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1、 试论高层建筑中结构与地基基础的作用关系摘要：随着我国国民经济的迅猛发展，犹如雨后春笋般的高层建筑，在各大城市拔地而起。高层建筑与普通建筑的结构和基础都不同，由于受力复杂的问题，高层建筑对地基基础的稳定性、强度和刚度都有着更加严格的要求，所以，高层建筑的结构和地基基础之间共同作用的问题，成为了所有高层建筑的分析中首先要解决的难题。文章介绍了高层建筑上部结构与地基基础共同作用的概念，阐述了上部结构与地基基础之间共同作用的分析等，进一步说明了高层建筑中结构与地基基础之间的作用关系。关键词：高层建筑；结构；地基基础中图分类号：tu208.3文献标识码：a 文章编号：高层建筑与普通建筑物有着很大的不同
2、，因为建筑物高的的增加，水平荷载数值和建筑物垂直数值也会较大。水平荷载的内容主要是动力荷载、风荷载还有一种是地震荷载，水平荷载所引发的剪力和弯矩的迅速加大，所带来倾覆力矩也同样成倍增加，还能起到控制设计的作用。所以要求地基和基础能够提供更高的水平和竖直承载力，同时把倾斜和沉降量控制在一定的范围之内，并且暴增建筑物在地震荷载和风荷载作用之下还能具有足够程度的稳定性。还有，因为高层建筑的上部结构有着很大的刚度，而且与地基和基础处在一个共同作用的整体系统当中。但是，不可忽视的是，长期以来的计算手段不高，在分析高层建筑的基础结构之时，首先把上部结构认为绝对刚性，不理会共同作用，之考虑基础和地基的共同作
3、用，一直到最近十几年来，有了大量高层建筑实践的丰富，还得益于计算机及其技术的快速发展和应用，才得以解决这一问题，为高层建筑上部结构与地基基础的共同作用的分析提供了可能性。一、高层建筑中上部结构与地基基础共同作用的整体分析概念高层建筑上部结构和地基基础之间的共同作用，也就是将高层建筑的上部结构设计、地基基础之间看做一个统一的整体结构。满足他们在连接部位的变形协调，然后用共同作用得到整个系统的内力和变形的方法我们就成为两者共同作用的分析方法。在以往传统的高层建筑设计当中，基本都只考虑地基和基础之间的相互作用关系，而忽略了建筑上部结构和基础之间的共同作用，所以，并不能完全、真实的得到高层建筑上部结构
4、和地基基础之间的受力情况。传统的设计方法分为两类：一类是把高层建筑上部结构的刚度看做是无穷大的，这种方法，不会老驴高层建筑上部结构和基础地基之间的共同作用关系，在以前计算方法不完善的时代，这是当时唯一的方法。另一类我们叫做常规方法，与初等方法相对应的是，这种方法将基础的刚度考虑为无限大，得出高层建筑上部结构作用在在基础顶面上的固端反力，然后把这一反力作用在基础之上，考虑的是基础和地基的共同作用，忽略上部结构的影响，这种方法并不完全，但是因为高层建筑上部结构非常复杂，其计算手段也有很大的限制，所以，一直到现在，常规方法还在被广泛应用。以上的两种方法都没没有考虑高层建筑上部结构和地基基础之间的相互
5、租用，所以，并不能真实有效的反映出高层建筑上部结构和地基基础之间的受力情况。忽略两只之间的任何一方，都只能得到一个错误的分析状况。所以，高层建筑上部结构和地基基础之间共同作用的分析方法，成为了当前社会的主流研究方法。二、高层建筑上部结构和地基基础之间共同作用的研究方法1、有限元方法有限元法是现在结构分析当中最有效，也是最常用的分析方法，这种方法把无限的具有自由度的结构连续起来，离散化成只有有限的自由度而且仅仅在单元节点上连接的单元集合体。对每个单元进行单独的计算分析，然后把所有单元的特性联系到一起，集合起来起来分析的方法，2、边界元法边界元法是近年来一个新出现的数值分析方法。和有限单元相比较的
6、话，它只是在物体的边界还是那个做有限元的离散，但是不用再建筑内部做单元划分，这样做在很大程度上减小了节点数目，提高了计算速度，但是目前来说，这一算法在某些方面还不是很成熟，所以其计算受到诸多限制，还没有被广泛的应用。3、解析法解析法是使用弹性力学科当中的解答对高层建筑上部结构和地基基础之间作用进行分析的。因为这一方法简便易行，指利用了弹性力学中的解答，所以没有必要进行但元离散等繁复的工作，编制程序十分方便，所需要的时机也很少，所以在实际工程建筑当中，这一算法被广泛运用。三、高层建筑上部结构与地基基础之间共同作用分析高层建筑一般采用的基础形式有两种：桩箱基础和箱筏基础。随着高层建筑上部结构与地基
