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浅谈建筑结构设计适应地基变形的措施

2014-10-21徐书焱

建筑工程技术与设计 2014年35期
关键词:荷载建筑物变形

徐书焱

【摘要】结合笔者实践工作经验,本文首先阐述了地基变形及地基处理的一般方法,论述了建筑结构设计适应地基变形的措施,旨在促进建筑结构设计适应地基变形,以供参考。

【关键词】建筑结构设计; 软土地基;地基变形;

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結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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