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摘要：软土地基在荷载作用下地基承载力低，地基沉降变形大，容易引起不均匀沉降。地基不均匀沉降对建筑物的危害很大，能够引起建筑物倾斜，导致房屋开裂甚至破坏，是引起建筑工程事故的主要原因之一。本文分析了软土地基不均匀沉降对框架结构的影响及处理。
关键词：软土地基；不均匀沉降；框架结构；处理
软土地基一般是指抗剪强度较低、压缩性较高以及具有其它不良性质的地基土，如天然的淤泥与淤泥质土，软土地。
1.有限元模型的建立。该高层框剪结构共10层，首层为框剪结构，层高4.5m，2～10层为纯剪力墙结构，层高2.9m，结构总高度为30.6m。平面尺寸为42m×14.6m。梁、板、柱、剪力墙均采用现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级为C40。该地区抗震设防烈度为7度，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。地质情况大都是软土地质，大多为冲填土、粉质粘土、淤泥质粘土，为便于计算，将计算范围内的土层简化为五层地基土，各土层的压缩模量采用相应的加权平均值；由于ANSYS中采用弹性模量而不是压缩模量表达土体的性状，因此，本文采用土力学理论将工程地质报告中给出的压缩模量转化为弹性模量。
2.不同高度箱基下基础的沉降曲面。只考虑自重荷载作用下地基的沉降，有限元模型的约束条件为地基土底部加固端约束，地基土四周加水平约束，最终的沉降曲面方程为：z=20.732+0.03716x+0.00000512x -0.07619y+0.00000697y。
3.不同高度箱基下不均匀沉降对上部结构影响的分析。分析采用的模型与正分析有所不同，不再考虑地基，只考虑上部结构和基础的相互作用。将基础的沉降曲面加到箱基底面，采用强制不均匀沉降的反分析方法分析地基不均匀沉降对上部结构的影响。上部结构最危险的地方在结构底层，应力最大处在轴上的剪力墙与基础交接的地方，由于整个建筑物基础的沉降大概呈中间大两边小的盆形沉降，而基础和上部结构具有较大的刚度，基础底面仍保持平面状态，这就导致上部结构的荷载在传至地基时向周边集中，使得基底反力呈现出周边大、中间小的状态，同时导致周边结构的竖向内力增大，中间部分结构的竖向内力减小，对上部结构来说，即边柱加载、中柱卸载，外围的剪力墙应力加大的现象，即基础产生了像桥梁一样的架越作用随着箱基高度的增加，柱子的附加弯矩逐渐减小。箱基高3.5m时，柱脚处的弯矩值比箱基高度为3m时减小7%～10%；箱基高4m时，柱脚处的弯矩值比箱基高度为3.5m时减小6%左右，极个别柱子附加弯矩变化较大。剪力墙内部产生的附加弯矩值随着箱基高度的增加而减小，箱高4m的情况下，剪力墙内部产生的附加弯矩值比箱高3.5m时约减小0.55%；箱高3.5m的情况下，剪力墙内部产生的附加弯矩比箱高3m时约减小0.27%。由此可以看出，基础刚度的增加可以减少上部结构的附加内力。随着箱基高度的增加，上部结构的内力逐渐减小，说明基础刚度的增加可以减小上部结构的附加应力，使结构趋于安全。
二、处理
1.设置沉降缝或连接廊。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设置沉降缝是减少地基不均匀沉降对建筑物危害的有效办法，设置部位：一是平面形状复杂的建筑物转折部位；二是建筑物高度或荷载突变处；三是建筑物结构类型不同处，长高比过大的建筑物的适当部位，地基土软硬交界处，地基基础处理方法不同处，局部地下室的边缘，分期建造房屋的分界面。如不均匀沉降较大，且使用上又不容许设置过宽的沉降缝时，可将建筑物分为若干单独部分、互隔一定距离，另用自由沉降的构件联系，如用连接廊连接各单元，或在两端用悬挑结构连接等。
2.合理安排建筑物间的距离。建筑物作用与地基的荷载，不仅使建筑物下面的土层受到压缩，而且使周围一定范围内的土层也受到其基底压力扩散的影响而产生压缩变形，这种影响随距离的增加而减小。如两建筑物距离过近，两地基又比较软弱时，就可能产生附加沉降，使建筑物发生倾斜或开裂。为了减少建筑物的相互影响，应使建筑物相隔一定的距离。
3.控制建筑物的长高比。长高比L/h 是建筑物总长度L 与由基底算起的总高度h 之比，它是决定砖石结构房屋刚度的一个主要因素。L/h 越小，建筑物的刚度就越好，调整地基不均匀边形的能力就越大。三层和三层以上的房屋，L/h 宜小于或等于2.5，当L/h 超过2.5 时，为减少不均匀沉降带来的不利影响，房屋的纵墙应尽量做到不转折或少转折，内横墙间距不要过大，必要时应适当加强基础。如经计算，房屋预估沉降量在12cm以下时，一般情况下长高比可不受限制。
4.合理布置横墙。一般房屋纵向刚度较弱，所以纵墙应尽可能避免转折、中断或开洞过大，以免削弱纵墙刚度。但横墙能加强房屋的整体刚度和调整内外墙间的不均匀沉降。横墙间距小，建筑物的整体刚度大，可调整建筑物的不均匀沉降，所以内横墙间距不宜过大。纵横墙之间也要注意整体连接，加强整体性。
5.设置地下室或半地下室。设置地下室或半地下室是减少建筑物沉降的有效措施。对于上部土层较差而要将基础深埋的房屋，通过挖除土层能抵消一部分由建筑物荷载引起的压力，从而可减少沉降。如能在建筑物的重、高部分下面设地下室或半地下室，就可以起到调整各部分差异沉降的作用。室内过厚的填土会增加建筑物的沉降量，所以用架空地板代替室内回填土，也可减少沉降。
6.调整荷载和减少自重。对高差较大或荷载差异较大的建筑物，应合理布置重、高部分的位置，以调整不均匀沉降。上部结构自重和基础重约占总荷载的40~75%，为减少沉降，应尽量减少结构自重。如采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构、轻质墙板等。
7.设置圈梁。在墙体内设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖圈梁，可增强建筑物的整体性，防止或减少因基础沉降不均匀出现裂缝。在地震区还可以起到抗震作用。
当建筑物在使用上要求部分基础深埋时，基础埋深可以有所变化，这时应将较深部分基础做成台阶式向较浅部分过渡。为使埋深变化处沉降变化不致太大，并为使基坑开挖时不致松动台阶土，台阶的坡度应满足要求。
8.加强与改善基础的若干措施。基础的沉降量决定于土层所受的压力、土的压缩性、土层分布情况以及基础的形状、大小等。根据实际情况，加强或改善基础本身，也是减少基础沉降的办法。
在软土地基中，单独采用箱基可能导致上部结构由于不均匀沉降过大而产生的内力过大，造成结构破坏。因此，实际工程中在地基土较软的情况下应对地基进行处理（如打桩等）以增强地基刚度。在其他条件不变的情况下，随着基础刚度的增加，不均匀沉降引起的上部结构的附加内力逐渐减小，上部结构愈趋安全。
参考文献：
[1]刘红军.寒区湿地软土地基固结沉降与稳定性研究[D].中国地震局工程力学研究所，2016年.
[2]邹力.后注浆群桩基础沉降性状研究[D].西南交通大学，2016年.
论文作者:冉艳华
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/13
标签：建筑物论文; 地基论文; 结构论文; 基础论文; 刚度论文; 不均匀论文; 荷载论文; 《基层建设》2016年8期论文;