高層建筑中結構與地基基礎的作用關系.doc

試論高層建筑中結構與地基基礎的作用關系摘要：隨著我國國民經濟的迅猛發(fā)展，猶如雨后春筍般的高層建筑，在各大城市拔地而起。高層建筑與普通建筑的結構和基礎都不同，由于受力復雜的問題，高層建筑對地基基礎的穩(wěn)定性、強度和剛度都有著更加嚴格的要求，所以，高層建筑的結構和地基基礎之間共同作用的問題，成為了所有高層建筑的分析中首先要解決的難題。文章介紹了高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的概念，闡述了上部結構與地基基礎之間共同作用的分析等，進一步說明了高層建筑中結構與地基基礎之間的作用關系。關鍵詞：高層建筑；結構；地基基礎中圖分類號：tu208.3文獻標識碼：a 文章編號：高層建筑與普通建筑物有著很大的不同，因為建筑物高的的增加，水平荷載數值和建筑物垂直數值也會較大。水平荷載的內容主要是動力荷載、風荷載還有一種是地震荷載，水平荷載所引發(fā)的剪力和彎矩的迅速加大，所帶來傾覆力矩也同樣成倍增加，還能起到控制設計的作用。所以要求地基和基礎能夠提供更高的水平和豎直承載力，同時把傾斜和沉降量控制在一定的范圍之內，并且暴增建筑物在地震荷載和風荷載作用之下還能具有足夠程度的穩(wěn)定性。還有，因為高層建筑的上部結構有著很大的剛度，而且與地基和基礎處在一個共同作用的整體系統(tǒng)當中。但是，不可忽視的是，長期以來的計算手段不高，在分析高層建筑的基礎結構之時，首先把上部結構認為絕對剛性，不理會共同作用，之考慮基礎和地基的共同作用，一直到最近十幾年來，有了大量高層建筑實踐的豐富，還得益于計算機及其技術的快速發(fā)展和應用，才得以解決這一問題，為高層建筑上部結構與地基基礎的共同作用的分析提供了可能性。一、高層建筑中上部結構與地基基礎共同作用的整體分析概念高層建筑上部結構和地基基礎之間的共同作用，也就是將高層建筑的上部結構設計、地基基礎之間看做一個統(tǒng)一的整體結構。滿足他們在連接部位的變形協(xié)調，然后用共同作用得到整個系統(tǒng)的內力和變形的方法我們就成為兩者共同作用的分析方法。在以往傳統(tǒng)的高層建筑設計當中，基本都只考慮地基和基礎之間的相互作用關系，而忽略了建筑上部結構和基礎之間的共同作用，所以，并不能完全、真實的得到高層建筑上部結構和地基基礎之間的受力情況。傳統(tǒng)的設計方法分為兩類：一類是把高層建筑上部結構的剛度看做是無窮大的，這種方法，不會老驢高層建筑上部結構和基礎地基之間的共同作用關系，在以前計算方法不完善的時代，這是當時唯一的方法。另一類我們叫做常規(guī)方法，與初等方法相對應的是，這種方法將基礎的剛度考慮為無限大，得出高層建筑上部結構作用在在基礎頂面上的固端反力，然后把這一反力作用在基礎之上，考慮的是基礎和地基的共同作用，忽略上部結構的影響，這種方法并不完全，但是因為高層建筑上部結構非常復雜，其計算手段也有很大的限制，所以，一直到現在，常規(guī)方法還在被廣泛應用。以上的兩種方法都沒沒有考慮高層建筑上部結構和地基基礎之間的相互租用，所以，并不能真實有效的反映出高層建筑上部結構和地基基礎之間的受力情況。忽略兩只之間的任何一方，都只能得到一個錯誤的分析狀況。所以，高層建筑上部結構和地基基礎之間共同作用的分析方法，成為了當前社會的主流研究方法。二、高層建筑上部結構和地基基礎之間共同作用的研究方法1、有限元方法有限元法是現在結構分析當中最有效，也是最常用的分析方法，這種方法把無限的具有自由度的結構連續(xù)起來，離散化成只有有限的自由度而且僅僅在單元節(jié)點上連接的單元集合體。對每個單元進行單獨的計算分析，然后把所有單元的特性聯系到一起，集合起來起來分析的方法，2、邊界元法邊界元法是近年來一個新出現的數值分析方法。和有限單元相比較的話，它只是在物體的邊界還是那個做有限元的離散，但是不用再建筑內部做單元劃分，這樣做在很大程度上減小了節(jié)點數目，提高了計算速度，但是目前來說，這一算法在某些方面還不是很成熟，所以其計算受到諸多限制，還沒有被廣泛的應用。3、解析法解析法是使用彈性力學科當中的解答對高層建筑上部結構和地基基礎之間作用進行分析的。