高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的研究

■李康

（廣東省惠州地質(zhì)工程勘察院　廣東　惠州　516001）

高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的研究

■李康

（廣東省惠州地質(zhì)工程勘察院廣東惠州516001）

隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的高層建筑如雨后春筍般冒出，高層建筑之所以可以受到歡迎，其根本原因就是高層建筑與多層建筑相比，更加的實用，同樣的占地面積高層建筑可以比多層建筑多出很多使用面積。本文通過高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的概念和高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的影響進行了分析探討，總結(jié)歸納出了高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的具體應(yīng)用模型，以供相關(guān)人員參考或采納。

高層建筑上部結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)共同作用研究

0　前言

高層建筑上部結(jié)構(gòu)需要較大的承載力，并且還需要與地基基礎(chǔ)共同作用下形成一個完整的承載力體系。為了方便計算，所以在一般情況下都是將高層建筑上部結(jié)構(gòu)視為絕對的鋼體結(jié)構(gòu)，將地基基礎(chǔ)的承載力與整體建筑結(jié)構(gòu)的承載力工共同作用進行計算。隨著建筑領(lǐng)域的不斷發(fā)展，才將高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的問題徹底解決。

1　高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的概念

高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的概念就是將高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)視為一個完整的承載力體系，通過滿足高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的承載力需要，進行計算上的協(xié)調(diào)，使整體建筑的承載力和剛度有一個顯著提升，這就是高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的概念。傳統(tǒng)的計算方法中，更多是將地基基礎(chǔ)的承載力進行計算，往往是將高層建筑上部結(jié)構(gòu)看成一個剛度結(jié)構(gòu)，不考慮高層建筑上部結(jié)構(gòu)承載力的相互作用。但是這種方式不能真實將高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的相互約束力和承載力反應(yīng)出來，所以往往在建筑過程中，會出現(xiàn)地基基礎(chǔ)承載力不夠或者地基基礎(chǔ)承載力預(yù)算過高，使整體建筑承載力過大，平白增加了建筑工程的成本[1]。

2　高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的影響

2.1基礎(chǔ)承載力的影響

在高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)基本承載力不變的情況下，建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剛度和內(nèi)力逐漸增加，相對的撓度和剪力也會隨之減少。同樣的，高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的主應(yīng)力和次應(yīng)力會隨著建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)剪力和內(nèi)應(yīng)力的減少而增加，其根本原因就是對于高層建筑上部結(jié)構(gòu)的承載力計算失誤，使基礎(chǔ)在承載力方面出現(xiàn)了一定的偏差，會導(dǎo)致基礎(chǔ)的沉降增加，大大降低了建筑物的承載力和安全系數(shù)。所以在計算過程中，要適當(dāng)?shù)膶⒒A(chǔ)承載力，并且還要減少建筑結(jié)構(gòu)上部的剛度，使高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的作用力和反作用力成正比，以保證建筑物的整體承載力和安全系數(shù)。

2.2上部結(jié)構(gòu)承載力的影響

地基基礎(chǔ)承載力不變的情況下，必須要增加高層建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度，因為地基基礎(chǔ)承載力與高層建筑上部結(jié)構(gòu)有著相互作用的關(guān)系，一旦地基基礎(chǔ)承載力不夠，那么高層建筑上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性必定會隨之降低。所以在地基基礎(chǔ)不變的情況下，增加高層建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度必然就會減少基礎(chǔ)的內(nèi)應(yīng)力和剪力，同樣的也會導(dǎo)致高層建筑上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力和剪力增加。總的來說，就是高層建筑上部結(jié)構(gòu)減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力的條件是降低結(jié)構(gòu)內(nèi)部次應(yīng)力和剪力。并且在計算過程中，還要特別注意高層建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度并不是可以無限的，所以在計算過程中一定要控制好地基基礎(chǔ)的承載力。

2.3地基承載力的影響

當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)承載力不足時，地基基礎(chǔ)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力和相對撓度也會隨之增加，相同的地基基礎(chǔ)的承載力增加到一定程度時，高層建筑上部結(jié)構(gòu)的剛度對于地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部內(nèi)應(yīng)力已經(jīng)沒有什么太大的影響了。其根本原因就是當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)的沉降系數(shù)降低時，就不需要高層建筑上部結(jié)構(gòu)來承擔(dān)建筑本身的壓力和作用力。并且在這種情況下，高層建筑上部結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力和剪力也可以忽略不計，所以總的來說，高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的前提就是地基基礎(chǔ)承載力的大小，當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)的承載力足夠時，高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的共同作用就是不成立的[2]。

3　高層建筑上層結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的具體模型研究

3.1彈性模型

彈性模型的基本計算理念就是將地基基礎(chǔ)看成一個內(nèi)應(yīng)力均勻分布的、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力相互作用并且具有一定彈性的物體。在計算過程中，要將地基基礎(chǔ)和整體建筑承載力和壓力進行精準(zhǔn)的計算，使計算結(jié)果更加準(zhǔn)確，保證了建筑物的承載力和安全系數(shù)。但是這種模型在實際應(yīng)用中還存在著一些缺點，比如在計算過程中無法將地基基礎(chǔ)的分層特性計算在內(nèi)，在一定程度上可能會導(dǎo)致計算結(jié)果的誤差。

3.2分層地基模型

地基基礎(chǔ)在通常情況下，都有一個分層的特征。由于彈性模型無法真實的反映出地基基礎(chǔ)的分層特性，所以將利用分層地基模型應(yīng)用在計算過程中，將能夠最大程度上的提升計算結(jié)果的精準(zhǔn)度。在實際計算過程中，可以將彈性模型和分層地基模型的基本計算方法進行融合，使計算結(jié)果更加精準(zhǔn)，為建筑整體結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)提供了保障。

3.3非線性彈性模型

地基基礎(chǔ)在建筑物的壓力和土地自身反作用力下，會有一個非線性彈性變形的過程，這也就會導(dǎo)致建筑物在實際施工過程中，出現(xiàn)一定的偏差，所以在地基基礎(chǔ)承載力的計算過程中，將利用非線性彈性模型的計算方法，將地基基礎(chǔ)的內(nèi)應(yīng)力變化通過曲線的形式表示出來，從而為地基基礎(chǔ)承載力計算提供了非常有用的參考，使地基基礎(chǔ)承載力的計算更加準(zhǔn)確，為高層建筑整體承載力和安全系數(shù)提供了一定的保障[3]。

4　結(jié)束語

總的來說，高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的基本條件就是地基基礎(chǔ)自身的承載力。在傳統(tǒng)的高層建筑結(jié)構(gòu)計算過程中，通常是將高層建筑上部結(jié)構(gòu)看成一個絕對剛度體系，但是這種計算方法將會導(dǎo)致整體建筑承載力計算錯誤，會出現(xiàn)承載力過小或者過大的現(xiàn)象，所以必須使高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用，才能使建筑物整體承載力和安全系數(shù)得到提升。

[1]肖強，丁翠紅.高層上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用問題的研究現(xiàn)狀 [J].浙江建筑，2010，09（16）：28-33.

[2]焦宇暉.高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的研究 [J].紅水河，2015，04（19）：64-67.

[3]黃海宏.高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同工作分析的研究進展 [J].寧德師專學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014，04（36）：376-379.

TU4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-465-1