浅基础中土与土中柱的相互作用浅析

关晓迪

关键字：浅基础；土体；土中柱；相互作用

多层和小高层结构是日常生活中常见的结构形式，基础多选用埋深不超过5m的浅基础，在这些基础计算中，对于土体的作用考虑甚少，但实际工程中，土体对于上部结构的作用以及土体与土中柱的共同作用是不应被忽视的，本文就对土与土中柱的共同作用以及基础埋深对上部结构的影响进行分析。

土体的嵌固作用一定会对上部结果造成影响，为了更好理解土体对于结构的影响，特别是针对浅基础建筑，现对土体与土中柱共同作用，以及基础埋深对上部结构的影响的结论进行总结。

1 土体与土中结构共同作用对上部的影响

1.1 对变形的影响

对于框架结构，土体与土中结构的共同作用，会使结构的水平位移变大，如果结构高度越大，则其顶点的位移会增加的越明显[1]。产生这一现象的原因是这样的，框架结构本身具有一些特点，如侧向刚度相对较小，对于整个结构，当有水平荷载时，框架结构会产生剪切变形，且各层都会产生剪切变形。同时，对于单桩而言，基础自身在水平力作用下，也会有转角和位移，在几方面的共同作用下，框架结构中的底层柱，其整体的受力就会发生改变，同时我们也要看到，整个建筑物柱顶的位移是由各层的位移和底层柱的柱脚的转动而决定的，是累加的结果。当二者都发生改变的时候，建筑物柱顶的位移自然就会有所改变。

若将结构的嵌固点选在底层柱的底端，柱脚的转动使底层柱柱顶的弯矩相应变大，随之而来的就是各层的层间位移的变化，将这种传递进行下去，整个建筑物顶点的位移一定会相应增大，通过从这个角度说明，可以再次证明，考虑共同作用，水平位移会变大。

1.2 对个别构件内力的影响

对于浅基础建筑，考虑土体与土中结构的共同作用，将使梁的内力相应增加，同时，结构底层柱的内力发生很大的变化，对于柱脚弯矩而言，中柱相应值会上升，边柱相应值会下降，此外，柱顶相应弯矩值会变大，值得注意得是，这些变化在底层会变化比较明显，随着高度的增大，这种情况会慢慢减弱，直到消失[2]。根据另外的相关资料：基于共同作用，对于柱子轴力变化量很大的为：底层柱，尤其针对角柱，此外还有次边柱。不容忽视的是，如果将地面处取为固接，无论采用哪种形式的固接，对于中柱来说，都会造成不必要的浪费，但同时对于边柱来说，则可能造成安全隐患[3]。所以我们要考虑土体与结构的共同作用，不能忽略土体的约束作用，这样才能使得设计更安全，同时更经济。

2 基础埋深对于浅基础建筑上部的影响

下面我们讨论浅基础中的一个很重要的影响因素即埋深对于上部有哪些影响，根据现资料的总结，可以分为以下三个方面：

1）基础埋深对于上部结构的稳定性有很大影响，基础埋置深度越大，整个结构的抗倾覆能力也就越强[4]，同时，抗滑移的能力也随之增大，这些思想从规范中可以找到相应的体现，如《高规》中对于建筑物的埋置深度就有相应的规定，出现这些规定的主要原因即为：基础埋深对于建筑物的安全十分重要，为了避免倾覆或者滑移的出现，是要有相应的基础埋深作为保障的。此外，在有地震作用的情况下，动力效应也会变得更明显，为了更好的控制相关的动力效应的变化，增大基础埋深也是十分必要而且有效的方法，这种动力效应变化较大的现象在地基土的承载力较差的情况下更为明显，所以，在土质较差的地区，更应该重视基础埋深的重要影响，加大基础埋深以保证整体结构的抗倾覆能力和抗滑移的能力。

2）对于浅基础建筑，现有许多文献表明，地基的承载能力随埋深的增大不断增大，这种变化关系几乎为线性的，所以在设计过程中，基础埋置深度对于地基承载力的作用是不可忽略的，这也再次说明将嵌固点选在地面的柱脚处是不合适的，这样对于地基承载力的利用是一种浪费。

出现上述现象的原因也不难理解，基础埋深的增加必然使得土中结构的周围有更多的土体，更多的土体必然会带来更大的土自重，自重越大，土的极限荷载会随之增大，同时，土的临界荷载也会随之提高，在这种情况下，地下结构附近的土体的塑性区的大小就会相应减少，塑性区减少就会提高地基的承载能力。这就是基础埋深增大可以大大提高地基承载能力的原因。

3）大部分的多层框架建筑中都会设有地梁，地梁的受力情况会随着基础埋深的增加而有较大的变化，现有很多文献对于基础埋深和地梁的变化规律做了相关的研究，研究结果说明：在没有加入基础埋深的影响时，所得到的地梁内力相对较大，而考虑基础埋深的有利影响时，地梁的内力就会相应减小。针对本文的基础埋置深度较大的情况，埋深对于地梁内力的削弱是有效的，在设计过程中应当加以考虑。

通过分析可以得出：基础埋深对于结构稳定性的提高、地基承载力的提高以及地梁受力的减弱都有较大的贡献，基础的水平位移，特别是建筑物顶部位移会随着埋置深度的变大而不断减少，考虑土体与土中结构共同作用对框架结构的水平位移，结构构件内力均有较大影响，这些影响在分析计算过程中是不能不考虑的。