地下工程施工对历史建筑安全的影响研究与实践

1.基坑开挖对任意角度建筑物的影响分析

当基坑周边存在邻近建筑物时，基坑开挖将引起建筑物变形，并产生附加内力。如何有效地对基坑开挖所引发的建筑物附加变形与内力进行计算和评估，是基坑工程设计与施工过程中需要重点考虑的内容。随着坑内土体的开挖，坑外土体产生了不均匀沉降和变形，对于与基坑边不相垂直的建筑物，该不均匀沉降除了会导致建筑物发生弯曲与剪切变形外，还会引起建筑物发生扭转变形。

为了深入研究建筑物与基坑成不同角度时，深基坑开挖对建筑物的影响，取建筑物正立面纵墙近基坑端O点为定点，如图4-8所示，该定点与基坑水平开挖面的距离D分别取1 m，5 m，9 m，12 m，同一距离下，建筑物与基坑边所成夹角α分别为30°，45°，60°和90°（建筑物纵墙与基坑边垂直分布）进行分析。

图4-8　建筑物与基坑相对位置示意图

当建筑物与基坑边成不同角度时，其正立面纵墙的沉降分布曲线与天然地表沉降曲线如图4-9所示。从图中天然地表沉降曲线可知，由于基坑开挖导致土体卸荷、回弹，坑外土体出现明显挠曲变形，土体挠曲变形最低点出现在距离地下连续墙约6 m处，天然地表沉降最大值为13.4 mm。在距离地下连续墙约22 m处，坑外土体上凸挠曲变形达到最大。

当建筑物与基坑成相同角度时，对比建筑物正立面纵墙沉降曲线及天然地表沉降曲线可以看出，坑外土体的挠曲变形趋势不会因为建筑物的存在而发生改变，二者的沉降挠曲变形趋势大致相同。由于建筑物自身刚度原因，建筑物对坑外土体挠曲变形存在一定的协调、约束作用，且对土体的调整作用因建筑物与基坑距离的不同而呈现显著差异。调整作用最明显位置出现在建筑物跨越土体下凹挠曲变形最低点和上凸挠曲变形最大点，此时建筑物正立面纵墙的挠曲变形较土体挠曲变形更加平缓。

图4-9　建筑物正立面纵墙沉降变化曲线

在建筑物与地下连续墙距离相同的条件下，建筑物纵墙对坑外土体挠曲变形的协调、约束作用随建筑物与基坑所成角度的不同而呈现较大差异，角度越大，协调、约束作用越强。当α=90°时，即建筑物纵墙与基坑边垂直，正立面纵墙沉降曲线的挠曲程度最为平缓，表明其协调、约束作用最强。当建筑物纵墙与基坑边成30°时，正立面纵墙挠曲变形程度最大，表明其协调、约束作用最弱。

图4-10　纵墙挠度曲线计算示意图

建筑物的自重作用使基坑外部土体的沉降变化范围扩大至距基坑40 m处，且建筑物纵墙沉降值明显大于天然地表的沉降值，二者之间最大沉降点的沉降差值达3 mm左右。以D=1 m为例，建筑物正立面纵墙最大沉降值随着建筑物与基坑夹角的增大而减小，分别为

16.73 mm，16.24 mm，15.79 mm，15.47 mm。由此可知，由于建筑物自重的影响，二者之间的沉降值之差在α=30°时达到最大，其值为天然地表沉降最大值的1/6～1/4，在α=90°时，二者之间的沉降值之差最小，其值约为天然地表沉降最大值的1/6。

如图4-10所示，O'A'为建筑物纵墙所在位置，O'B'为横墙所在位置，O'C'为建筑物垂直高度方向。A、B为建筑物纵、横墙的变形截止点。曲线OFA为建筑物纵墙实际沉降曲线，虚线OGA为建筑物纵墙名义沉降曲线（即纵墙两端点连接形成的直线）。定义建筑物纵墙实际沉降曲线与建筑物纵墙名义沉降曲线所对应的值的差值为建筑纵墙相对挠曲变形值，并采用以上方法计算建筑物正立面纵墙相对挠曲变形。

