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浅谈基础梁设计
陕西大秦建设集团有限责任公司黄叙武
摘要:通过分析墙下基础梁和柱下基础梁现有计算方法的局限性,提出一些建议方法,得出墙下基础梁不应视为倒置弹性地基梁进行有关计算,柱下基础梁亦不能视为正置弹性地基梁计算的结论。
关键词:墙下基础梁,柱下基础梁,弹性模量,计算
基础梁在工程中颇为多见,但其计算方法多不一致,例如墙下基础梁、柱下基础梁,在一些文献中,视其为不同情况的弹性地基梁进行有关的计算。但这些计算方法是不符合基础梁的实际工作状态的,本文就此问题予以商讨,并提出建议,以供参考。
1现有观点
在基础梁的现有计算方法中,较有代表性的是:1)对墙下基础梁,现有观点认为,可视承台梁以上墙体为半无限平面弹性地基,基础梁与墙体(半无限弹性体)共同变形,视基础梁为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁,按弹性理论求解基础梁的反力,经简化后作为作用在基础梁上的荷载,然后按普通连续梁计算内力。2)对柱下条形基础梁,现有观点认为,可视为弹性地基梁计算,即将桩顶反力作为集中力作用在梁上,柱为梁的支座,按普通连续梁分析其内力,桩顶反力按弹性地基架计算确定。对于以上两种不同情况的基础梁,现有观点在计算过程中,均曾视其为弹性地基梁,所不同者,墙下基础梁视为倒置弹性地基梁,而柱下基础梁则视为弹性地基梁。但应指出的是,现有观点的以上处理方法,是与弹性地基梁的定义不符合的。
2基础梁的设计观点
2.1墙下基础梁
现有观点视基础梁上墙体为半无限弹性地基,基础梁为桩顶荷载作用下的倒置弹性地基梁。此处,问题的症结在于能否视墙下基础梁为倒置弹性地基梁,笔者认为墙下基础梁不能视为倒置弹性地基梁,其原因如下所述:1)基础梁以上墙体,高度一般在18m(例如8度区)左右,宽度在12m左右,抗弯刚度极大,加之该墙体还承受着相当数量的楼面荷载及墙体自重,故该墙体在桩顶荷载作用下,并不会产生变形,亦谈不上弹性,不符合半无限弹性地基假定条件中关于弹性的假定条件。2)基础梁以上墙体,因每层均有圈梁,故各层墙体间,被圈梁分隔成独立部分,已不存在连续性,整片墙实为砌体与混凝土梁的组合构件,但砖砌体与混凝土梁的弹性模量相差甚大(约10倍),故在受力中,二者是不协同的。因此,墙下基础梁不符合半无限弹性地基关于连续的假定。3)基础梁以上墙体,是由砖砌体与混凝土梁两种构件组成,且砖砌体是弹塑性材料,其弹性模量从一开始,应力与应变就不成比例。而在地震发生时,即使在小震作用下,根据震害调查,8度区框架,填充墙亦将产生较多裂缝,而中震和大震下,裂缝更为普遍,即使是框架梁、柱,亦将产生裂缝。此外,砖砌体与框架梁亦不属各向同性构件,故墙体是不符合半无限弹性地基的假定条件的。由上述可知,基础梁上墙体,并不符合半无限弹性地基的匀质、连续、弹性假定条件,故墙下基础梁不应视为倒置弹性地基梁进行有关计算。
2.2柱下基础梁
现有观点认为,柱下基础梁可视为弹性地基梁计算,与该观点相应的计算原则有两种:1)将桩顶反力作为集中力作用在梁上,柱作为梁的支座,桩顶反力按弹性地基梁计算确定,然后按普通连续梁分析内力;2)视基础梁为弹性地基梁进行分析计算。按照前者,基础梁受桩顶集中力作用,柱为梁的支座。须知此时,由于桩顶集中力与桩底轴向力平衡,则桩顶集中力并不在基础梁内产生内力,仅底层填充墙在基础梁内产生较小内力。此外,填充于框架梁和框架柱之间的填充墙,是彼此隔离的小面积独立墙片,同时填充墙目前多采用大孔洞免烧砖,故基础梁以上的填充墙是不符合半无限弹性地基条件的,且因基础梁底部只与回填土接触,并不与地基土接触,只有桩头才与地基土接触。虽然地基土(例如卵石层)在端阻力