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关键词:基础设计 水浮力 减负作用
一.基础设计时规范对地下水浮力的规定
众所周知,建筑物地基反力可以看作是建筑物总竖向力与地下水浮力的差值。目前有关地基基础的规范对基础底面处的压力所表述的原理是一致的,但是对具体细节并不统一。
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)的基本公式5.2.1~5.2.4,略去了地下水浮力对建筑物竖向力的减负作用,其实际上是将地下水浮力纳入建筑物的安全储备。对于采用天然地基作为基础的建筑物而言,地下水位与基础埋深之间的差值小,其对建筑物竖向力的减负作用也小,因此略去水浮力的减负作用偏于安全且有利于简化计算,这样做是合理的。
《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ6-2011基本公式4.0.3-1~4.0.3-3类同于浅基础的设计要求。但在4.0.3-1条的说明中的G值为基础自重和基础上的土重之和,在计算地下水位以下部分时,应取土的有效重度。我对它的理解是:对于埋深较大的基础,当基底在地下水位以下时,应考虑水浮力的作用,即在总竖向力F+G中减去浮力。
《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008中5.1.1.1条计算桩竖向力时,明确指出G值为桩基承台和承台上土自重;对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力。
从上述规范的规定来看,对于埋深较大的筏形基础和桩基础,原则理论上应该考虑地下水浮力的作用,不考虑则偏于保守。当然考虑地下水浮力的有利作用需要一个前提,那就是需要对地下水位变化趋势有正确的评估,地下水位必须按常年稳定的地下水位计算,以避免因地下水下降带来不利影响。
二.工程实例分析
临平胤超城市青年广场由2幢主楼和裙房及地下车库等组成,主楼之间为地上3层裙房,地下室为3层地下室
本工程结构形式为框架-剪力墙结构,基础形式为桩筏基础。0.00相当于绝对高程5.450米,地下室底板面标高为-11.500,地下室板厚为0.5米。根据勘察报告,本场地稳定水位标高在0.80~2.98m之间,年水位变幅1.50m左右。考虑地下水浮力作用的水头深度为:(0.8-1.5)-(5.45-11.5-0.5)=5.85米
1.以D交2轴处柱子为例(柱网尺寸为8.4x8.4米),根据电算结果,不考虑地下水浮力作用时,柱下轴力为16494KN,布桩方式为3D900(3x5300=15900KN);考虑地下水浮力作用时,柱下轴力为12901KN,布桩方式为3D800(3x4500=13500KN);经济性非常明显。
2.假定本工程采用筏板基础,其持力层为第3-2层砂质粉土,地基承载力特征值fak=130kPa。按地下水位绝对标高程为3.5m计算修正后的地基承载力特征值。fa= fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)。根据地质报告,各参数取值:γ=9.2kN/m3;γm=9 kN/m3;ηb=0.5;ηd =2.0。则fa=130+0.5*9.2(6-3)+2.0*9(10-0.5)=314.8kPa。
以M交15轴处柱子为例(柱网尺寸为8.1x7.5米),根据电算结果,不考虑地下水浮力作用时,柱下轴力为20455KN,=20455/(8.1*7.5)+25*0.5=349.2 kPa。则:fa < pk。如果不考虑地下水浮力作用,本工程需要采用桩筏基础才能满足承载力要求。考虑地下水浮力作用时,地下水绝对标高程为3.5m时,水浮力为F浮= γ水h=10×3.5-10*(5.45-11.5-0.5)=100.5kPa。即在“总竖向力中扣除水浮力”,则:pk -F浮=349.2-100.5=248.7kPa< fa=314.8kPa。从地基承载力方面来看,此时采用天然地基就可以满足要求,不需要打桩。
3. 地下水位下降,原水位下土的重度增加,对地基承载力特征值的修正增加。将地下水位埋深(假设水位降至基底,单位m)和修正后的地基承载力与扣除地下水浮力后的总竖向力(pk -F浮)的差值即fa-(p-F浮)(单位Kpa)的关系绘成曲线,如下图所示(。假设地下