图4-11为建筑物与基坑边成不同角度时，建筑物正立面纵墙的相对挠曲变形曲线。由图可知，随着建筑物与基坑边之间的距离D以及夹角α的变化，建筑物正立面纵墙的相对挠曲变形具有明显差异。

图4-11　建筑物正立面纵墙相对挠曲变形曲线

当建筑物距基坑边D=1 m时，建筑物受所跨区域土体沉降变形的影响，表现为与坑外变形趋势相同的下凹挠曲变形。建筑物正立面纵墙对应的相对挠曲变形数值随着其与基坑边之间夹角的增大而呈现明显差异。当α=30°时，建筑物纵墙相对挠曲变形最小，其值为3.58 mm；当α=45°和α=60°时，建筑物纵墙相对挠曲变形逐渐增大，其值分别为3.92 mm和4.21 mm；当α=90°时，建筑物的挠曲程度达到最大，其值为4.85 mm，此时建筑物最不安全。

当建筑物距基坑边D=5 m时，建筑物纵墙相对挠曲变形形式随着其与基坑边夹角的变化而呈现明显差异。当α=30°时，建筑物正立面纵墙主要表现为下凹挠曲变形，相对挠曲变形最大值为1.67 mm。随着建筑物与基坑边夹角的增大，建筑物正立面纵墙逐步由下凹挠曲变形转变为“∽”形的挠曲变形。“∽”形的挠曲变形特点如下：下凹挠曲变形主要发生在纵墙近基坑侧，上凸挠曲变形主要发生在纵墙远基坑侧，且相对挠曲变形随着建筑物与基坑边夹角的增大而逐渐减小，最大值分别为1.49 mm，1.14 mm，0.83 mm。

当建筑物距基坑边D=9 m时，随着建筑物与基坑边夹角的增大，建筑物正立面纵墙将由“∽”形的挠曲变形逐渐转变为上凸挠曲变形。当α=30°时，建筑物正立面纵墙下凹挠曲变形较为明显，相对挠曲变形最大值为0.65 mm；当α=45°和α=60°时，建筑物正立面纵墙“∽”形的挠曲变形较为明显，相对挠曲变形最大值分别为0.51 mm和0.77 mm；当α=90°时，建筑物正立面纵墙将发生单纯的上凸挠曲变形，此时相对挠曲变形最大，其值为1.31 mm。

当建筑物距基坑边D=12 m时，建筑物正立面纵墙除在α=30°时呈现较为明显下凹挠曲变形外，均呈明显的上凸挠曲变形，且相对挠曲变形值随着建筑物与基坑边夹角的增大而逐渐增大，其值分别为0.41 mm，0.67 mm，1.1 mm。

由此可知，尽管建筑物自身刚度对其所跨区域内坑外土体挠曲变形有一定的协调、约束作用，但天然地表沉降的挠曲变形趋势仍然是决定建筑物纵墙相对挠曲变形趋势的主要原因。

对比D=9 m和D=12 m时的变形可知，建筑物上凸相对挠曲变形程度将在建筑物与基坑垂直且中部位于天然地表沉降槽中上凸挠曲曲率最大处时达到最大，此时建筑物相对不安全。

当建筑物纵墙与基坑边互不垂直时，建筑物除了发生上述的挠曲变形外，还将发生扭转变形。为了更直观地了解不同角度建筑物的扭转变形情况，本节选取距基坑边D=3 m时，不同角度的建筑物沉降分布图进行对比，如图4-12所示。由图可知，建筑物沉降等值线的分布随着建筑物与基坑边夹角的变化而变化，但却始终与基坑边沉降变形保持平行，这表明除与基坑边相互垂直的建筑物之外，其余角度的建筑物均在坑外土体的不均匀沉降作用下产生了扭转变形。

