地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用分析

【摘要】隨著我國經(jīng)濟建設與科學技術(shù)的迅速進步與發(fā)展，城市建設的步伐也越來越快，城市的居民建筑似雨后春筍般層層矗立。由于建筑的地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，互相作用，形成一個整體，如果在地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的設計中，人為地進行隔離計算，既缺乏經(jīng)濟性，也影響了安全性。通過對地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同作用進行分析，對其共同作用的重要性進行探討與研究。

【關(guān)鍵詞】地基基礎(chǔ)；上部結(jié)構(gòu)；共同作用

隨著我國經(jīng)濟與科技的迅速進步與發(fā)展，都市化建設步伐加快了前進的腳步，都市用地匱乏，居民建筑規(guī)模越來越大，為了有效提高土地的利用率，在城市進行建筑的規(guī)劃布局，不僅可以很好地改善城市的面貌，還為城市發(fā)展增添光彩，能夠進一步與國際化接軌?，F(xiàn)代建筑的地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)是無法分割的整體，它已不同于傳統(tǒng)建筑的結(jié)構(gòu)設計，通過其相互作用與協(xié)調(diào)變形關(guān)系，改善建筑設計的合理性。

1、地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用的研究意義

建筑物的結(jié)構(gòu)具有一定的繁性，在設計時，既應滿足地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的靜力平衡關(guān)系，也要協(xié)調(diào)其變形設計方法，增強結(jié)構(gòu)安全性。運用共同作用的設計方法來進行設計分析，是一種切實可靠的設計方法，它可以保證建筑物的可靠性、合理性與經(jīng)濟性，對建筑項目有重要的實際意義。首先，對于上部結(jié)構(gòu)設計來講，可根據(jù)施工順序進行模擬，觀察上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化，這主要來自于基礎(chǔ)沉降不平均，給上部結(jié)構(gòu)帶來了次應力，這項預防措施不僅增強了上部結(jié)構(gòu)的可靠性，還鞏固了工程的安全性能，具有重要的實際性作用與意義。其次，在基礎(chǔ)設計中，通過充分運用地基承載力增加樁距，減少樁量，進行綜合優(yōu)化方式布樁。

2、地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用的分析方法

上世紀八十年代，我國的高層建筑日益增多，同時增加了樁基基礎(chǔ)的使用量，為了適應這一新的變化，業(yè)內(nèi)展開了對高層建筑與地基基礎(chǔ)的相互作用研究，從上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件內(nèi)力變化，到上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的共同作用效應進行了一系列的試驗研究。

2.1整體承載能力的概率分析

結(jié)構(gòu)承載力的研究與分析是一項比較新的研究內(nèi)容，主要分析影響結(jié)構(gòu)體系可靠度的因素。從樁基結(jié)構(gòu)來看，土、樁、結(jié)構(gòu)之間相互作用，會影響到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對樁基與上部結(jié)構(gòu)的承載力進行極限分析，考慮樁與土在相互作用下對結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生的影響，通過模型計算，以不同支撐條件產(chǎn)生的承載力的影響，獲取單樁承載力的概率分布，最后提取出結(jié)構(gòu)、樁、土相互作用下承載力的概率特性。通過以上試驗可知，樁其與上部結(jié)構(gòu)之間有不可忽視的承載力影響，在這里由于土的參數(shù)與計算模型都存在著不確定性，其結(jié)構(gòu)體系的承載力被逐步破壞，也就是說其變異性取決于承載力的不確定性。

2.2土與結(jié)構(gòu)的動力相互作用

土與結(jié)構(gòu)的相互作用力，在地震力作用下，會影響結(jié)構(gòu)與地基的穩(wěn)定性?？勺冃瓮恋拇嬖跁艿蕉喾矫娴牡卣痦憫挠绊?，地基土較為柔軟時，基礎(chǔ)內(nèi)力增強，地基剛度會持續(xù)變大，直到沉降達到最小，此時上部結(jié)構(gòu)次應力也最小。在設計基礎(chǔ)時，要全面考慮結(jié)構(gòu)形式狀況，首先，剛性支撐與柔性支撐的結(jié)構(gòu)存在著不同的自振特性，后者的自振周期長；其次，柔性支撐可將振動能量傳播到周圍土中，而剛性支撐則沒有這一特征。想要精確而全面到考慮到土與結(jié)構(gòu)相互作用的影響因素并不容易，尤其是在土質(zhì)還可能產(chǎn)生非線性的變化過程。但在簡化理想系統(tǒng)的分析時，對于土、基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)相互作用分析得到了相對有價值的結(jié)論，這主要是因為較少地考慮了主要影響因素的原因。其實土與結(jié)構(gòu)的相互作用與其它動力學的關(guān)鍵性區(qū)別在于土是無邊界的介質(zhì)，因此，分析中需要考慮波能量的無邊界輻射問題，針對這一問題，目前有直接分析法、子結(jié)構(gòu)法、基于物理近似的分析法三種較為常用的分析方法，但無論哪種方法的采用，都需要先進行自由場運動的分析，這是土與結(jié)構(gòu)動力相互作用的重要研究內(nèi)容。

2.3共同作用方法的基礎(chǔ)設計

近幾年來，地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用分析取得了一定的收獲與進展，但仍未能進行有效應用與實施。按其共同作用原理，可分別為從三個方面進行探討，一方面是進行實測研究，這是受到大眾重視的主題，而且也獲得了一定的研究成果，但因結(jié)構(gòu)變化較多的，地基土又存在著不確定性，模型與實際情況總有不同之處，因此其運算分析結(jié)果偏差較大。另一方面是模型試驗，這是一個消耗較大的模擬過程，可在部分范圍分析加以使用。最后一方面是理論分析，這是土木工程領(lǐng)域經(jīng)過多年理論探討而讓人感覺其應用較為繁瑣的課題，目前有兩種途徑較為有成效，解析法與數(shù)值法，但隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機有限元軟件成為了數(shù)值分析法中最佳的選擇，但其運算復雜，涉及的要素又多，還沒有真正應用到現(xiàn)實項目中。

3、地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用的發(fā)展趨勢

地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用設計方法還需要進行深入的研究，在設計里，除了要滿足靜力平衡的條件以外，還應保持變形控制的設計原則，當然，也應同時考慮地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的剛度對相互作用，以及建筑整體的影響，從而能夠簡便地、精確地計算與分析出設計內(nèi)容。地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的相互作用是土與結(jié)構(gòu)的動力響應，對地基穩(wěn)定性有十分重要的影響，各種隨機因素與不確定性參數(shù)對地基穩(wěn)定性的影響是未來的研究方向與發(fā)展趨勢，這是隨著設計規(guī)范逐步轉(zhuǎn)向概率計算方法而得到的推廣應用。而且還有的研究人員已經(jīng)開始關(guān)注飽和土介質(zhì)與結(jié)構(gòu)的相互作用。以上問題的深入研究將為地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的相互作用提供更新的防治措施與途徑。

結(jié)語：

現(xiàn)代建筑中，地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用分析與研究還在持續(xù)進行，也一直是基礎(chǔ)研究的熱點，對其進行深入的研究有利于掌握結(jié)構(gòu)的工作機理，具有一定的學術(shù)價值，通過近幾年來不斷的持續(xù)研究，取得了一定要的進展，但對其理論計算模型與方法、結(jié)構(gòu)等適應性能力的評價，還需進一步地深入研究，因其直接關(guān)系到對實際工程的可行性應用，結(jié)合工程實際問題進行研究與探討，以獲取學術(shù)方面的經(jīng)濟價值。