地基基礎(chǔ)對框架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響

一、地基基礎(chǔ)功能與框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的內(nèi)涵

（一）地基基礎(chǔ)的功能

  地基是指承受建筑物荷載的土體或巖體，而基礎(chǔ)則是將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞至地基的結(jié)構(gòu)物，地基基礎(chǔ)的核心功能是“承上啟下”：一是安全可靠地承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的全部荷載，包括豎向荷載、水平荷載及彎矩；二是將這些荷載以合理的方式擴(kuò)散到地基中，保證地基土體產(chǎn)生的應(yīng)力和變形在允許范圍內(nèi)；三是有效約束上部結(jié)構(gòu)的位移，為結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定的支承邊界。依據(jù)置深度與傳力機(jī)理，基礎(chǔ)可分為淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)，基礎(chǔ)形式的選擇需綜合考量地質(zhì)條件、上部荷載特性、經(jīng)濟(jì)性和施工技術(shù)等多重因素，其設(shè)計本質(zhì)是實現(xiàn)荷載傳遞路徑的最優(yōu)化和結(jié)構(gòu)-地基協(xié)同工作的可靠性。

（二）框架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的內(nèi)涵

  框架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性是一個系統(tǒng)性概念，其包含兩個層面：一是幾何穩(wěn)定性，即結(jié)構(gòu)體系本身是幾何不變且無多余約束的，這是結(jié)構(gòu)成立的前提；二是力學(xué)穩(wěn)定性，即結(jié)構(gòu)在荷載作用下，其內(nèi)力和變形可以達(dá)到平衡狀態(tài)，且當(dāng)受到微小擾動時，可以恢復(fù)到原有的平衡狀態(tài)。對于框架結(jié)構(gòu)，失穩(wěn)通常表現(xiàn)為兩種形式：一是整體失穩(wěn)，如結(jié)構(gòu)在水平力作用下發(fā)生過大側(cè)移甚至傾覆；二是局部失穩(wěn)，如單個或部分構(gòu)件因受力過大而屈曲，進(jìn)而引發(fā)整體結(jié)構(gòu)的連鎖破壞，地基基礎(chǔ)的性能直接影響著框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性邊界，其不均勻沉降或過大變形會顯著降低結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定儲備[1]。

二、地基基礎(chǔ)對框架結(jié)構(gòu)整體性能的具體影響

（一）對結(jié)構(gòu)承載能力和安全性的影響

地基基礎(chǔ)的承載能力是框架結(jié)構(gòu)安全的第一道防線，若地基承載力不足，在荷載作用下會發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致基礎(chǔ)急劇下沉、傾斜，甚至整體失穩(wěn)，進(jìn)而引發(fā)上部框架結(jié)構(gòu)的連鎖性破壞，后果不堪設(shè)想，如：建于軟弱地基上的建筑，若設(shè)計時未對地基進(jìn)行有效處理，在建筑竣工后或使用過程中，隨著荷載的增加或土體含水量的變化，地基可能發(fā)生整體或局部剪切破壞，使建筑瞬間倒塌。另外，基礎(chǔ)的尺寸、配筋若不足以抵抗地基反力或上部荷載傳來的彎矩、剪力，基礎(chǔ)自身會發(fā)生斷裂，同樣會喪失對上部結(jié)構(gòu)的有效支撐，直接威脅整體安全，此種破壞的隱蔽性在于其初期普遍表現(xiàn)為微小的、不易察覺的沉降或裂縫，但隨著時間的推移與荷載的持續(xù)作用，損傷會不斷累積，最終達(dá)到臨界點而突然爆發(fā)。所以，地基基礎(chǔ)的設(shè)計不但需考慮極限承載力，更要關(guān)注其在長期荷載作用下的耐久性和穩(wěn)定性，保證其在設(shè)計使用年限內(nèi)始終作為上部結(jié)構(gòu)的堅實“底盤”[2]。

（二）對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

  在地震作用下，地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的相互作用更為復(fù)雜。一方面，軟弱地基或液化地基會放大地震動的幅值，延長其周期，相當(dāng)于將更強烈的地震波輸入給上部結(jié)構(gòu)，增加了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。另一方面，基礎(chǔ)在地震中會發(fā)生平移、轉(zhuǎn)動及搖擺，這種運動會影響上部結(jié)構(gòu)的振動特性，可能改變其自振周期，使其和地震波的卓越周期更接近，從而發(fā)生“類共振”現(xiàn)象，加劇結(jié)構(gòu)破壞。此外，若地基在地震中發(fā)生液化、不均勻沉降或失效，將直接導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)失去支撐，發(fā)生傾覆或嚴(yán)重下沉。所以，一個穩(wěn)定、可靠的地基基礎(chǔ)是框架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)“大震不倒”抗震設(shè)防目標(biāo)的根本前提，這種相互作用也意味著，一個設(shè)計良好的基礎(chǔ)系統(tǒng)不僅能傳遞荷載，還能在一定程度上通過其自身的變形和耗能，起到隔震或減震的作用，從而保護(hù)上部主體結(jié)構(gòu)。反之，若基礎(chǔ)設(shè)計不當(dāng)，則會成為地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞的“放大器”，使精心設(shè)計的上部抗震措施功虧一簣。