图4-12　建筑物顶层沉降变形图

图4-13　纵墙墙体扭转变形计算示意图

为了进一步了解建筑物的扭转变形，本节通过对建筑物正、背立面纵墙的沉降进行对比，即采用图4-13所示的方法比较建筑物的扭转程度。计算方法如下：首先将建筑物正立面纵墙的沉降和建筑物背立面纵墙的沉降分别与其所对应的沉降最小值进行差值计算，然后将正立面纵墙的沉降和建筑物背立面纵墙的沉降进行差值计算，并定义该差值为建筑物的扭转变形。

图4-14为建筑物与基坑边成不同角度时，正、背立面纵墙扭转变形曲线。由图可知，建筑物正、背立面纵墙扭转变形随建筑物与基坑夹角的变化而呈现较大的变化。

图4-14　纵墙墙体扭转变形曲线

当建筑物纵墙垂直于基坑边时（α=90°），由于基坑开挖的对称性，建筑物正、背立面纵墙的沉降差异可以忽略不计，故建筑物所产生的扭转变形不作考虑。当建筑物纵墙不垂直于基坑边时，其正、背立面纵墙沉降差异较大且不可忽略，此时建筑物将发生显著的扭转变形，其具体特点如下：

当D=1 m时，建筑物所跨区域土体主要呈现为下凹挠曲变形，建筑物与土体挠曲变形大致相同。随着建筑物与基坑边夹角的增大，建筑物扭转变形逐渐减小，即α=30°时扭转变形最大，最大值分别为6.9 mm，6.5 mm，6.3 mm。当建筑物与基坑边夹角不变时，均以D=1 m时建筑物扭转变形最大。

当D≥5 m时，建筑物将逐步跨越坑外土体上凸挠曲变形区域。相同角度下，随着建筑物与基坑距离的增大，建筑物的扭转变形先增大后减小。当建筑物与基坑边夹角为30°时，建筑物中部跨越天然地表沉降槽中上凸挠曲曲率最大处时（D=9 m），其扭转变形最为显著，扭转变形最大值为2.33 mm。当建筑物与基坑边夹角为45°时，建筑物距基坑5 m处所对应扭转变形最为显著，扭转变形最大值为2 mm。当建筑物与基坑边夹角为60°时，扭转变形最大值仅为1.38 mm，因此，当建筑物与基坑边夹角为30°时，建筑物最不安全。

为了研究与基坑边成不同角度的建筑物在上述挠曲变形与扭转变形作用下所产生的应变变化规律，分别针对不同角度建筑物的正、背立面纵墙应变进行具体分析。

当建筑物纵墙与基坑边垂直时，正、背立面纵墙因其称性，所对应的拉应变分布趋势差异不大，故仅取正立面纵墙进行分析，如图4-15所示。

图4-15　纵墙墙体主拉应变云图（α=90°）

当D=1 m时，建筑物发生下凹挠曲变形，纵墙主拉应变大致呈45°方向，主要分布在纵墙位于土体沉降最大值的两侧，最大主拉应变为0.71‰。分布特点如下：①应变较为集中区域发生在窗与墙交接处；②随着楼层的增高，应变分布区域逐渐减小；③横、纵墙体交接处的应变较为明显。

当D=5 m时，“∽”形的挠曲变形将使建筑物近基坑侧和远基坑侧均产生大致呈45°方向的纵墙主拉应变。窗间墙依然为应变较为集中区域，且远基坑侧墙体拉应变明显大于近基坑侧墙体拉应变，说明此时建筑物主要发生上凸挠曲变形，最大主拉应变为0.31‰。

