高層建筑中結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的作用關(guān)系

1、試論高層建筑中結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的作用關(guān)系摘要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)都不同，由于受力復(fù)雜的問題，高層建筑對(duì)地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度都有著更加嚴(yán)格的要求，所以，高層建筑的結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的概念，闡述了上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間共同作用的分析等，進(jìn)一步說明了高層建筑中結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的作用關(guān)系。關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；地基基礎(chǔ)中圖分類號(hào)：tu208.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：高層建筑與普通建筑物有著很大的不同，

2、因?yàn)榻ㄖ锔叩牡脑黾?，水平荷載數(shù)值和建筑物垂直數(shù)值也會(huì)較大。水平荷載的內(nèi)容主要是動(dòng)力荷載、風(fēng)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(shè)計(jì)的作用。所以要求地基和基礎(chǔ)能夠提供更高的水平和豎直承載力，同時(shí)把傾斜和沉降量控制在一定的范圍之內(nèi)，并且暴增建筑物在地震荷載和風(fēng)荷載作用之下還能具有足夠程度的穩(wěn)定性。還有，因?yàn)楦邔咏ㄖ纳喜拷Y(jié)構(gòu)有著很大的剛度，而且與地基和基礎(chǔ)處在一個(gè)共同作用的整體系統(tǒng)當(dāng)中。但是，不可忽視的是，長期以來的計(jì)算手段不高，在分析高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之時(shí)，首先把上部結(jié)構(gòu)認(rèn)為絕對(duì)剛性，不理會(huì)共同作用，之考慮基礎(chǔ)和地基的共同作用

3、，一直到最近十幾年來，有了大量高層建筑實(shí)踐的豐富，還得益于計(jì)算機(jī)及其技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，才得以解決這一問題，為高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的共同作用的分析提供了可能性。一、高層建筑中上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的整體分析概念高層建筑上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)之間的共同作用，也就是將高層建筑的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、地基基礎(chǔ)之間看做一個(gè)統(tǒng)一的整體結(jié)構(gòu)。滿足他們?cè)谶B接部位的變形協(xié)調(diào)，然后用共同作用得到整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)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(shè)計(jì)當(dāng)中，基本都只考慮地基和基礎(chǔ)之間的相互作用關(guān)系，而忽略了建筑上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間的共同作用，所以，并不能完全、真實(shí)的得到高層建筑上部結(jié)構(gòu)和

4、地基基礎(chǔ)之間的受力情況。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法分為兩類：一類是把高層建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度看做是無窮大的，這種方法，不會(huì)老驢高層建筑上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)地基之間的共同作用關(guān)系，在以前計(jì)算方法不完善的時(shí)代，這是當(dāng)時(shí)唯一的方法。另一類我們叫做常規(guī)方法，與初等方法相對(duì)應(yīng)的是，這種方法將基礎(chǔ)的剛度考慮為無限大，得出高層建筑上部結(jié)構(gòu)作用在在基礎(chǔ)頂面上的固端反力，然后把這一反力作用在基礎(chǔ)之上，考慮的是基礎(chǔ)和地基的共同作用，忽略上部結(jié)構(gòu)的影響，這種方法并不完全，但是因?yàn)楦邔咏ㄖ喜拷Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，其計(jì)算手段也有很大的限制，所以，一直到現(xiàn)在，常規(guī)方法還在被廣泛應(yīng)用。以上的兩種方法都沒沒有考慮高層建筑上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)之間的相互租

5、用，所以，并不能真實(shí)有效的反映出高層建筑上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)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(gè)錯(cuò)誤的分析狀況。所以，高層建筑上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)之間共同作用的分析方法，成為了當(dāng)前社會(huì)的主流研究方法。二、高層建筑上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)之間共同作用的研究方法1、有限元方法有限元法是現(xiàn)在結(jié)構(gòu)分析當(dāng)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(jié)構(gòu)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(diǎn)上連接的單元集合體。對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)算分析，然后把所有單元的特性聯(lián)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(gè)新出現(xiàn)的數(shù)值分析方法。和有限單元相比較的話

6、，它只是在物體的邊界還是那個(gè)做有限元的離散，但是不用再建筑內(nèi)部做單元?jiǎng)澐?，這樣做在很大程度上減小了節(jié)點(diǎn)數(shù)目，提高了計(jì)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(jì)算受到諸多限制，還沒有被廣泛的應(yīng)用。3、解析法解析法是使用彈性力學(xué)科當(dāng)中的解答對(duì)高層建筑上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)之間作用進(jìn)行分析的。因?yàn)檫@一方法簡便易行，指利用了彈性力學(xué)中的解答，所以沒有必要進(jìn)行但元離散等繁復(fù)的工作，編制程序十分方便，所需要的時(shí)機(jī)也很少，所以在實(shí)際工程建筑當(dāng)中，這一算法被廣泛運(yùn)用。三、高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間共同作用分析高層建筑一般采用的基礎(chǔ)形式有兩種：樁箱基礎(chǔ)和箱筏基礎(chǔ)。隨著高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基

