建筑和构造上留有调整或沉降余地.a.当预估建筑物或构筑物沉降过多而有碍使用或美观，或采用天然地基在技术和经济上优越但沉降量较大时，可有意将标高适当提高。b.当有管道与建筑物相擅时，建筑物的过大沉降将使管道断裂，可在穿墙孔洞上方留有余地。外接管道若有支架，可将支架标高适当降低，支架与管道暂以垫片垫之，随着建筑物下沉逐步抽出，凋整标高，直到建筑物的沉降基本结束，再将管道和支架的联系固定。也可采用特制的活络接头，允许相对位移和转动，目前有些油罐和气柜的接出管就采用了这种接头，以适应较大的地基形。c.油罐一类的构筑物，除沉降较大外，常发生较大的倾斜。为了对付这种变形，可预先在四周埋设千斤顶，或设计预留安放千顶的位置，必要时用千斤顶校正倾斜。有时如没有考虑这种措施，也可在沉降小的一边外侧地坪上，离开一定距离，沿圆周切线方向开槽，迫使地基土被挤出而下沉，可收到一定的效果。
　　4、房屋相邻部分不同施工进度的影响.当同一建筑物由高差较多或重量差异较大的相邻部分组成时，一般应先建重的和高的部分，间隔相当时间后，再建造轻的和低的部分，以减少相邻基础的影响。
　　5、防止动、活荷载引起地基的不均匀沉降.在软土地基上的建筑物和构筑物，当承受的活荷载较大，加荷速率过快，反复作用频繁时，常常产生过大的不均匀沉降，故要特别予以重视。如重级制吊车反复作用的动荷载，使基础的沉降比静荷载作用时有显著增加，并由于外力的偏心作用，基础倾斜往往较大，可考虑采用桩基等措施。对于某些堆载较重，堆积面积较大的仓库或厂房，须重视使用中的措施。1）控制荷载分布，要求有计划地均匀堆物，并防止在基础上堆放；2）控制加载速率，如料仓与储油罐地基，活荷载应有控制地增加，对减少沉降和不均匀沉降起到一定作用；3）当均匀堆放的大面积地面堆载超过40MPa，可考虑采用桩基础。
　　结束语
　　综上所述，软土地基处理方法中，要注意每种方法都有其适用范围、局限性和优缺点。在软土地区，应该采取各种有效的措施，控制地基不均匀沉降，在选择地基施工方法时，应该首先考虑使建筑结构适应地基变形，可采取合适的结构形式、结构处理、建筑处理等措施，减少地基不均匀沉降，实现建筑结构、地基一体，使得结构设计与施工更加经济、合理、科学。
　　参考文献：
　　[1]黄绍铭，高大钊.软土地基与地下工程[M].北京：中国建筑工业出版社.2005.25—27.
　　[2]孙雏东.土力学与地基基础[M].北京：机械工业出版社，2004.49—51.
　　[3]韩海云浅谈地基变形及处治方法[J] 中国房地产业·下半月 2013年07期

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