水位降至基础底面以下时,按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)的公式5.2.4计算得出修正后的地基承载力fa=493.6kPa。由此可见,地下水位下降, fa-(p-F浮) 值增大,对结构有利。因此,设计时按该场区常年水位变幅的高水位值计算是偏于安全的。
三.地下水位下降对地基变形的影响分析
地基变形的验算是按照《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)5.3.5条并考虑第5.3.10条进行,然后再按第5.3.7条确定地基变形计算深度Zn。当结构采用箱型基础和筏形基础(有防水外墙),且地下水位高于基础底面时,公式5.3.5中p0(对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力)为常数。因此地下水位在基础底面以上发生变化时对地基变形没有影响。
四.结论和建议
1. 《建筑地基基础设计规范》、《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》、《建筑桩基技术规范》对如何利用水浮力问题的表述不统一,不利于结构工程师掌握和利用。建议将“总竖向力中扣除地下水浮力” 替代“取有效重度”。
2. 对于埋深较大的筏形基础和桩筏基础原则理论上应该考虑地下水浮力的作用,不考虑则偏于保守。合理的利用地下水浮力可以扩大天然地基的应用范围,减少桩基础数量,节省工程费用,其经济效益非常可观。
3. 对于埋深较大的筏形基础,当基础底面标高在地下水位以下时,水位下降,则修正后的地基承载力与扣除地下水浮力后的总竖向力(p-P')的差值即fa-(p-P')
增大,对结构有利。设计时,除一般规定,应按以下要求验算地基强度、地基变形、基础承载力:
(1)地下水位应严格按照勘察报告提供的“常年水位”并取相应的水浮力、修整后的地基承载力特征值。如果此时经过减负后的基础地面压力值小于修正后的地基承载力特征值,则可认为地基持力层满足地基承载力要求。
(2)当地下水位在常年最高水位与基础底面标高之间变动时,则可认为已经满足常年稳定地下水位要求。此时产生沉降的附加应力p0为常数,地下水位下降对地基变形无影响。如遇南水北调等特殊情况使得该场区地下水位超出常年最高、最低水位,则应另行评估地基承载力和地基变形。
(3)在进行基础底板强度计算时,基底净反力等于(上部结构的竖向荷载-水浮力)+水浮力-基础自重。
参考文献:
[1]建筑地基基础设计规范 GB50007-2011.
一、 宏观调控――未雨绸缪,做好长远规划,合理分配教学时间。
因为中考地理内容多,容量大、任务重,为确保优质高效完成教学目标,所以在学生入学七年级之初就制定好初中阶段整个的教学规划,合理安排新课与复习时间,即新课和全部教材及每册书复习完所需时间,能按时甚至提前完成学习任务,并达到良好的学习效果,为后期的复习夯实基础、赢得时间。
对每一阶段的复习,都要统筹兼顾,既要做好本阶段的复习以及查漏补缺工作还要考虑其他学科的各种级别的考试以及其他突发事件所占用的时间。本着“紧前不紧后”的原则,我们合理地安排好新授课和复习备考的时间,从而能够从容不迫、有条不紊、优质高效的完成教学任务。
在复习时,制定好合理的、切实可行的复习计划,并提前向学生明确周复习计划甚至每天的复习计划,让学生做到心中有数,主动自觉配合老师,做到教与学同步,发挥师生共振的功效。
在后期不到两个月的总复习时间里,对复习的内容和任务以及时间的分配更是做到心中有数,每个阶段的复习要达到什么目标、做什么、怎么做、选用何种资料,对学生进行哪些技能的训练,如何引领学生打破复习瓶颈甚至对学生进行哪些方面的心理辅导,复习前都做了一个翔实的统筹规划。
二、 优化课堂――因地制宜,活化教学策略,建立高效优质的课堂结构。
由于历史原因和客观原因导致学生地理基础差,学习地理兴趣不浓,大部分学生不太重视地理学习,这种情绪自然会影响到地理课堂的顺利开展。因此,因地制宜,活化教学策略,建立高效优质的课堂教学,是地理教学的必由之路。
对学生进行思想教育,转变学生对地理学习的观念,逐步提高学生学习地理的兴趣;提出明确要求:希望每个学生能有个好的开始并能够从行动上持之以恒;通过自己的人格魅力,提高亲和力,感染学生爱屋及乌;在“严而亲”原则下,提出具体的要求,如安静、独立、专心等。
