由比萨斜塔谈建筑的不均匀沉降

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1、由比萨斜塔谈建筑的不均匀沉降众所周知，意大利有一座著名的建筑——比萨斜塔。它建于1350年，塔高58.2m，其圆形塔基直径为19.6m，塔重144MN。当初设计建造时由于没有仔细的考虑过地基的情况，而将其建造在了软地基上，致使地基的承载力小于塔身的自重，从而使塔身发生了倾斜。因而得名为斜塔。在过去的几个世纪里塔的纵轴从竖直向南已倾斜了。虽然斜塔迎来了不少观光的游客，但我们也必须正视它在建筑上的失误。由此根据本人所学的理论力学方面的知识及参考的资料，我想简单谈谈关于建筑不均匀沉降的问题。首先，根据力的平衡原理，如右图所示，要使建筑物保持稳定，不下沉则：即此时如果能保证不等式成立的话，则认为地

2、基的压力在承载力的范围内。当结构作用在地基上的负荷大于地基的承载力的时候，地基将发生剪切破坏。从而导致建筑物下沉。由于地基是不均匀的，所以发生剪切破坏的程度不同。从而导致了建筑物的不均匀沉降。建筑物不均匀沉降最直接的体现便是倾斜。建筑物一旦发生倾斜，必将导致基础对地的压力不均匀，为了说明这一点我就举上述比萨斜塔一例。求由于倾斜而使的塔身对地基的最大压力和最小压力。在此，我们先做一些近似的假设：（1）假设从塔基至塔顶塔的横截面直径变化很小，把其近似为一圆柱体，重心在距地（27.1m）处。（2）沙土地基作用于刚性圆柱基石上的压力可以合理的用下面关系式近似表示：式中r和Ø是极坐标（Ø角从南方位算

3、起，如图3所示）而A和B是待定常数解:如图2是从西往东看的塔身纵向剖面图。塔的重心偏离竖直位置的水平位移为δ58.2m27.1m144MNGSNδ力矢量对图3中东西方向轴线之距的大小为：图4中，塔基上的阴影的面积元为rSNWE地面作用在面积元上的约束反力为，为与144MN的塔身重量在竖直方向保持平衡必须，将P假设的压力分布关系代入置换，得：解得由地面约束反力与塔身重量相对东西方向轴线力矩平衡有：解得RddArdrWENS==0于是塔基上的压力分布为：(1)将（1）中r＝R＝9.8m，Ø设为Ø＝0.可得塔基南端压力峰值为：将（1）式中r设为r=R，Ø＝。可得塔基北端压力最小值为由例子中可以看

4、出只要建筑物（特别是高层建筑）有一点倾斜（）则地基的受力将会出现严重不均衡的现象。这种不均衡又会导致地基剪切破坏的更进一步不均衡，从而加剧了建筑物的倾斜，如此恶性循环下去将导致结构整体性和耐久性的削弱，严重的将会引起建筑物的倒塌，造成人生财产的巨大损失。因此，在建造房屋时必须对地基情况作仔细的考察。尽量减少建筑物的沉降。如果建筑物已经发生了不均匀沉降，那么该如何挽救呢？由于不均匀沉降是地基受力不均匀所致。那么我们采取“以毒攻毒”的办法：（1）在建筑物沉降小的部位采取措施促沉，从而调整地基的不均匀沉降，将建筑物纠偏；（2）在建筑物沉降大的部位采取措施顶升使地基沉降均匀，达到纠偏的目的。在工程

5、中一般采用陶土纠偏的方法。陶土纠偏是指在倾斜建筑物基础沉降小的部位采取陶土迫降的措施，形成基底下部土地部分临空。使这部分基础的接触面积减少，约束反力增加，迫使基底下的土层在结构自重的作用下产生一定的压密下沉或测向挤压变形，用以调整基础的沉降差异，达到纠偏的目的。陶土纠偏满足以下条件：－基地压力增长率－基地压力增长量（）－原基地压力（）t－所需纠偏时间－角点沉降差，纠偏相对值（mm）－纠偏沉降速率，根据结构类型确定，一般为5～12mm/rad陶土纠偏根据取土的方法不同，可以为抽砂纠偏，穿孔陶土纠偏，钻孔取土纠偏，沉井冲水陶土纠偏等方法。虽然对于建筑的不均匀沉降可以由很多措施进行挽救，但也比不

6、上不出现事故好。从中我们可以了解到作为一个工程师严谨的，科学的作风是何等的重要，不是每一座比萨斜塔都能成为观光胜地的。理论力学课程总结又一个学期即将过去，非常感谢张老师在这一学期的理论力学课程中对我们的孜孜不倦的教导，经过一个学期对理论力学这门基础课的学习，使我在力学方面的修养又提高了很大的层次。以下是我对这门课程的总结和体会。力学研究物质最基本的运动——机械运动的规律，他具有基础科学的性质，是很多工程技术的基础，同时也在这些工程中有具体的应用。理论力学主要通过讲解力学的基本概念，定理及其应用，介绍处理力学分析问题的基本方法。处理力学问题通常包括力学建模、数学建模、方程求解与分析等几个步骤

7、。张老师上课时每讲解一个问题时都是按照以上步骤进行，旨在培养我们科学的分析问题的方法。还有，从老师的讲课及课后的练习中我发现分析力学问题要注意以下几点：（1）明确研究对象，分清所要分析的力学模型是什么，它与别的系统有没有联系。除此以外，还要分析具体研究对象的性质（是不是刚体，有几个自由度，受何种约束等）。（2）对物体进行全面的受力分析。在分析时，虽然有些力对求解问题并没有影响，但是仍需在分析中加以考虑。所谓要“知其然，知