当D≥9 m时，建筑物的上凸变形将使建筑物纵墙两端产生大致45°方向的主拉应变。随着距离的增大，建筑物近基坑端一层纵墙主拉应变将大于远基坑端一层纵墙主拉应变。当D=9 m时，建筑物正立面纵墙的主拉应变最为显著，最大主拉应变为0.37‰。

随着建筑物与基坑距离的增大，建筑物正立面纵墙主拉应变先减小，后增大，最后逐渐减小。当建筑物跨越坑外沉降槽最低点以及上凸挠曲曲率最大点时，建筑物正立面纵墙主拉应最为显著。

图4-16—图4-18为建筑物与基坑成不同角度时，纵墙主拉应变矢量图。当建筑物纵墙不垂直于基坑边时，其正、背立面纵墙拉应变的分布存在显著的差异。

当建筑物跨越坑外沉降槽最低点时，主拉应变主要集中于正立面纵墙的近基坑侧及背立面纵墙的远基坑侧，二者在扭转变形的作用下，拉应变分布呈类似反对称的分布。分布特点如下：①应变较为集中区域发生在窗与墙交接处；②随着楼层的增高，应变分布区域逐渐减小；③横、纵墙体交接处的应变较为明显。当建筑物跨越坑外沉降槽上凸区域时，其拉应变亦主要集中于正立面纵墙的近基坑侧及背立面纵墙的远基坑侧，并呈类似反对称的分布，且在一层的窗间墙区域集中现象更为显著。

图4-16　纵墙主拉应变矢量图（α=60°）

图4-17　纵墙主拉应变矢量图（α=45°）

图4-18　纵墙主拉应变矢量图（α=30°）

随着建筑物与基坑边距离的变化，纵墙最大拉应变主要与建筑物所跨区间内沉降曲线的挠曲程度相关，其分布特点如下：

当D=1 m和D=9 m时，此时建筑物跨越坑外沉降槽最低点和上凸曲率最大点，建筑物纵墙的相对挠曲变形与扭转变形均较大，但对纵墙拉应变起主要作用的是建筑物的相对挠曲变形，而并非扭转变形。随着建筑物纵墙与基坑边夹角的增大，建筑物正立面纵墙最大主拉应变亦逐渐增大。当D=1 m和D=9 m时，建筑物与基坑边成30°所对应的纵墙最大主拉应值分别为0.42‰和0.44‰，建筑物与基坑边成45°所对应的纵墙最大主拉应值分别为0.49‰和0.47‰，建筑物与基坑边成60°所对应的纵墙最大主拉应值分别为0.56‰和0.5‰。与正立面纵墙不同，建筑物背立面纵墙主拉应变的最大值发生在建筑物与基坑成45°时。当D=1 m和D=9 m时，建筑物与基坑边成30°所对应的纵墙最大主拉应值分别为0.36‰和0.58‰，建筑物与基坑边成45°所对应的纵墙最大主拉应值分别为0.43‰和0.58‰，建筑物与基坑边成60°所对应的纵墙最大主拉应值分别为0.35‰和0.56‰。(www.xing528.com)

当D=5 m和D=12 m时，受所跨区域内土体沉降变形的影响，建筑物发生的挠曲变形与扭转变形较小，二者共同作用将决定建筑物纵墙主拉应变的大小，纵墙的最大拉应变发生在纵墙与基坑边成45°的建筑物上。当D=5 m时，正、背立面纵墙的最大主拉应变分别为0.45‰和0.61‰。当D=12 m时，正、背立面纵墙的最大主拉应变分别为0.4‰和0.49‰。因此，建筑物与基坑成45°时是建筑物最不安全位置。

为了对基坑邻近建筑物受基坑开挖的影响进行精细化分析，本节在确保坑外土体沉降分布合理的基础上，分析了基坑开挖对坑外不同距离及角度的邻近建筑物的变形影响，并在本节算例条件下得出以下主要结论：

