于桩基础沉降差较小,可根据施工期间的沉降观测结果,随时浇筑后浇带混凝土。后浇带浇筑用的混凝土,宜采用浇筑水泥或硫酸铝盐等早强、快硬、无收缩的水泥;同时,基础底板及地下室外墙在施工后浇带处要做好防水处理。
北京西苑饭店新楼,主楼地下3层,地上23层,加塔楼总高度93.51m;裙房地下2层,地上2—3层;主楼采用箱形基础,底面标高为-12m,支承在砂卵石层上,裙房采用交叉梁基础,底面标高为-7.55—-9.5m,支承在粉砂层上。由于基底土质较好,绝对沉降量小,该结构采用了主楼与裙房之间不设沉降缝而连为整体的方案,为减小主楼与裙房之间的差异沉降量,在施工期间,从基础到裙房屋顶留有后浇带,如图所示,待主楼施工至23 层时浇筑后浇带连为整体。
下图所示为某高层建筑平面,主楼均为矩形平面框筒结构,Ⅰ、Ⅱ栋分别为14 层和18 层,Ⅲ、Ⅳ栋分别为28 层和23 层,由防震缝分为两段;裙房5 层,与主楼共用一个基础,施工时在主楼与裙房之间留有后浇带。
四、地基、基础和上部结构的共同作用分析
地基、基础和上部结构三者是一个整体,要正确地求得基础的真实受力情况,必须考虑三者的共同作用,就是把地基、基础和上部结构看作一个彼此相互协调工作的整体,在连接点和接触点处满足变形协调条件以求得整个系统的变形和内力。由于这种计算分析方法十分复杂,有待于进一步完善,目前尚不能完全用于实际工程。
实际工程中,一般是将上部结构与基础分离开,并假定它固定于基础顶面(图(a)),然后按结构力学方法求得支座反力(图(b)),并反作用于基础,作为基础承受的荷载(图(c))。
当考虑地基与基础的共同作用时,将基础看作(弹性)地基上的梁或板,按照不同的地基模型根据静力平衡条件和接触点处的变形协调条件计算基底反力及基础的内力。当不需要考虑地基与基础的共同作用时,假定基底反力为直线分布,将柱视为支座,基础看成倒置的连续梁或板,在基底净反力作用下按结构力学方法计算基础内力。
由上可知,目前对上部结构的分析,一般不考虑与地基、基础的共同作用;基础的分析有时虽考虑了与地基的共同作用,但通常也不计入上部结构的影响。尽管如此,掌握地基、基础、上部结构相互作用的基本概念将有助于了解各类基础的性能、正确选择地基基础方案、评价常规分析与实际之间的可能差异、理解影响地基变形允许值的因素等有关问题。因此,高层建筑基础应根据上部结构和地质状况进行设计,宜考虑地基、基础与上部结构相互作用的影响。
1、上部结构刚度对基础内力的影响
从与地基变形相互作用的观点出发,上部结构可分为刚性结构、柔性结构和半刚性结构。当上部结构为绝对刚性时,地基变形只使各柱均匀下沉(图(a));若忽略柱端的转动约束作用,则柱端可视为基础梁的不动铰支座,亦即基础犹如倒置的连续梁,不产生整体弯曲,在基底反力作用下只产生局部弯曲。当上部结构为绝对柔性时,上部结构对基础的变形毫无制约作用(图(b)),基础梁在产生局部弯曲的同时,还产生很大的整体弯曲。由上可见,两种情况下基础梁的挠曲形式及相应的内力图有很大的差别。
工程中的实际结构常介于上述二者之间,属于半刚性结构。一般根据工程经验定性地判断比较接近哪一种情况,了解可能出现的地基变形特征并判定结构出现破坏的部位,以便采取有效措施。如上部结构为剪力墙结构房屋,则接近于绝对刚性结构;单层排架房屋接近于柔性结构。但是刚度较大的上部结构在抵抗和调整地基变形的同时,结构内部将产生很大的附加应力;反之,上部结构刚度愈小,产生的附加应力也愈小。
2、基础刚度对地基反力的影响
绝对柔性基础且当忽略上部结构刚度时,其抗弯刚度为零,对荷载传递无扩散作用,如同荷载直接作用在地基上,基底反力分布与它受到的荷载分布完全一致,因此基础中不产生弯矩和剪力。在均匀分布荷载作用下,基础的沉降是中间大而两边小,呈盆形(图(a));为了使基础的沉降趋于均匀,荷载分布应是中间小两边大,呈不均匀状(图(b))
当基础为绝对刚性时,其抗弯刚度为无限大,不论上部结构的刚度大小和荷载分布,基础受力沉降后仍保持为平面。若上部结构荷载的合力作用点通过基底的形心,则基础产生均匀沉降,基底反力分布为边缘大而中间小的曲线(图(a)中的实线);当荷载偏心作用时,基础沉降后为一倾斜的平面,基底反力分布也为不对称的曲线(图(b)中的实线)。
由上可知,刚性基础在调整基础沉降使之均匀的同时,还使基底反力分布由中间向两边转移;刚性基础这种能跨越基础中间,将承受的荷载向两边转移的现象称为基础的“架越作用”。显然,基础的刚性越大,这种“架越作用”也越大,因而基础中部受到的弯矩也越大。当基底边缘处的压应力超过了地基土的线弹性阶段时,随着塑性区的发展,基底反力产生重分布,塑性区最先出现在边缘处,使反力减小,并向中部转移,形成马鞍形分布,如图中的虚线所示。
实际上,基础的刚度是有限的,因而其基底反力分布介于上述两种情况之间。理论分析与实验研究表明,基底反力不仅与基础刚度有关,还涉及到土的类别与其变形特性、荷载大小与分布、土的固结与蠕变特性、以及基础的埋置深度与形状等多种因素。如果基础底面积足够大,有一定埋置深度,荷载不大,地基尚处于线性变形阶段,则基底反力分布为马鞍形(图(a))。砂土地基上的小型基础,埋置深度较浅或荷载较大时,基础边缘塑性区的扩大导致这部分地基土所卸除的荷载必然转移给基底中部的土体,使中部基底反力增大,呈抛物线形(图(b))。当荷载非常大,以致地基接近整体破坏时,基底反力更加向中部集中而呈钟形(图(c))