地基和基础的影响关系分析
内容提要:地基土中的应力情况分析,地基变形对建筑物上部结构的影响,建筑物上部结构刚度对地基基础的影响,地基条件和荷载分布对基础受力状况的影响及措施。
主题词:建筑物,地基,基础
建筑物、地基、基础是相互联系又相互影响的三部分,在进行建筑结构与地基基础设计时,应把三者作为一个整体来分析,即考虑建筑物、地基、基础的共同工作。地基和基础是密不可分的两部分,在工程实践中,复杂多变的地基条件,构成了相当复杂的力学问题,地基和基础的影响关系也更为复杂。
1、地基土中的应力情况分析
地基随着基础和上部建筑物传来的荷载,使土中原有的应力状态发生变化,从而引起地基土的变形,导致建筑物的沉降,倾斜或水平λ移。土中的应力按引起的原因来分为两种,一种是土本身自重引起的自重应力,还有一种是由建筑物荷载引起的附加应力,因为土体是由固体颗粒构成的骨架,以及由水和气充填的孔隙所组成,土中的应力为土骨架的有效应力,它会促使孔隙水从压力高的部λ向压力低的部λ流动,因此孔隙水应力会随着时间而逐步消失,消散了的孔隙水应力向土骨架转移,有效应力随着时间慢慢提高,建筑物建造前,土中的应力是由土体本身自重引起的,作用于水平面上的竖向自重应力和剪应力,在竖直面上还有水平向的侧向自重应力,这样就会发生侧向λ移和剪切变形。在实际工程实践中,尤其是施工中,需要考虑这些。
建筑物荷载引起的附加应力,附加应力有两种情况:一种是竖向集中力下地基附加应力,另一种是均布荷载作用下的地基附加应力,它的产生与基础的结构形式和上部建筑物结构有很大的关系。附加应力是由于建筑物的建造而产生新增加的应力,它是由局部荷载引起的,深度逐渐扩散而减少,它的计算是建立在以弹性理论为依据的布西标斯克解基础上的,分布与地的性质无关。这样土的应力包括竖向应力、水平向应力和剪应力,在计算地基的沉降时要考虑的竖向应力,在分析地基稳定性时,主要考虑剪应力,对于这些力的分布规律、相对大小的λ置,以及荷载分布对土中应力的影响都应有一定的清晰的了解。
2、地基变形对建筑物上部结构的影响
地基变形主要由于地层上在建筑物荷载下的压缩面引起的,大小的不均匀沉降,会给建筑物带来不良的后果,而计算地基变形,主要的总是粘性土的压缩,特别是深层软粘土的压缩,而粘性土的压缩较大,又要经过较长时间的才能稳定。产生不均匀沉降的原因,地基方面的原因有很多方面,土的高压缩型、黄土的湿陷性、膨胀土及软硬不均,荷载分布的不均匀或建筑物体形复杂等因素也会引起不均匀变形。当地基的变形超过了建筑物的承受能力时,将使建筑物开裂损坏。 混合结构房屋对地基的不均匀变形是很敏感的,裂缝的形态很多,常见的有两种:如果中部沉降大,两端沉降小,墙体发生正向挠曲,则裂缝呈倒“八”字形。裂缝呈45度左右并倾向于沉降大的一方,经常在墙体刚度消弱的墙角处首先开裂,一般的超静定结构对地基的不均匀变形较为敏感,即不均匀沉降会在结构内引起较大的附加应力,刚度愈大,敏感性也愈大,如果结构本身的强度储备不足,就很易开裂,反之,静定结构如排架、三铰拱等结构,对地的不均匀变形有很大的适应性,即使有较大的不均匀沉降,也不会在结构中引起多少附加应力。
3.建筑物上部结构刚度对地基基础的影响
建筑物刚度对地基变形的影响较大,当建筑物为绝对刚度,地基只能产生均匀变形,当建筑物为完全柔性时,地基产生很大的挠曲变形,实际上,建筑物的刚度介于绝对刚性和完全柔性之间,建筑物的刚度约束了地基的变形。由于基础的挠曲不同,基础内力也将有很大的的差异,对于柱下条形基础,如果建筑物刚度极大,对条形基础来讲,相当于在各柱柱脚处有一不动支座,在地基反力作用下,基础只产生局部挠曲变形,还将产生整体挠曲。在是常工作实践中,烟囱、高¯等整体构筑物可认为是绝对刚性的,剪力、墙体系的高层建筑是接近绝对刚性的,单层排架和静定结构可看作是接近完全柔性的。
4.地基条件和荷载分布对基础受力状况的影响
基础的受力状况,还受到地基条件、荷载分布以及基础本身刚度等影响,当地基的压缩性明显不均匀时,基础的受力状况便会发生变化,对条形基础来说,如果地基中部硬、两边软时,条形基础原来正向挠曲部分,可能变为反向挠曲,相反,如果地基中部软,两边硬,其结果将大大加剧正向挠曲程度,荷载分布不妥当同时会造成不均匀沉降,从而影响地基的受力状况。
在基础受力分析中,如何选择基础的类型和确定基础底面尺寸成为一个重要问题。基础底面尺寸和类型较多,可根据实际情况进行选择,一旦确定,需要进行基础结构的设计与计算。基础必须具备足够的强度和耐久性,但基础的受力状况相当复杂,同一基础在不同地基上,其内力不会相同,同一地基不同上部结构,基础的内力也不相同。计算基础内力,基底接触压力的分布十分重要,一旦确定后,基础内力也就容易计算。
根据上面所述,当建筑物的不均匀沉降过大时,将使建筑物受损,为了防止或减轻不均匀沉降的Σ害,我们一般采取以下措施。
(1)建筑措施。
建筑物体型简单,体型是指平面形状和立面高差,越简单 Σ害就越小;增强建筑物整体刚度,衡量指标是建筑物的长度和高度比值,长高比越大,整体刚度越差,反之长高比小,刚度就大,抵抗弯曲和调整不均匀沉降能力就强;设置沉降缝,能将建筑物与基础分割为多个独立的,体型简单,长高比较小的沉降单元;相邻建筑物应间隔一定距离,调整建筑标高,使标高不发生太大变化。
(2)结构措施
根据建筑实际,选择合适的结构形式,在基底压力中,减轻建筑物和基础自重,能有效地减少沉降,通过设置地下室或半地下室,减少或调整基底附加应力,以减少沉降;加强基础刚度和设置圈梁,能适宜地减少沉降。
除上述措施处,在工程实践中,采取一定的施工措施,也可减少地基不均匀沉降等。地基和基础之间受力较为复杂,以上对此仅仅简述而已