（1）建筑物的挠曲变形趋势及挠曲程度取决于建筑物所跨区间内土体沉降的挠曲变形特征。当建筑物跨越坑外沉降槽最低点时，墙体将发生下凹挠曲变形；而当建筑物跨越坑外沉降曲线的上凸区域时，墙体将发生上凸挠曲变形。

（2）当建筑物与基坑边成不同角度时，建筑物的沉降分布仍取决于天然地面的沉降变化趋势，且其沉降等值线始终与天然地表沉降曲线保持平行，不随建筑物角度的变化而变化。对于建筑物纵墙与基坑边不垂直的建筑物，建筑物将产生扭转变形。当建筑物跨越坑外沉降槽最低点及沉降曲线的上凸区域时，建筑物所产生的扭转变形最为显著。建筑物发生扭转变形将导致墙体发生应变重分布，墙体拉应变主要集中于正立面墙体的近基坑侧及背立面墙体的远基坑侧。

（3）当建筑物紧邻基坑且跨越沉降槽最低点，或当建筑物中部跨越坑外沉降槽的上凸区域时，建筑物所跨区间内土体沉降曲线的挠曲程度较大，所引起的建筑物挠曲变形与扭转变形均较大，但此时建筑物的挠曲变形对墙体拉应变起主要作用，墙体的最大拉应变发生在垂直于基坑边的建筑物纵墙上。因此，纵墙与基坑边垂直时是建筑物最不利位置。

（4）当建筑物所跨区间内土体沉降曲线的挠曲程度较小时，建筑物的挠曲变形与扭转变形均相对较小，此时墙体的拉应变主要源于挠曲变形与扭转变形的共同作用，纵墙墙体的最大拉应变发生在纵墙与基坑边成一定角度的建筑物上。此时，纵墙与基坑边垂直时并不是建筑物的最不利位置。

（5）当然，建筑物变形与其结构形式及刚度、基础形式及刚度、建筑物与基坑距离及角度、基坑开挖深度、支护结构刚度、土质条件等因素密切相关，因此，对于与基坑边成不同角度的建筑物，应分别进行单独分析，分析实际工程所对应条件下，基坑开挖可能对其造成的最不利影响，从而对其加以针对性的保护。

2.梁、柱不同刚度条件下框架建筑受基坑开挖影响变形分析

在实际工程中，建筑物的刚度受到许多因素的影响，如建筑物的结构形式、几何尺寸、建造年代、墙体开洞面积率、楼层高度及累积损伤情况等。对于老旧的历史建筑，不仅结构设计标准较低，且结构构件的材料老化严重，有的甚至发生了较为严重的结构损伤，结构的整体刚度差异较大，对不均匀沉降的耐受能力亦不相同，因此，建筑物对基坑变形的控制要求亦存在较大的差异。

当基坑周边存在邻近建筑物时，坑外土体将与建筑物发生共同变形，此时建筑物的刚度将对坑外的土体位移产生约束和协调作用。当建筑物刚度较大时，对坑外土体的约束及协调作用较强，而当建筑物刚度较小时，坑外土体的位移对建筑物的变形影响较大，所引起的建筑物变形也较大。当建筑物的整体刚度发生变化时，建筑物对坑外土体位移的约束及协调作用将相应地发生改变，坑外土体位移所引起的建筑物变形也将发生改变。

梁、柱共同作用时，为对比梁、柱不同刚度的建筑物受基坑开挖的影响，分别设置如下三种工况。工况1：不考虑梁、柱影响；工况2：对梁、柱刚度折减50%；工况3：梁、柱刚度完好。梁、柱刚度完好时，弹性模量分别取2.8×107 kN/m2，3.2×107 kN/m2。三种工况下，分别取建筑物横墙平行于基坑且距基坑连续墙的水平距离D=1 m，3 m，5 m，7 m，9 m，12 m，18 m。纵墙墙体的沉降曲线如图4-19所示。

