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结构沉降与收缩

2年前浏览1450

在结构计算中，沉降计算是难点之一，很少有人能把结构沉降算清楚。但奇怪的是，我们对沉降问题似乎不是很关注。

均匀沉降，对结构本身影响不大，我们担心的，其实是沉降差。沉降差在微观上，会引起结构构件的附加内力；宏观上，会导致结构倾斜。

先说结构倾斜。我们首先想到了大名鼎鼎的“比萨斜塔”。比萨斜塔的“斜”，非有意为之，而是早期未被重视的“地基不均匀”所致。

苏州也有一座斜塔，虎丘斜塔。这座斜塔倾斜的原因，和比萨斜塔一样，都与地基的不均匀沉降有关。

最近这几年，我们很少听到因地基问题而造成建筑倾斜的案例。最主要的原因是，现在的地质勘察技术和施工精度比过去好很多。

接着，我们看看，沉降引起附加内力的问题。力，我们自然是看不到的，但力引起的变形，我们可以观察。对混凝土结构来说，最直观的变形是裂缝。

我随手拍了几张某小区外墙的照片。

对此类外墙，高墙与矮墙的高度比约为4:1，采用相同的基础形式，地基附加应力比也约为4:1，差异沉降自然不可避免。

类比超高层建筑，在塔楼和裙房交接位置，由于没有设置沉降缝，沉降不均，导致交接位置产生附加内力，混凝土也容易开裂。

很多时候，混凝土裂缝很小，小到并不容易被发现。但是，不被我们发现的裂缝，却可能会被水发现。在地下工程中，结构底板、地下室外墙渗水，沉降不均是主要原因之一。

《寻绿》这本书曾给出一个类似的案例，我简述其原理。

在地下室设计时，局部地下室由于压重不足，按照抗浮要求设置抗拔桩，这虽然解决了抗浮问题；但反过来看，枯水期时，局部地下室的竖向荷载比一般区域小，由于抗拔桩的抗压作用，局部抗压刚度反而较大，此范围的沉降，会明显小于一般区域，沉降差引起裂缝，最终导致漏水。

在超高层建筑中，我们普遍采用嵌岩桩（深圳地区），嵌岩桩的沉降似乎可以忽略，但桩身的压缩变形还是值得讨论的。

初步估算，桩身混凝土强度C40，桩径1.2m~2.0m，桩长20m左右，考虑长期作用，混凝土弹性模量折减系数取0.5~0.8，桩身的压缩变形约为10~15mm。

另外，按照规范规定，对端承型桩，孔底沉渣厚度最大值为50mm。

综合考虑上述两个因素，桩顶变形其实比我们想象中要大。根据我司几个项目的试桩报告，嵌岩桩做完抗压静载试验后，残余沉降可达25~45mm，残余沉降其实可以反映孔底沉渣的影响。

对天然基础来说，我们习惯用基床系数（经验值）来计算沉降，这其实是不靠谱的。根据土层分布，按照分层叠加法计算得到的沉降值，明显大于经验性的基床系数法。

筏板沉降计算，还有一个关键参数，“荷载影响范围”，取值越大，计算沉降也越大。此值规范没有明确规定，YJK给的默认值是20m。

另外，地基刚度、桩刚度，对沉降位移计算、基础反力（桩反力）、基础内力分布都有很大影响，计算时一定要小心。

地基沉降，是由土体在压应力状态下的蠕变、固结引起；混凝土在较高的压应力作用下，也会发生收缩徐变，二者本质无异。

结构因沉降、收缩徐变而产生附加内力，这些内力起初被我们忽视，但在一个漫长的过程中，这些附加内力对结构的损坏终会显现。

在设计之初，我们应该慎重对待这些问题。

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首次发布时间：2022-05-29