教学中灵活处理教学内容。紧密结合最新的时事地理热点,体现地理的时代感。紧密结合生活化地理,体现地理的实用性和“学习有用的地理”的理念。紧密结合地理图表,体现地理的直观性和空间分布特点。
将时事热点问题,相机融入到教学中,培养学生树立家事、国事、天下事,事事关心的情怀,增强对环境、资源的保护意识,提高人文关怀的修养以及对生命的热爱。
通过结合所在地的地理位置、气候,引导学生理解“一方水土养一方人”,引领学生跳出课堂,感受地理,运用地理知识。
优化课堂结构,向课堂要质量,就必须打破传统复习课的框架,充分运用学生的认知规律,调动学生的学习思维。人的认知规律:感知――理解――运用,结合地理学科特点,可以将地理复习课堂分为以下三个步骤:① 唤醒――定向自读自测;② 热身――调动多种感官参与课堂学习;③ 回忆再现――知识的整合与运用。这几个步骤既遵循人的认知规律又体现“学生为主体,教师为主导”的原则,从而切实地提高课堂效率。
在课堂教学中,还可以充分利用多媒体,增大知识容量和课堂教学的趣味性,进而不断增强学生对地理学科知识的掌握、理解和运用能力。
三、 扣纲务本――研读《课程标准》和《中考说明》,立足教材,构建主次分明的知识体系,形成脉络清晰的知识网络,达成有的放矢的复习目标。
课标和说明是复习的指挥棒,规定了对教材知识的考查要求,因此必须分清哪些属于识记,哪些属于理解,哪些属于运用,要在复习中找准知识的定位。这样复习才能做到有的放矢。
立足教材,善于总结,理清知识结构层次,形成脉络清晰的知识网络,实现由知识的积累到活用知识能力的提升。
义务教育课程标准试验教科书共分三个部分,地球与地图、世界地理、中国地理。纵观整个教材内容,重要的地理事物及空间分布状况,一些重要的地名、数据应当牢固记忆,并能落实到图上,例如东西半球的界线,经度等。理解地理概念、原理;地理事物的物质特点、成因,分布和变化规律为重点和难点。运用所掌握的地理基础知识、基本技能和科学观点来说明、描述、识别地理事物,尤其在基本技能方面,应教会学生注重收集和处理地理信息的能力,获取地理知识,分析解决一定地理问题的能力。例如,印度和我国有什么相似之处,印度经济的快速发展对我国有什么值得借鉴的地方?既分析特征,又要综合考虑。只有在掌握了基础知识的基础上,才有可能去联系实际。在“博识”的基础上实现“活用”的提升。
四、 有效训练――精选教辅资料,精编复习练习,培养多角度地理思维习惯,规范答题要求,提高答题技巧,实现中考既定目标。
仔细分析近年来的地理中考试卷,广泛搜集中考信息、关注中考考查动向。选择一些合适的、编写水平较高的教辅资料供学生自学和练习。必要的练习可以促进知识形成和转换,可以让学生加深对考点知识的印象和理解,使知识得以消化和巩固。要编制内容新颖、覆盖面广、设问巧、质量高、具有典型性的试题进行必要的训练。训练时必须做到有的放矢:提高学生解题的速度和准确度;培养思维的敏捷性,善于对一个材料、同一个知识点从多角度、多层次进行思考全面把握的思维习惯;注意答题技巧。
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同学们一定以把握时间,以正确的态度认真对待期中考试,把它当作锻炼考验的难得机会,努力备战,充分展示自己的才华和智慧。首先要合理安排复习时间,科学制定各科复习计划。
语文学科
要分块复习,分步完成。可以分解为基础知识、阅读和作文共三大块进行复习。基础知识部分可以分解为生字、解词、文学常识、修辞、文言文和现代文背诵默写等部分。阅读分为课内阅读和课外阅读。
作文则着重复习记叙文。
基础知识要集中几天进行强化复习。然后是阅读部分,课内的重点篇目、段落,要围绕主题写法等重新温习。课外部分,应有意识的做一些记叙文的阅读题,掌握规律。作文要注重老师平时的批改、讲评。
数学方面
复习时首先要把基础复习好,要认真看好概念、例题,考试做到不因基础知识基本理解而失分。另外,复习时要注意基本运算的练习。
英语学科
关键要了解差异,改变复习方法,提高复习效果。小学英语往往以对话为载体,以培养学生的听说能力为主要目标,初中英语体裁形式多样,以培养学生灵活运用语言的综合能力为目标。因而,应迅速将学习方法转变到“听说读写齐复习,总结归纳重规律”上来。
历史、地理、生物等