由图中天然地表沉降曲线可知，基坑开挖时沉降槽发生在开挖面附近，沉降槽最低点位置在距离围护结构约0.4倍开挖深度处，上凸挠曲最为显著位置发生在距离围护结构约1倍开挖深度处。天然地表沉降最大值为15.87 mm。

对比建筑物纵墙沉降曲线及天然地表沉降曲线可以看出，建筑物的存在并不会改变坑外土体的沉降变形趋势，墙体沉降曲线变化趋势与天然地表沉降曲线的变化趋势基本保持一致。建筑物对土体变形的约束、协调作用随其与基坑边距离的变化而变化。协调、约束作用在建筑物跨越坑外沉降槽最低点及上凸曲率最大点时最大，墙体沉降挠曲程度显著小于天然地表沉降曲线的挠曲程度，且沉降曲线的挠曲更为平缓。

当不考虑梁、柱影响时（工况1），建筑物刚度较小，对地表土体的沉降协调作用较小。因此，建筑物在跨越沉降槽最低点时，发生较为显著的下凹变形，最大沉降值为20.25 mm。建筑物在跨越上凸曲率最大点处，发生较为显著的上凸变形，最大沉降值为9.6 mm。考虑梁、柱影响时（工况2，3），随着梁、柱刚度逐渐增大，建筑物自身刚度的约束作用使建筑物在跨越坑外沉降槽最低点及上凸变形最大点时，沉降曲线的挠曲程度逐渐减小，基本呈直线分布。建筑物对坑外地表土体的沉降调整作用随着刚度增大而逐渐显著。

图4-19　纵墙墙体沉降变化曲线

此外，坑外沉降槽的主要影响范围因建筑物的存在而扩大到2倍基坑开挖深度以上，建筑物的自重作用使其沉降值明显大于天然地表的沉降值，二者之间最大沉降点的差值达5 mm左右。

为研究基坑开挖所引起的建筑物纵墙相对挠曲变形，对应于不同位置的建筑物采用图4-10所示的方法，取其所跨区间内纵墙的挠曲曲线，研究纵墙墙体相对于其两端发生的挠曲变形。基于三种工况条件，计算了不同刚度建筑物的相对挠曲变形，如图4-20所示。

由图可知，三种工况下，当D=1 m和D=3 m时，建筑物将跨越坑外沉降槽最低点，此时将发生下凹挠曲变形。相对挠曲变形随梁、柱刚度的增大而减小。其中，当D=1 m时，纵墙的相对挠曲程度最大，三种工况下相对挠曲变形峰值分别为5.3 mm，3.2 mm，2.3 mm。当D=5 m和D=7 m时，建筑物同时跨越坑外沉降槽的下凹与上凸区域，建筑物将发生“∽”形的挠曲变形，其分布趋势：近基坑侧为下凹挠曲变形，远基坑侧为上凸挠曲变形，且随着建筑物与基坑距离的增大，建筑物由下凹挠曲变形为主，转变为上凸挠曲变形为主。以D=5 m为例，随着梁、柱刚度的增大，建筑物近基坑侧的下凹相对挠曲变形最大值逐渐减小，三种工况下相对挠曲峰值分别为0.76 mm，0.42 mm，0.33 mm。远基坑侧的上凸相对挠曲变形最大值逐渐减小，三种工况下分别为1.42 mm，1.1 mm，0.88 mm。当D≥9 m时，建筑物跨越坑外沉降槽的上凸区域，此时挠曲变形呈现为上凸挠曲变形。此外，当D=9 m时，建筑物的中部跨越坑外沉降槽上凸曲率最大点，其上凸挠曲变形程度达到最大。同样，相对挠曲变形峰值也随着梁、柱刚度的增大而减小，其值分别为2.29 mm，1.78 mm，1.41 mm。当D≥18 m时，建筑物基本不受基坑开挖影响，纵墙的挠曲程度变化较小。在工况3下，建筑物纵墙相对挠曲变形峰值仅为0.44 mm，工况1与工况2所对应的纵墙相对挠曲变形峰值分别为工况3的3/2倍和5/4倍。