（三）不均勻沉降對框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響

  不均勻沉降是地基基礎(chǔ)問題中對框架結(jié)構(gòu)影響最為普遍且破壞性最強的一種形式，絕對均勻的沉降在工程中幾乎不存在，而不均勻沉降，即沉降差，會在超靜定的框架結(jié)構(gòu)中引起巨大的附加內(nèi)力。具體影響體現(xiàn)在：

1.產(chǎn)生附加應(yīng)力和開裂：當(dāng)框架結(jié)構(gòu)相鄰柱基出現(xiàn)沉降差時，會強制與之相連的梁和板發(fā)生變形，梁將承受額外的彎矩與剪力，當(dāng)這些附加內(nèi)力和原有荷載下的內(nèi)力疊加，超過構(gòu)件材料的抗力時，就會在梁端、柱頂或跨中出現(xiàn)裂縫，墻體作為非承重構(gòu)件，對不均勻沉降更為敏感，極易產(chǎn)生斜向或水平的“八字形”或“倒八字形”裂縫，影響美觀與使用功能。

2.改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布：不均勻沉降會改變框架結(jié)構(gòu)的原始計算簡圖，導(dǎo)致內(nèi)力重分布，原本受力較小的構(gòu)件可能因沉降變形而承受巨大荷載，而主要受力構(gòu)件的受力狀態(tài)也可能發(fā)生不利改變，使得結(jié)構(gòu)某些部位的安全儲備被過度消耗，形成安全隱患。

3.導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傾斜與功能喪失：嚴(yán)重的不均勻沉降，特別是建筑一側(cè)的沉降顯著大于另一側(cè)時，會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜。這不但影響建筑的正常使用（門窗變形、電梯無法運行），更會因結(jié)構(gòu)重心偏移而產(chǎn)生附加的傾覆力矩，加劇結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，在極端情況下（如地震）可能引發(fā)倒塌。值得注意的是，ci種由沉降引起的內(nèi)力重分布是一個動態(tài)的、持續(xù)的過程，它使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)始終處于不斷調(diào)整之中，極易導(dǎo)致疲勞損傷的累積，大大縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命，并使其在遭遇偶然荷載時變得異常脆弱[3]。

三、設(shè)計與施工中的控制要點

綜上所述，為保證框架結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在地基基礎(chǔ)的設(shè)計和施工中應(yīng)重點關(guān)注以下幾點：

（一）推行動態(tài)設(shè)計與信息化施工理念

  地質(zhì)條件的復(fù)雜性與不確定性決定了靜態(tài)、一成不變的設(shè)計方案無法完全應(yīng)對現(xiàn)場實際，所以，要構(gòu)建aā動態(tài)設(shè)計反饋機(jī)制。在施工過程中，通過布設(shè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對基坑變形、周邊建筑物沉降、地下水位變化以及支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集與分析。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)計預(yù)測出現(xiàn)較大偏差時，設(shè)計方和施工方必須迅速聯(lián)動，及時調(diào)整設(shè)計方案或施工工藝，例如優(yōu)化支護(hù)參數(shù)、變更降水方案或調(diào)整地基處理深度，形成“預(yù)測-監(jiān)測-反饋-調(diào)整”的閉環(huán)管理，保證工程安全始終處于可控狀態(tài)。

（二）強化關(guān)鍵節(jié)點的精細(xì)化施工與過程控制

 基礎(chǔ)工程的成敗是取決于細(xì)節(jié)，對于樁基礎(chǔ)，要嚴(yán)格控制成孔/成樁質(zhì)量，包括孔深、孔徑、垂直度、沉渣厚度以及混凝土灌注的連續(xù)性和密實度，預(yù)防出現(xiàn)斷樁、縮頸、離析等致命缺陷。對于筏板或箱型基礎(chǔ)，鋼筋的綁扎間距、搭接長度、節(jié)點錨固以及混凝土的澆筑順序、振搗密實度與養(yǎng)護(hù)措施均需嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求。特別要重視后澆帶的處理，要確保其留置位置準(zhǔn)確、鋼筋貫通，并在主體沉降趨于穩(wěn)定后，要選用強度等級高的微膨脹混凝土進(jìn)行精心澆筑和養(yǎng)護(hù)，以有效釋放早期沉降應(yīng)力，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最終整體性。

（三）實施全壽命周期的健康監(jiān)測與維護(hù)

  地基基礎(chǔ)的影響并非隨著工程竣工而終結(jié)，而是一個長期作用的過程，對于重要或地質(zhì)條件復(fù)雜的建筑，要在設(shè)計階段即預(yù)埋長期監(jiān)測傳感器，如沉降觀測點、測斜儀、土壓力盒等。在建筑運營期間，定期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和結(jié)構(gòu)健康評估，構(gòu)建“數(shù)字檔案”，通過分析沉降-時間曲線的變化趨勢，可以預(yù)判潛在的不均勻沉降風(fēng)險，并及時采取糾偏、加固等預(yù)防性維護(hù)措施，將隱患消滅在萌芽狀態(tài)，從而真正實現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)全生命周期的安全和穩(wěn)定[4]。

  四、結(jié)語

    地基基礎(chǔ)是框架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的基石，在工程實踐中，要堅持“地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)”一體化的設(shè)計理念，從勘察、設(shè)計到施工全過程進(jìn)行精細(xì)化管控，才能夠保證建筑結(jié)構(gòu)的安全和耐久，真正實現(xiàn)“萬丈高樓平地起”的穩(wěn)固與長久。

文章來源：《產(chǎn)品可靠性報告》http://www.00559.cn/w/kj/32519.html