谈建筑物沉降和建筑结构的关系

张 勇 强

(北京中寰工程项目管理有限公司上海分公司，上海 201801)

谈建筑物沉降和建筑结构的关系

张 勇 强

(北京中寰工程项目管理有限公司上海分公司，上海 201801)

通过分析建筑物产生沉降的原因，从地基承载力验算、改善基础形式、优化建筑材料与外型、合理设置沉降缝等方面，阐述了预防建筑物沉降的措施，从而确保建筑物的安全性。

建筑物，不均匀沉降，地基，沉降缝

在建设工程中，建筑物由于地基土质条件、上层结构荷载不均匀及地震等因素影响，容易使得结构发生沉降。细微的沉降在允许范围内可以忽略不计，但是超限的沉降对于建筑物造成的后果却十分严重：轻者导致墙体外皮开落、墙身开裂，重者影响建筑物结构稳定性，进而危及居民生命安全。如何去控制建筑物沉降成为建筑工程人员要面对并解决的问题。本文从设计角度探讨建筑物沉降成因，并提出相对应的解决方法。

1 建筑物沉降原因

1.1 地质条件

由文献[1][2]的计算公式s∝σ2h/Es可以得到，附加应力σ2和土层压缩厚度h，与土层的压缩模量Es相差巨大，是导致基础层产生不均匀沉降的根本性原因。同时，土体中存在大量孔隙，其具有可压缩性，也是影响建筑物基础沉降的重大原因。地基土持力层厚度不均会造成压缩变形，下卧层分布不均会造成总压缩变形。当变形超过一定限值，会导致建筑物发生不均匀沉降，严重的话，甚至会引起结构倾斜等后果。

1.2 荷载因素

建筑物承受荷载及其自重是影响建筑物沉降的另一原因。在设计过程中，对经验系数取值的不准确以及人为的计算失误，容易导致建筑物承载数值不准确，进而影响结构恒载均匀性；当施工过程中施工荷载和竣工完成后使用荷载超过相对应的设计荷载时，容易导致建筑物产生沉降。此外风荷载、雪荷载、地震荷载等因素也会对建筑物沉降带来一定影响[3]。

1.3 设计失误

设计人员在工程初期针对建筑物建模计算过程中，为美观而设计建筑物长度过长、其结构体型复杂凹凸转角较多、结构层高相差较大以及建筑物整体刚度设计不足等，均容易导致建筑物产生沉降，从而危害结构安全。

2 设计措施

2.1 做好地基承载力验算

如宽度大于3 m或者深度大于0.5 m时，选用式(1)进行计算；当考虑地基抗剪强度指标时，采用式(2)进行计算，具体见下列算式[4-6]：

fa=fak+ηbγb(b-3)+ηdγd(d-0.5)

(1)

fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck

(2)

其中，式(1)中的fa为修正的承载力特征值；fak为地基承载力特征值；式(2)中的fa为由抗剪强度确定的地基承载力设计值；Mb和Md均为承载力系数。

例如在受力层范围中土体含有软弱层时，可按下列算式进行验算地基的承载力:

pz+pcz≤faz

(3)

(4)

(5)

其中，pz，pcz和faz分别为软弱下卧层的附件压力值、自重压力值和修正的承载力特征值，式(4)和式(5)分别为条形基础情况和矩形基础的自重压力标准值计算公式。

2.2 改善基础形式

如在天然浅基础中使用独立基础，采用基础连梁设置，连接于独立基础承台之间，以增强独立基础整体稳定。如果基础上部结构承受荷载较大同时土体地基的承载力较小时，建议使用条形基础；当结构承载与地基承载差距超过界定限值时，可以考虑筏板基础。埋深方面，按照规范规定，新建结构的基础埋深不宜大于原有建筑基础，新旧基础之间应保持一定的净距。如果工程地质条件不理想，可以考虑使用桩基础。基础示意图见图1。

2.3 优化建材

在前期方案讨论阶段，在结构承载范围内，尽量尝试采用高强轻质混凝土代替普通混凝土，用以减轻结构自重；对于砌体材料方面，多采用砌体结构用轻质墙体材料代替传统的实心砖墙。

2.4 建筑物外型优化

建筑物的外型应选择受力良好、体型简单的设计；应杜绝立面形状复杂、高差较大的情况。原因在于形状复杂的建筑结构，如“工字形”“L”形等在横向与纵向的层面交接处，会导致地基中的附加应力叠加，从而带来较大的应力荷载，造成建筑物沉降，并使得墙体产生结构裂缝。另一方面，假若结构高差差异悬殊，会使得结构荷载差异增大，进而引起较大的沉降差，严重时可造成结构倾斜及倒塌。另外，在外型设计中应当合理控制长宽比值，规范建议将其控制在2.5左右，另需对上层结构进行刚度强化，用于结构不均匀沉降[7]。

2.5 合理设置沉降缝及纵横墙

沉降缝方面，一般设计是使用其将建筑物分割成独立的子单元，这些单元长高比小，刚度较大且自成抗不均匀沉降体系，可以有效防止基础不均匀沉降对建筑物带来的影响。

同时，因不均匀沉降容易对结构产生纵向挠曲，从而导致结构形成斜向的裂缝。故而要增强结构的整体性，提高建筑结构的刚度。一方面在纵墙上杜绝开洞及形成不规则转折；另一方面尽可能的使纵墙和横墙联结，增加结构整体刚度[8,9]。

3 结语

建筑物沉降是一个相对复杂的工程问题，需要各方力量共同努力，才能防止建筑物沉降带来的隐患和损失。作为结构设计人员，应从自身做起，做到做好，“做设计有概念，干工程负责任”。同时笔者也呼吁外界人为因素切勿影响建筑物沉降，如过度开采地下水等。

[1] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[2] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[3] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[5] JGJ 94—2008,建筑桩基技术规范[S].

[6] JGJ 79—2012,建筑地基处理技术规范[S].

[7] 乔淑荣.高层建筑物沉降观测及成果分析[J].工程勘察,2003(3):61-63.

[8] 余剑英,魏 纲.地下隧道施工对邻近建筑物影响的研究现状[J].工业建筑,2011(9):116-119.

[9] 吴胜发.建筑结构基础不均匀沉降及控制研究[D].广州:广州大学,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

张勇强(1986- )，男，助理工程师

TU433

A