基础梁计算问题

    基础梁计算问题的商榷
    摘要:本文结合实际工程设计工作,考虑基础梁在计算时,不能按弹性地基梁分析内力,规范及大部份文献均有不妥之处,应予修正。
    关键词: 基础、梁、设计

    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(即一般文献中所称的墙下承台梁,柱下承台梁),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,故此,本文就此问题予以商榷,并提出建议方法,以供设计参考。

    一、现有观点
    在基础梁的现有计算方法中,较有代表性的是以下两种:
    (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。

    二、笔者观点
    ⑴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,亦谈不到弹性,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,系由砖砌体与混凝土梁两种构件组成,且砖砌体系弹塑性材料,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,则裂缝更为普遍,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。

    ⑵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:其一是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;其二是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,系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,故基础梁以上之填充墙是不符 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)在端阻力作用下将产生一些 变形,桩身亦会产生弹性压缩变形,但柱下基础梁并不符合倒置弹性地基梁定义。
    而对于后者,由于同样的原因,柱下基础梁亦不能视为正置弹性地基梁。
    综上所述可知,问题的要害是应区分弹性地基梁与普通基础梁的界限,因为这是两种不同的概念。弹性地基梁与普通基础梁在两个主要方面存在不同:
    A普通基础梁的超静定次数是有限的,弹性地基梁的超静定次数是无限的;
    B普通基础梁可略去地基的变形,弹性地基梁由于梁与地基共同变形,故必须考虑地基变形,方能满足变形连续条件