7、礎(chǔ)之間的共同作用理論和實(shí)踐的深入，人們對(duì)于高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用的分析、認(rèn)識(shí)也越來越深刻。目前來說大致可以歸納為以下幾點(diǎn)：1、有限性的上部結(jié)構(gòu)貢獻(xiàn)高層建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度是是由豎向剛度、水平剛度、抗彎剛度三個(gè)方面組成的。一般情況下，隨著建筑物層數(shù)的增加，抗彎剛度和水平剛度在最初幾層增加較快，而后會(huì)快速的減小，直到一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值；但是豎向剛度不同，它是按照一定規(guī)律，隨著建筑層數(shù)的不斷增加而增長的，知識(shí)它也會(huì)因?yàn)榻ㄖ镞_(dá)到一定層數(shù)而趨于穩(wěn)定，所以，我們說上部結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)地基基礎(chǔ)的作用是具有有限性的。2、結(jié)構(gòu)剛度對(duì)共同作用的影響高層建筑的結(jié)構(gòu)鋼都與施工方式有著非常密切的關(guān)系，在分析高

8、層建筑物結(jié)構(gòu)鋼都的同時(shí)，要考慮結(jié)構(gòu)剛度形成的方式。這種方式可以分為結(jié)構(gòu)剛度逐層形成、整體結(jié)構(gòu)剛度一次形成和獨(dú)層結(jié)構(gòu)的之后形成三種，他們對(duì)于整體建筑物結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)是不同的。（1）、結(jié)構(gòu)剛度對(duì)柱荷載的影響高層建筑物隨著層數(shù)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(nèi)柱則不斷卸載，特別是中柱，表現(xiàn)的最為明顯。但是柱荷載面不斷集中到兩端的效應(yīng)還不如地基反力表現(xiàn)的強(qiáng)烈。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)是有限的，這中荷載集中的效應(yīng)知識(shí)在最開始的基層變化劇烈，隨后就開始緩慢了。（2）、結(jié)構(gòu)剛度對(duì)基礎(chǔ)縱向彎曲方面的影響結(jié)構(gòu)剛度對(duì)高層建筑物的貢獻(xiàn)，體現(xiàn)在基礎(chǔ)方面的是肯定是對(duì)基礎(chǔ)縱向彎曲程度上的改善。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛

9、度一次成形的時(shí)候，縱向彎曲大約只有絕對(duì)柔性基礎(chǔ)的10%，而逐層形成的結(jié)構(gòu)剛度，所得到的縱向彎曲和實(shí)測的結(jié)果比較吻合。同時(shí)，上部結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的分配也受結(jié)構(gòu)的剛度的影響，在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用結(jié)果在建筑底層邊柱和邊墻多產(chǎn)生的次應(yīng)力也要引起充分的重視。（3）、地基模型以及土性的變化對(duì)共同作用的影響地基模型以及土性的變化，對(duì)高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)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(chǔ)荷載和上部結(jié)構(gòu)相同的時(shí)候，隨著地基土性變軟，縱向彎曲和基礎(chǔ)內(nèi)力相應(yīng)的就增大了，高層建筑上部結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力會(huì)產(chǎn)生變化，反之，其影響卻不是很明

10、顯。同時(shí)我們還要注意很多外部因素對(duì)高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用關(guān)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(duì)地基反力分布情況的影響以及對(duì)高層建筑物整體傾斜的影響等等，這些外部因素對(duì)于高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用關(guān)系分析也起著很大的作用。結(jié)語：總體來看，高層建筑的上部結(jié)構(gòu)是具有很大剛度的，上部結(jié)構(gòu)與地基和基礎(chǔ)之間相互聯(lián)系，在一個(gè)完整的建筑體系當(dāng)中共同作用，高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用的問題是很復(fù)雜的，需要大量繁復(fù)的分析和大量的計(jì)算工作，并且基本無法通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，而建筑物建成后的實(shí)際資料也是不容易得到。不同的分析計(jì)算方式所得出的計(jì)算結(jié)果可能也會(huì)也是大相徑庭。目前，高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用的關(guān)系已經(jīng)逐漸引起了科研界和工程界的關(guān)注和重視。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展和大量高層建筑的不斷建設(shè)，高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用關(guān)系的研究也將會(huì)越來越深入。參考文獻(xiàn)：1 黃立華.地基基礎(chǔ)與框