因為這一方法簡便易行，指利用了彈性力學中的解答，所以沒有必要進行但元離散等繁復的工作，編制程序十分方便，所需要的時機也很少，所以在實際工程建筑當中，這一算法被廣泛運用。三、高層建筑上部結構與地基基礎之間共同作用分析高層建筑一般采用的基礎形式有兩種：樁箱基礎和箱筏基礎。隨著高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用理論和實踐的深入，人們對于高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用的分析、認識也越來越深刻。目前來說大致可以歸納為以下幾點：1、有限性的上部結構貢獻高層建筑上部結構的剛度是是由豎向剛度、水平剛度、抗彎剛度三個方面組成的。一般情況下，隨著建筑物層數的增加，抗彎剛度和水平剛度在最初幾層增加較快，而后會快速的減小，直到一個穩(wěn)定的數值；但是豎向剛度不同，它是按照一定規(guī)律，隨著建筑層數的不斷增加而增長的，知識它也會因為建筑物達到一定層數而趨于穩(wěn)定，所以，我們說上部結構的剛度對地基基礎的作用是具有有限性的。2、結構剛度對共同作用的影響高層建筑的結構鋼都與施工方式有著非常密切的關系，在分析高層建筑物結構鋼都的同時，要考慮結構剛度形成的方式。這種方式可以分為結構剛度逐層形成、整體結構剛度一次形成和獨層結構的之后形成三種，他們對于整體建筑物結構剛度的貢獻是不同的。（1）、結構剛度對柱荷載的影響高層建筑物隨著層數的逐漸層架，其柱載荷也是逐步的向兩端集中，邊柱不斷加載，而內柱則不斷卸載，特別是中柱，表現的最為明顯。但是柱荷載面不斷集中到兩端的效應還不如地基反力表現的強烈。因為結構剛度的貢獻是有限的，這中荷載集中的效應知識在最開始的基層變化劇烈，隨后就開始緩慢了。（2）、結構剛度對基礎縱向彎曲方面的影響結構剛度對高層建筑物的貢獻，體現在基礎方面的是肯定是對基礎縱向彎曲程度上的改善。當結構剛度一次成形的時候，縱向彎曲大約只有絕對柔性基礎的10%，而逐層形成的結構剛度，所得到的縱向彎曲和實測的結果比較吻合。同時，上部結構中應力的分配也受結構的剛度的影響，在設計過程中，對高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用結果在建筑底層邊柱和邊墻多產生的次應力也要引起充分的重視。（3）、地基模型以及土性的變化對共同作用的影響地基模型以及土性的變化，對高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用的影響也很大，地基模型的選擇，在共同作用的分析過程中的作用使很重要的?；A荷載和上部結構相同的時候，隨著地基土性變軟，縱向彎曲和基礎內力相應的就增大了，高層建筑上部結構中的內力會產生變化，反之，其影響卻不是很明顯。同時我們還要注意很多外部因素對高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用關系的影響。比如：高層建筑與相鄰建筑物之間共同作用的互相的影響、對地基反力分布情況的影響以及對高層建筑物整體傾斜的影響等等，這些外部因素對于高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用關系分析也起著很大的作用。結語：總體來看，高層建筑的上部結構是具有很大剛度的，上部結構與地基和基礎之間相互聯系，在一個完整的建筑體系當中共同作用，高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用的問題是很復雜的，需要大量繁復的分析和大量的計算工作，并且基本無法通過實驗來進行檢驗計算結果，而建筑物建成后的實際資料也是不容易得到。不同的分析計算方式所得出的計算結果可能也會也是大相徑庭。目前，高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用的關系已經逐漸引起了科研界和工程界的關注和重視。隨著計算機應用技術的快速發(fā)展和大量高層建筑的不斷建設，高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用關系的研究也將會越來越深入。參考文獻：1 黃立華.地基基礎與框