淺基礎(chǔ)中土與土中柱的相互作用淺析

關(guān)曉迪

關(guān)鍵字：淺基礎(chǔ)；土體；土中柱；相互作用

多層和小高層結(jié)構(gòu)是日常生活中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)多選用埋深不超過(guò)5m的淺基礎(chǔ)，在這些基礎(chǔ)計(jì)算中，對(duì)于土體的作用考慮甚少，但實(shí)際工程中，土體對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的作用以及土體與土中柱的共同作用是不應(yīng)被忽視的，本文就對(duì)土與土中柱的共同作用以及基礎(chǔ)埋深對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。

土體的嵌固作用一定會(huì)對(duì)上部結(jié)果造成影響，為了更好理解土體對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響，特別是針對(duì)淺基礎(chǔ)建筑，現(xiàn)對(duì)土體與土中柱共同作用，以及基礎(chǔ)埋深對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)。

1 土體與土中結(jié)構(gòu)共同作用對(duì)上部的影響

1.1 對(duì)變形的影響

對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，土體與土中結(jié)構(gòu)的共同作用，會(huì)使結(jié)構(gòu)的水平位移變大，如果結(jié)構(gòu)高度越大，則其頂點(diǎn)的位移會(huì)增加的越明顯[1]。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是這樣的，框架結(jié)構(gòu)本身具有一些特點(diǎn)，如側(cè)向剛度相對(duì)較小，對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)，當(dāng)有水平荷載時(shí)，框架結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生剪切變形，且各層都會(huì)產(chǎn)生剪切變形。同時(shí)，對(duì)于單樁而言，基礎(chǔ)自身在水平力作用下，也會(huì)有轉(zhuǎn)角和位移，在幾方面的共同作用下，框架結(jié)構(gòu)中的底層柱，其整體的受力就會(huì)發(fā)生改變，同時(shí)我們也要看到，整個(gè)建筑物柱頂?shù)奈灰剖怯筛鲗拥奈灰坪偷讓又闹_的轉(zhuǎn)動(dòng)而決定的，是累加的結(jié)果。當(dāng)二者都發(fā)生改變的時(shí)候，建筑物柱頂?shù)奈灰谱匀痪蜁?huì)有所改變。

若將結(jié)構(gòu)的嵌固點(diǎn)選在底層柱的底端，柱腳的轉(zhuǎn)動(dòng)使底層柱柱頂?shù)膹澗叵鄳?yīng)變大，隨之而來(lái)的就是各層的層間位移的變化，將這種傳遞進(jìn)行下去，整個(gè)建筑物頂點(diǎn)的位移一定會(huì)相應(yīng)增大，通過(guò)從這個(gè)角度說(shuō)明，可以再次證明，考慮共同作用，水平位移會(huì)變大。

1.2 對(duì)個(gè)別構(gòu)件內(nèi)力的影響

對(duì)于淺基礎(chǔ)建筑，考慮土體與土中結(jié)構(gòu)的共同作用，將使梁的內(nèi)力相應(yīng)增加，同時(shí)，結(jié)構(gòu)底層柱的內(nèi)力發(fā)生很大的變化，對(duì)于柱腳彎矩而言，中柱相應(yīng)值會(huì)上升，邊柱相應(yīng)值會(huì)下降，此外，柱頂相應(yīng)彎矩值會(huì)變大，值得注意得是，這些變化在底層會(huì)變化比較明顯，隨著高度的增大，這種情況會(huì)慢慢減弱，直到消失[2]。根據(jù)另外的相關(guān)資料：基于共同作用，對(duì)于柱子軸力變化量很大的為：底層柱，尤其針對(duì)角柱，此外還有次邊柱。不容忽視的是，如果將地面處取為固接，無(wú)論采用哪種形式的固接，對(duì)于中柱來(lái)說(shuō)，都會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，但同時(shí)對(duì)于邊柱來(lái)說(shuō)，則可能造成安全隱患[3]。所以我們要考慮土體與結(jié)構(gòu)的共同作用，不能忽略土體的約束作用，這樣才能使得設(shè)計(jì)更安全，同時(shí)更經(jīng)濟(jì)。

