浅谈建筑结构地基与基础的关系

摘要 随着我国经济的快速发展,高层建筑如雨后春笋般大量涌现。由于高层建筑的受力复杂,对基础的强度、刚度和稳定性的要求更加严格。因此,上部结构和基础、地基的共同工作问题,成为高层建筑分析中人们所关注的问题。本文对建筑基础分类及构造,基础埋深及地基和基础的关系作了详细阐述。

关键词 地基;基础;构造;关系

中图分类号TU753 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)24-0059-02

1 基本概念

1)基础是建筑物地面以下的承重构件,它承受建筑物上部结构传下来的全部荷载,并把这些荷载与基础自身荷载一起传给地基。基础是建筑物的组成部分;

2)地基是基础下面承受荷载的土层,承受着基础传来的全部荷载。地基不属于房屋组成部分;

3)地耐力。地基每平方米所能够承受的最大压力,称为地基允许承载力。

地基基础的投资一般占整个建筑物总投资的10%~20%。

2 天然地基和人工地基

1)天然地基:当地基有足够承载力,不需要经过人工加固,可直接在其上建造房屋,称为天然地基;

2)人工地基。土层的承载力较差,或虽然土层较好,但上部荷载较大时,为了使地基具有足够的承载力,对土层进行人工加固和改良,这种经过人工处理的土层,称为人工地基。

人工加固地基通常采用方法。

(1)压实法;

(2)换土法;

(3)水泥搅拌和剂密法;

(4)化学加固法。

3 基础的埋置深度

1)影响基础埋深的因素:建筑物上部荷载的大小、地基土质的好坏、地下水位的高低、土的冰冻的深度以及新旧建筑物的相邻交接关系等。

2)类别

深基础――埋置深度大于4m;

浅基础――埋置深度小于0.5m~4m之间;

不埋基础――直接做在地表面上的基础。

为了防止冻融时土内所含的水的体积发生变化会对基础造成不良影响,基础底面应埋在冰冻线(结冰的土层厚度处)以下200mm。

3)基础埋深:基础埋深是指室外地坪到基础底面的距离

4 基础的分类及构造

4.1 基础类型

1)按基础的构造形式:可以分为条形基础、独立柱基础、联合基础(井格式基础、片筏式基础、板式基础、箱形基础)、桩基础;

2)按基础受力特点:基础分为刚性基础和柔性基础;

3)按基础所使用的材料:基础包括砖基础、毛石基础、混凝土基础、灰土基础、三合土基础、毛石混凝土基础、钢筋混凝土基础等。

4.2 基础的形式与选择

1)刚性材料是指抗压强度高,而抗拉抗剪强度低的材料。如砖、石、素混凝土等;

2)刚性基础。用刚性材料制作的基础,底面宽度扩大受刚性角的限制。

从受力和传力角度考虑,由于土壤单位面积的承载能力小,上部结构通过基础将其荷载传给地基时,只有将基础底面积不断放脚加大面积,才能适应地基受力的要求。

由于刚性材料抗压能力强,抗拉能力弱。因此,压力分布角只能在材料的抗压范围内控制。如果基础底面宽度超过控制范围,致使刚性角扩大。这时,基础会因受拉而破坏。刚性基础底宽度的增大要受到刚性角的限制。

4.3 刚性基础构造

1)毛石基础。抗压、冻、抗水、抗腐蚀性能好

(1)组成:石材+砂浆;

(2)剖面形式:矩形基础,底面宽度

(3)适用于地下水位较高或冻结深度较深的多层民用建筑。

2)砖基础

(1)组成:粘土砖+砂浆;

(2)剖面形式:台阶形;

(3)砌筑方式:等高式;间隔式;

(4)特点: 因砖易受潮,抗冻性差,在砖基下面放置垫层,垫层地材料可用3:7灰土、碎砖三合土或砂等;

(5)适用于地基土质好,地下水位较低的低层建筑(5层以内)。

4.4 非刚性基础(柔性基础)

当建筑物的荷载较大时,基础底面加宽,如仍采用砼材料,势必导致基础深度要加大。这样,既增加了挖土工作量,而且还使材料用量增加,对工期和造价都十分不利。

如果在砼基础的底部配以钢筋,利用钢筋来承受拉力,使基础底部能够承受较大弯矩,这时基础宽度的加大不受刚性角的限制,故称钢筋砼基础为柔性基础。

为了保证钢筋砼基础施工时,钢筋不致陷入泥土中,常须在基础与地基之间设置砼垫层。

4.5 按基础的构造型式分类

基础构造型式的确定随建筑物上部结构形式、荷载大小及地基土质情况而定。

在一般情况下,上部结构形式直接影响基础的型式,但当上部荷载增大,且地基承载能力有变化时,基础型式也随之变化。

常见基础有以下几种:

1)条形基础

当建筑物上部结构采用砖墙或石墙承重时,基础沿墙身设置,多做成长条形,这种基础称条形基础或带形基础,所以条形基础往往是砖石墙的基础形式。条形基础分墙下条形基础和柱下条形基础。

2)独立基础

当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架及门架结构承重时,其基础常采用方形或矩形的单独基础,这种基础称独立基础或柱式基础。

独立基础是柱下基础的基本形式。当柱采用预制构件时,则基础做成杯口形,然后将柱子插入。并嵌固在杯口内,故称杯形基础。

3)井格式基础

当框架结构处在地基条件较差的情况时,为了提高建筑物的整体性,避免各柱子之间产生不均匀沉降,常将柱下基础沿纵、横方向连接起来,做成十字交叉的井格基础,故又称十字带形基础。

4)筏形基础

当建筑物上部荷载较大,所在地的地基承载能力比较弱,采用简单的条形基础或井格式基础不能适应地基变形的需要时,常将墙或柱下基础连成一片,使整个建筑物的荷载承受在一块整板上,这种满堂的板式基础称为筏式基础。筏式基础有平板式和梁板式之分。

不埋板式基础是在天然地表上,将场地平整并用压路机将地表土碾压密实后,在较好的持力层上,浇灌钢筋砼平板。这一平板便是建筑物的基础。在结构上,基础如同一只盘子反扣在地面上承受上部荷载。这种基础大大减少了土方工作量,且较适宜于较弱地基的情况,特别适宜于5~6层整体刚度较好的居住建筑中。

5)箱形基础

箱形基础是由钢筋砼的底板、顶板和若干纵横墙组成的,形成空心箱体整体结构,共同承受上部结构荷载。

箱形基础整体空间刚度较大,对抵抗地基的不均匀沉降有利,一般适用于高层建筑或在软弱地基上建造的重型建筑物。当基础的中空部分较大时,可用作地下室。

5 结论

综上所述,地基基础是工业与民用建筑结构设计的重要组成部分,建筑设计的成败,取决于基础设计方案选择是否妥当,以及基础设计能否适应建筑场地地基上的实际情况。建筑物下的地基土必须有足够的承担上部建筑物传来的荷载。其变形又必须在允许的范围之内。建筑物的建造使地基中原有应力状态。

参考文献

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