結構設計中基礎梁計算的商榷

2022-09-12 12:15:06 字數 2273 閱讀 5417

0 引言基礎梁是指兩端與承臺或獨立柱基相連的梁,基礎梁在工程中頗為多見。從受力方式來說,基礎梁一般只承擔豎向力作用或在調節相鄰基礎不均勻沉降時產生軸向拉力作用。作用荷載主要包括:

(1)基礎梁上的牆體荷載;(2)相鄰基礎間柱豎向荷載的差值。從抗震角度講,基礎梁不承擔抗震作用。實際設計中基礎梁的計算方法多不一致。

例如牆下基礎梁,柱下基礎梁(即一般文獻中所稱的牆下承臺梁,柱下承臺梁)。在一些文獻中,將其視為不同情況的彈性地基梁進行有關的計算,這些計算方法與基礎梁的實際工作狀態是不相符合的。本文就此問題予以商榷,並提出建議方法,以供設計參考。

1 現有觀點在基礎梁的現有計算方法中,較有代表性的是以下兩種:(1)對牆下基礎梁,現有觀點認為,可視承臺梁以上牆體為半無限平面彈性地基,基礎梁與牆體(半無限彈性體)共同變形,視基礎梁為樁頂荷載作用下的倒置彈性地基梁,按彈性理論求解基礎梁的反力,經簡化後作為作用在基礎梁上的荷載,然後按普通連續梁計算內力。(2)對柱下條形基礎梁,現有觀點認為,可視為彈性地基梁計算,即將樁頂反力作為集中力作用在梁上,柱為梁的支座,按普通連續梁分析其內力,樁頂反力按彈性地基架計算確定。

對於以上兩種不同情況的基礎梁,現有觀點在計算過程中,均曾視其為彈性地基梁,所不同的是,牆下基礎梁視為倒置彈性地基梁,而柱下基礎樑則視為彈性地基梁。但應指出的是,現有觀點的以上處理方法,是與彈性地基梁的定義不符合的。2 筆者觀點2.

1 牆下基礎梁現有觀點視基礎梁上牆體為半無限彈性地基,基礎梁為樁頂荷載作用下的倒置彈性地基梁。此處,問題的癥結在於,能否視牆下基礎梁為倒置彈性地基梁。筆者認為牆下基礎梁不能視為倒置彈性地基梁;其原因如下所述。

(1)基礎梁以上牆體,高度一般在18m(例如8度區)左右,寬度在12m左右,抗彎剛度極大,加之該牆體還承受著相當數量的樓面荷載及牆體自重,故該牆體在樁頂荷載作用下,並不會產生變形,亦談不到彈性,不符合半無限彈性地基假定條件中關於彈性的假定條件。(2)基礎梁以上牆體,因每層均有圈樑,故各層牆體間,被圈樑分隔成獨立部分,已不存在連續性,整片牆實為砌體與混凝土梁的組合構件,但磚砌體與混凝土梁的彈性模量相差甚大(約10倍),故在受力中,二者是不協同的。因此,牆下基礎梁不符合半無限彈性地基關於連續的假定。

(3)基礎梁以上牆體,係由磚砌體與混凝土梁兩種構件組成,且磚砌體系彈塑性材料,其彈性模量從一開始,應力與應變就不成比例。而在**發生時,即使在小震作用下,根據震害調查,8度區框架,填充牆亦將產生較多裂縫,而中震和大震下,則裂縫更為普遍,即使是框架梁、柱,亦將產生裂縫。此外,磚砌體與框架梁亦不屬各向同性構件,故牆體是不符合半無限彈性地基的假定條件的。

由上述可知,基礎梁上牆體,並不符合半無限彈性地基的勻質、連續、彈性假定條件,故牆下基礎梁不應視為倒置彈性地基梁進行有關計算。2.2 柱下基礎梁現有觀點認為,柱下基礎梁可視為彈性地基梁計算,與該觀點相應的計算原則有兩種:

其一是將樁頂反力作為集中力作用在梁上,柱作為梁的支座,樁頂反力按彈性地基梁計算確定,然後按普通連續梁分析內力;其二是視基礎梁為彈性地基梁進行分析計算。按照前者,基礎梁受樁頂集中力作用,柱為梁的支座。須知此時,由於樁頂集中力與樁底軸向力平衡,則樁頂集中力並不在基礎樑內產生內力,僅底層填充牆在基礎樑內產生較小內力。

此外填充於框架梁和框架柱之間的填充牆,系彼此隔離的小面積獨立牆片,同時填充牆目前多採用大孔洞免燒磚,故基礎梁以上之填充牆是不符合半無限彈性地基條件的,且因基礎梁底部只與回填土接觸,並不與地基土接觸,只有樁頭才與地基土接觸。雖然地基土(例如卵石層)在端阻力作用下將產生一些變形,樁身亦會產生彈性壓縮變形,但柱下基礎梁並不符合倒置彈性地基梁定義。而對於後者,由於同樣的原因,柱下基礎梁亦不能視為正置彈性地基梁。

綜上所述可知,問題的要害是應區分彈性地基梁與普通基礎梁的界限,因為這是兩種不同的概念。彈性地基梁與普通基礎梁在兩個主要方面存在不同:(1)普通基礎梁的超靜定次數是有限的,彈性地基梁的超靜定次數是無限的;(2)普通基礎梁可略去地基的變形,彈性地基梁由於梁與地基共同變形,故必須考慮地基變形,方能滿足變形連續條件。

3 結論本文對牆下基礎梁、柱下基礎梁的受荷方式進行分析,對基礎樑同上部結構的共同作用產生的差異進行合理假設,同時考慮了地基梁與地基土體和樁體的相互作用。通過以上分析,得出如下結論:(1)對於牆下基礎梁,梁上牆體不應視為半無限彈性地基,基礎梁不應視為樁頂荷載作用下的倒置彈性地基梁。

(2)對於柱下基礎梁,不應視為彈性地基梁。(3)牆下基礎梁及柱下基礎梁,均應按普通連續梁計算。通過對基礎梁設計計算的討論,希望對廣大結構設計工作者有所幫助。

結構計算應力求準確安全,還應合理經濟。參考文獻:【1】《混凝土結構設計規範》(gb50010-2011)【2】《建築地基基礎設計規範》(gb50007-2011)【3】《建築樁基技術規範》(jgj 94-2008)【4】 《建築地基處理技術規範》(jgj 79-2002)注:

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