談建筑物沉降和建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系

張 勇 強(qiáng)

(北京中寰工程項(xiàng)目管理有限公司上海分公司，上海 201801)

談建筑物沉降和建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系

張 勇 強(qiáng)

(北京中寰工程項(xiàng)目管理有限公司上海分公司，上海 201801)

通過分析建筑物產(chǎn)生沉降的原因，從地基承載力驗(yàn)算、改善基礎(chǔ)形式、優(yōu)化建筑材料與外型、合理設(shè)置沉降縫等方面，闡述了預(yù)防建筑物沉降的措施，從而確保建筑物的安全性。

建筑物，不均勻沉降，地基，沉降縫

在建設(shè)工程中，建筑物由于地基土質(zhì)條件、上層結(jié)構(gòu)荷載不均勻及地震等因素影響，容易使得結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降。細(xì)微的沉降在允許范圍內(nèi)可以忽略不計(jì)，但是超限的沉降對于建筑物造成的后果卻十分嚴(yán)重：輕者導(dǎo)致墻體外皮開落、墻身開裂，重者影響建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而危及居民生命安全。如何去控制建筑物沉降成為建筑工程人員要面對并解決的問題。本文從設(shè)計(jì)角度探討建筑物沉降成因，并提出相對應(yīng)的解決方法。

1 建筑物沉降原因

1.1 地質(zhì)條件

由文獻(xiàn)[1][2]的計(jì)算公式s∝σ2h/Es可以得到，附加應(yīng)力σ2和土層壓縮厚度h，與土層的壓縮模量Es相差巨大，是導(dǎo)致基礎(chǔ)層產(chǎn)生不均勻沉降的根本性原因。同時(shí)，土體中存在大量孔隙，其具有可壓縮性，也是影響建筑物基礎(chǔ)沉降的重大原因。地基土持力層厚度不均會造成壓縮變形，下臥層分布不均會造成總壓縮變形。當(dāng)變形超過一定限值，會導(dǎo)致建筑物發(fā)生不均勻沉降，嚴(yán)重的話，甚至?xí)鸾Y(jié)構(gòu)傾斜等后果。

1.2 荷載因素

建筑物承受荷載及其自重是影響建筑物沉降的另一原因。在設(shè)計(jì)過程中，對經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取值的不準(zhǔn)確以及人為的計(jì)算失誤，容易導(dǎo)致建筑物承載數(shù)值不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)恒載均勻性；當(dāng)施工過程中施工荷載和竣工完成后使用荷載超過相對應(yīng)的設(shè)計(jì)荷載時(shí)，容易導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生沉降。此外風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等因素也會對建筑物沉降帶來一定影響[3]。

1.3 設(shè)計(jì)失誤

設(shè)計(jì)人員在工程初期針對建筑物建模計(jì)算過程中，為美觀而設(shè)計(jì)建筑物長度過長、其結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜凹凸轉(zhuǎn)角較多、結(jié)構(gòu)層高相差較大以及建筑物整體剛度設(shè)計(jì)不足等，均容易導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生沉降，從而危害結(jié)構(gòu)安全。

2 設(shè)計(jì)措施

2.1 做好地基承載力驗(yàn)算

如寬度大于3 m或者深度大于0.5 m時(shí)，選用式(1)進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)考慮地基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，采用式(2)進(jìn)行計(jì)算，具體見下列算式[4-6]：

fa=fak+ηbγb(b-3)+ηdγd(d-0.5)

(1)

fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck

(2)

其中，式(1)中的fa為修正的承載力特征值；fak為地基承載力特征值；式(2)中的fa為由抗剪強(qiáng)度確定的地基承載力設(shè)計(jì)值；Mb和Md均為承載力系數(shù)。

例如在受力層范圍中土體含有軟弱層時(shí)，可按下列算式進(jìn)行驗(yàn)算地基的承載力:

pz+pcz≤faz

(3)

(4)

(5)

其中，pz，pcz和faz分別為軟弱下臥層的附件壓力值、自重壓力值和修正的承載力特征值，式(4)和式(5)分別為條形基礎(chǔ)情況和矩形基礎(chǔ)的自重壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式。

