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在地基上建造建筑物后,地基土將在基底附加壓力引起的附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生新的變形,這種變形一般包括體積變形和形狀變形。地基土中的體積變形通常表現(xiàn)為體積縮小,而這種在外力作用下土體積縮小的特性稱為土的壓縮性。計算地基變形時,傳至基礎(chǔ)地面上的荷載應(yīng)按長期效應(yīng)組合,不考慮風(fēng)荷載及地震作用,地基變形計算是正常使用極限狀態(tài)一個關(guān)鍵問題,建筑物地基變形的計算值,不應(yīng)大于地基變形的允許值。因此提高變形計算的精度成為變形計算的首要問題。
地基變形計算依據(jù)下面的基本假設(shè)
(1)土粒本身變形不計,土的壓縮由顆粒移動引起孔隙體積減少的結(jié)果;
(2)土體只產(chǎn)生豎向壓縮,無側(cè)向變型;
(3)土層均質(zhì),且計算厚度范圍內(nèi)壓力均勻分布。
建筑物的沉降計算需涉及以下內(nèi)容:
(1) 建筑物重量。建筑物層數(shù)越高自重越大,作用在基礎(chǔ)底面上的接觸壓力就越大,地基的沉降量也就越大;
(2) 建筑物分布情況。在軸心壓力作用下,基礎(chǔ)產(chǎn)生均勻沉降,而在偏心壓力作用下,地基產(chǎn)生不均勻沉降;
(3) 基礎(chǔ)的剛度。其中剛性基礎(chǔ)受集中力作用,會強(qiáng)迫地基產(chǎn)生均勻的沉降,而柔性基礎(chǔ)由于剛度很小,將隨地基一起變形,因此,必須使基礎(chǔ)兩側(cè)的單位荷載比中間大才能使地基大致均勻的下沉。
各類建筑物的變形控制如下表1所示,具體控制值參見地基規(guī)范。
表1 各類建筑的變形控制特征
建筑物類型 | 砌體承重結(jié)構(gòu) | 框架結(jié)構(gòu) 單層排架結(jié)構(gòu) | 多層和高層建筑或高聳結(jié)構(gòu) | 必要時控制平均沉降量 |
地基變形控制特征 | 局部傾斜 | 相鄰柱基沉降差 | 傾斜 |
沉降計算公式如下式所示:
目前,我國地基沉降計算多采用的是傳統(tǒng)的分層總和法,由于其假定一維壓縮、柔性基礎(chǔ)、采用附加壓力計算等因素的影響,計算值通常遠(yuǎn)大于實(shí)測值。隨著大規(guī)模高層建筑的出現(xiàn),整體筏板基礎(chǔ)因其具有整體剛度大、能夠調(diào)節(jié)不均勻沉降、提供較大地下使用空間等優(yōu)點(diǎn)而成為高層建筑常用的基礎(chǔ)形式。分層總和法已經(jīng)不能滿足工程建設(shè)的需要。對于規(guī)范規(guī)定的常規(guī)計算方法,主要存在以下不足:
1 土體方面
(1) 土體測試參數(shù)為應(yīng)力釋放之后的參數(shù)
(2) 土體本身受到擾動
(3) 土體含水量發(fā)生變化
地基土的壓縮模量要根據(jù)不同深度地基土的性質(zhì)分別來做,因?yàn)橐婕白饔昧Φ拇笮?、土的含水量、孔隙比和塑性指?shù)變化因素,它不是一個固定的數(shù)值,在實(shí)際計算過程中應(yīng)該根據(jù)不同的壓力段采用不同的壓縮模量。
2 計算壓力沒有考慮上部結(jié)構(gòu)剛度的影響:規(guī)范中給的修正系數(shù)是沒有考慮上部結(jié)構(gòu)剛度影響下的沉降修正系數(shù),在考慮上部結(jié)構(gòu)剛度后,沉降系數(shù)如何修正需進(jìn)一步明確。
3 基底附加應(yīng)力計算考慮的均質(zhì)土體條件下的應(yīng)力計算,而實(shí)際土體均是成層土,兩者還是有差別的,同時地基反力的分布形式也不是平均分布,這和實(shí)際也是有差別的。
上述四個方面都與上部結(jié)構(gòu)計算有本質(zhì)的不同,他們都會給地基變形帶來誤差,因此地基計算值和地基實(shí)際變形是有誤差的。
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