图4-20　建筑物纵墙墙体相对挠曲变形曲线

此外，建筑物梁、柱刚度的增大，并没有改变纵墙挠曲变形曲线峰值的位置，而仅改变峰值的大小，由此可知，影响建筑物挠曲变形趋势的主要因素为坑外土体的沉降变化，而建筑物刚度主要影响墙体挠曲变形的幅值。

为了进一步研究因基坑开挖所引起的建筑物纵墙拉应变情况，在三种工况条件下，分别给出了考虑梁、柱不同刚度建筑物纵墙的主拉应变分布情况，如图4-21—图4-23所示。

图4-21　纵墙墙体主拉应变云图（工况1）

图4-22　纵墙墙体主拉应变云图（工况2）

图4-23　纵墙墙体主拉应变云图（工况3）

由图可知，三种工况下，尽管建筑物梁、柱共同作用的刚度发生改变，但建筑物纵墙拉应变的分布趋势基本一致。当D=1 m时，建筑物发生下凹挠曲变形，呈倒“八”字形分布的主拉应变主要分布在纵墙位于坑外沉降槽最低点的两侧。分布特点如下：①窗间墙为应变较为集中区域；②随着楼层的增高，应变分布区域逐渐减小；③墙体交接处的应变要比其他地方大。当墙体拉应变达到其极限拉应变时，纵墙将在沉降槽最低点两侧产生正“八”字形裂缝。当D=5 m和D=7 m时，建筑物同时跨越坑外沉降槽的下凹与上凸区域，“∽”形的挠曲变形将使建筑物近基坑侧产生倒“八”字形分布的墙体主拉应变，远基坑侧产生正“八”形字形分布的纵墙主拉应变。窗间墙依然为应变较为集中区域，且远基坑侧墙体拉应变明显大于近基坑侧墙体拉应变，说明此时建筑物主要发生上凸挠曲变形。当D≥6 m时，建筑物跨越坑外沉降槽的上凸区域，纵墙将产生建筑物跨端的正“八”字形墙体主拉应变。

将三种工况下纵墙主拉应变对比可知，随着建筑物整体刚度的增大，对于与基坑相同距离的建筑物纵墙的主拉应变值将显著降低。以D=1 m为例，三种工况对应的最大主应变分别为0.7‰，0.38‰，0.33‰，但建筑物刚度的变化并不会改变纵墙主拉应变的分布趋势。对于相同刚度的建筑物，随着与基坑距离的增大，纵墙主拉应变也将发生显著变化。不考虑梁、柱对建筑物整体刚度的影响，当建筑物在跨越下凹和上凸挠曲变形最大值位置时，纵墙对坑外土体沉降的协调作用较弱，纵墙拉应变主要取决于坑外沉降幅度，纵墙产生的拉应变亦达到最大，与之对应的最大主应变分别为0.7‰和0.57‰，此时的建筑物最不利。考虑梁、柱对建筑物整体刚度的影响时，建筑物在跨越下凹和上凸挠曲变形最大值位置时，纵墙产生的拉应变值虽没有达到最大值，但较大拉应变值占总拉应变值的比例最大。这说明，当建筑物整体刚度较大时，在基坑变形的影响下，建筑物主要表现为刚体运动，主拉应变与自身内部结构变形相关。

基坑开挖过程中，建筑物是否安全，是根据建筑物是否满足变形控制标准来判断的。

建筑物基础沉降量应满足：

式中，S和ΔS分别为建筑物基础的绝对沉降和相对沉降；l为建筑物基础的长度。

建筑物地基变形允许值应满足：

式中，ΔL和Δh分别为相邻柱基沉降差和建筑物基础的倾斜，其中，倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；l1为相邻柱基的中心距离。