2 基礎(chǔ)埋深對(duì)于淺基礎(chǔ)建筑上部的影響

下面我們討論淺基礎(chǔ)中的一個(gè)很重要的影響因素即埋深對(duì)于上部有哪些影響，根據(jù)現(xiàn)資料的總結(jié)，可以分為以下三個(gè)方面：

1）基礎(chǔ)埋深對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有很大影響，基礎(chǔ)埋置深度越大，整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力也就越強(qiáng)[4]，同時(shí)，抗滑移的能力也隨之增大，這些思想從規(guī)范中可以找到相應(yīng)的體現(xiàn)，如《高規(guī)》中對(duì)于建筑物的埋置深度就有相應(yīng)的規(guī)定，出現(xiàn)這些規(guī)定的主要原因即為：基礎(chǔ)埋深對(duì)于建筑物的安全十分重要，為了避免傾覆或者滑移的出現(xiàn)，是要有相應(yīng)的基礎(chǔ)埋深作為保障的。此外，在有地震作用的情況下，動(dòng)力效應(yīng)也會(huì)變得更明顯，為了更好的控制相關(guān)的動(dòng)力效應(yīng)的變化，增大基礎(chǔ)埋深也是十分必要而且有效的方法，這種動(dòng)力效應(yīng)變化較大的現(xiàn)象在地基土的承載力較差的情況下更為明顯，所以，在土質(zhì)較差的地區(qū)，更應(yīng)該重視基礎(chǔ)埋深的重要影響，加大基礎(chǔ)埋深以保證整體結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力和抗滑移的能力。

2）對(duì)于淺基礎(chǔ)建筑，現(xiàn)有許多文獻(xiàn)表明，地基的承載能力隨埋深的增大不斷增大，這種變化關(guān)系幾乎為線性的，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，基礎(chǔ)埋置深度對(duì)于地基承載力的作用是不可忽略的，這也再次說(shuō)明將嵌固點(diǎn)選在地面的柱腳處是不合適的，這樣對(duì)于地基承載力的利用是一種浪費(fèi)。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因也不難理解，基礎(chǔ)埋深的增加必然使得土中結(jié)構(gòu)的周圍有更多的土體，更多的土體必然會(huì)帶來(lái)更大的土自重，自重越大，土的極限荷載會(huì)隨之增大，同時(shí)，土的臨界荷載也會(huì)隨之提高，在這種情況下，地下結(jié)構(gòu)附近的土體的塑性區(qū)的大小就會(huì)相應(yīng)減少，塑性區(qū)減少就會(huì)提高地基的承載能力。這就是基礎(chǔ)埋深增大可以大大提高地基承載能力的原因。

3）大部分的多層框架建筑中都會(huì)設(shè)有地梁，地梁的受力情況會(huì)隨著基礎(chǔ)埋深的增加而有較大的變化，現(xiàn)有很多文獻(xiàn)對(duì)于基礎(chǔ)埋深和地梁的變化規(guī)律做了相關(guān)的研究，研究結(jié)果說(shuō)明：在沒(méi)有加入基礎(chǔ)埋深的影響時(shí)，所得到的地梁內(nèi)力相對(duì)較大，而考慮基礎(chǔ)埋深的有利影響時(shí)，地梁的內(nèi)力就會(huì)相應(yīng)減小。針對(duì)本文的基礎(chǔ)埋置深度較大的情況，埋深對(duì)于地梁內(nèi)力的削弱是有效的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)加以考慮。

通過(guò)分析可以得出：基礎(chǔ)埋深對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高、地基承載力的提高以及地梁受力的減弱都有較大的貢獻(xiàn)，基礎(chǔ)的水平位移，特別是建筑物頂部位移會(huì)隨著埋置深度的變大而不斷減少，考慮土體與土中結(jié)構(gòu)共同作用對(duì)框架結(jié)構(gòu)的水平位移，結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力均有較大影響，這些影響在分析計(jì)算過(guò)程中是不能不考慮的。