2.2 改善基礎(chǔ)形式

如在天然淺基礎(chǔ)中使用獨(dú)立基礎(chǔ)，采用基礎(chǔ)連梁設(shè)置，連接于獨(dú)立基礎(chǔ)承臺之間，以增強(qiáng)獨(dú)立基礎(chǔ)整體穩(wěn)定。如果基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)承受荷載較大同時(shí)土體地基的承載力較小時(shí)，建議使用條形基礎(chǔ)；當(dāng)結(jié)構(gòu)承載與地基承載差距超過界定限值時(shí)，可以考慮筏板基礎(chǔ)。埋深方面，按照規(guī)范規(guī)定，新建結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)埋深不宜大于原有建筑基礎(chǔ)，新舊基礎(chǔ)之間應(yīng)保持一定的凈距。如果工程地質(zhì)條件不理想，可以考慮使用樁基礎(chǔ)?；A(chǔ)示意圖見圖1。

2.3 優(yōu)化建材

在前期方案討論階段，在結(jié)構(gòu)承載范圍內(nèi)，盡量嘗試采用高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土代替普通混凝土，用以減輕結(jié)構(gòu)自重；對于砌體材料方面，多采用砌體結(jié)構(gòu)用輕質(zhì)墻體材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)心磚墻。

2.4 建筑物外型優(yōu)化

建筑物的外型應(yīng)選擇受力良好、體型簡單的設(shè)計(jì)；應(yīng)杜絕立面形狀復(fù)雜、高差較大的情況。原因在于形狀復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，如“工字形”“L”形等在橫向與縱向的層面交接處，會導(dǎo)致地基中的附加應(yīng)力疊加，從而帶來較大的應(yīng)力荷載，造成建筑物沉降，并使得墻體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。另一方面，假若結(jié)構(gòu)高差差異懸殊，會使得結(jié)構(gòu)荷載差異增大，進(jìn)而引起較大的沉降差，嚴(yán)重時(shí)可造成結(jié)構(gòu)傾斜及倒塌。另外，在外型設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)合理控制長寬比值，規(guī)范建議將其控制在2.5左右，另需對上層結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度強(qiáng)化，用于結(jié)構(gòu)不均勻沉降[7]。

2.5 合理設(shè)置沉降縫及縱橫墻

沉降縫方面，一般設(shè)計(jì)是使用其將建筑物分割成獨(dú)立的子單元，這些單元長高比小，剛度較大且自成抗不均勻沉降體系，可以有效防止基礎(chǔ)不均勻沉降對建筑物帶來的影響。

同時(shí)，因不均勻沉降容易對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向撓曲，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形成斜向的裂縫。故而要增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，提高建筑結(jié)構(gòu)的剛度。一方面在縱墻上杜絕開洞及形成不規(guī)則轉(zhuǎn)折；另一方面盡可能的使縱墻和橫墻聯(lián)結(jié)，增加結(jié)構(gòu)整體剛度[8,9]。

3 結(jié)語

建筑物沉降是一個(gè)相對復(fù)雜的工程問題，需要各方力量共同努力，才能防止建筑物沉降帶來的隱患和損失。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)從自身做起，做到做好，“做設(shè)計(jì)有概念，干工程負(fù)責(zé)任”。同時(shí)筆者也呼吁外界人為因素切勿影響建筑物沉降，如過度開采地下水等。

[1] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JGJ 94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[6] JGJ 79—2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 喬淑榮.高層建筑物沉降觀測及成果分析[J].工程勘察,2003(3):61-63.

[8] 余劍英,魏 綱.地下隧道施工對鄰近建筑物影響的研究現(xiàn)狀[J].工業(yè)建筑,2011(9):116-119.

[9] 吳勝發(fā).建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降及控制研究[D].廣州:廣州大學(xué),2006.

Discussion on the relationship of building settlement and building structure

Zhang Yongqiang

(ShanghaiBranchCompany,BeijingZhonghuanEngineeringProjectAdministrationCo.,Ltd,Shanghai201801,China)

Through analyzing building settlement causes, starting from aspects of foundation bearing check, improving foundation form, optimizing building material and appearance, and rationally setting settlement joint, the paper describes measures of preventing building settlement, so as to guarantee the building safety.

building, uneven settlement, foundation, settlement joint

1009-6825(2017)05-0073-02

2016-12-02

張勇強(qiáng)(1986- )，男，助理工程師

TU433

A