以工况2（梁、柱共同作用，且刚度折减50%）下D=1 m为例，此时建筑物处在最不利位置。建筑物测点布置如图4-24所示，共布置6个测点，位于建筑物纵墙柱与纵墙基础交接处，分别为测点A，B，C，D，E，F。各测点在基坑每步开挖过程中所对应的沉降如图4-25所示。其中步骤1为激活建筑物位移清零。

图4-24　建筑物测点布置图

图4-25　建筑物基础沉降变形曲线

当基坑开挖至地下-5 m时（对应图4-25中模拟分析步骤2），建筑物纵墙基础最大沉降为-8.6 mm，基础两端的相对沉降为6.8 mm，建筑物开始发生倾斜。建筑物纵墙相邻柱基的沉降差最大值为1.6 mm。

当基坑开挖至地下-9 m时（对应图4-25中模拟分析步骤3），建筑物纵墙基础最大沉降为11.4 mm，基础两端的相对沉降为8.8 mm。建筑物纵墙相邻柱基的沉降差最大值为2.2 mm。

当基坑开挖至地下-13 m时（对应图4-25中模拟分析步骤4），建筑物纵墙基础最大沉降为21.5 mm，基础两端的相对沉降为17.5 mm。建筑物纵墙相邻柱基的沉降差最大值为5 mm。

当基坑开挖至地下-15 m时（对应图4-25中模拟分析步骤5），建筑物纵墙基础最大沉降有所减小，其值为20.5 mm。这主要是由于基坑坑底铺设的混凝土底板限制了基坑土体隆起。基础两端的相对沉降为15.5 mm。建筑物纵墙相邻柱基的沉降差最大值为5 mm。

根据基础沉降控制标准[式（4-3）]，建筑物的绝对沉降为20.5 mm，小于30 mm；基础两端的相对沉降ΔL最大值为17.5 mm，小于min{0.001×22.5×1 000，30}=30 mm。因此，建筑物沉降变形满足变形控制标准。

当基坑开挖结束时，建筑物纵墙相邻柱基的沉降差最大值为5 mm，其值小于0.003l1=12.5 mm。建筑物基础的倾斜为0.000 68，其值小于0.008。因此，建筑的地基变形允许值均满足建筑物地基变形控制标准[式（4-4）]。

为了研究梁、柱不同刚度条件下浅基础框架建筑受基坑开挖的变形影响，本节针对梁、柱共同作用下不同刚度建筑物的变形进行了三维有限元数值模拟分析，得出以下主要结论：

（1）条形浅基础框架建筑物的存在并不会改变坑外土体的沉降变形趋势，墙体沉降曲线变化趋势与天然地表沉降曲线的变化趋势基本保持一致，建筑物对土体变形的约束、协调作用随建筑物梁、柱刚度以及与基坑边距离的变化而变化。

（2）不同梁、柱刚度的建筑物随着与基坑距离的增大，均逐步发生下凹挠曲变形、“∽”形的挠曲变形以及上凸挠曲变形。建筑物跨越坑外沉降槽的下凹和上凸挠曲变形最大值区域时，建筑物挠曲变形最大，此时建筑物最不利。

（3）不考虑梁、柱对建筑物整体刚度的影响，建筑物墙体将作为主要承重结构，此时墙体刚度较小，墙体对坑外土体沉降变形的协调作用较弱，坑外土体沉降变形成为影响建筑物纵墙拉应变数值大小的主要原因，当建筑物位于下凹和上凸挠曲变形最大值位置时，纵墙主拉应变数值最大，表明此时建筑结构最不安全。

（4）建筑物梁、柱刚度的改变，并没有改变墙体相对挠曲变形峰值的位置，而仅改变峰值大小，这说明坑外土体的沉降变化才是影响建筑物挠曲变形趋势的主要因素，而建筑物刚度主要影响墙体挠曲变形的幅值。