7、基础之间的共同作用理论和实践的深入，人们对于高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用的分析、认识也越来越深刻。目前来说大致可以归纳为以下几点：1、有限性的上部结构贡献高层建筑上部结构的刚度是是由竖向刚度、水平刚度、抗弯刚度三个方面组成的。一般情况下，随着建筑物层数的增加，抗弯刚度和水平刚度在最初几层增加较快，而后会快速的减小，直到一个稳定的数值；但是竖向刚度不同，它是按照一定规律，随着建筑层数的不断增加而增长的，知识它也会因为建筑物达到一定层数而趋于稳定，所以，我们说上部结构的刚度对地基基础的作用是具有有限性的。2、结构刚度对共同作用的影响高层建筑的结构钢都与施工方式有着非常密切的关系，在分析
8、高层建筑物结构钢都的同时，要考虑结构刚度形成的方式。这种方式可以分为结构刚度逐层形成、整体结构刚度一次形成和独层结构的之后形成三种，他们对于整体建筑物结构刚度的贡献是不同的。（1）、结构刚度对柱荷载的影响高层建筑物随着层数的逐渐层架，其柱载荷也是逐步的向两端集中，边柱不断加载，而内柱则不断卸载，特别是中柱，表现的最为明显。但是柱荷载面不断集中到两端的效应还不如地基反力表现的强烈。因为结构刚度的贡献是有限的，这中荷载集中的效应知识在最开始的基层变化剧烈，随后就开始缓慢了。（2）、结构刚度对基础纵向弯曲方面的影响结构刚度对高层建筑物的贡献，体现在基础方面的是肯定是对基础纵向弯曲程度上的改善。当结构
9、刚度一次成形的时候，纵向弯曲大约只有绝对柔性基础的10%，而逐层形成的结构刚度，所得到的纵向弯曲和实测的结果比较吻合。同时，上部结构中应力的分配也受结构的刚度的影响，在设计过程中，对高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用结果在建筑底层边柱和边墙多产生的次应力也要引起充分的重视。（3）、地基模型以及土性的变化对共同作用的影响地基模型以及土性的变化，对高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用的影响也很大，地基模型的选择，在共同作用的分析过程中的作用使很重要的。基础荷载和上部结构相同的时候，随着地基土性变软，纵向弯曲和基础内力相应的就增大了，高层建筑上部结构中的内力会产生变化，反之，其影响却不是很
10、明显。同时我们还要注意很多外部因素对高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用关系的影响。比如：高层建筑与相邻建筑物之间共同作用的互相的影响、对地基反力分布情况的影响以及对高层建筑物整体倾斜的影响等等，这些外部因素对于高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用关系分析也起着很大的作用。结语：总体来看，高层建筑的上部结构是具有很大刚度的，上部结构与地基和基础之间相互联系，在一个完整的建筑体系当中共同作用，高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用的问题是很复杂的，需要大量繁复的分析和大量的计算工作，并且基本无法通过实验来进行检验计算结果，而建筑物建成后的实际资料也是不容易得到。不同的分析计算方式所得出
11、的计算结果可能也会也是大相径庭。目前，高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用的关系已经逐渐引起了科研界和工程界的关注和重视。随着计算机应用技术的快速发展和大量高层建筑的不断建设，高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用关系的研究也将会越来越深入。参考文献：1 黄立华.地基基础与框架结构协同抗震的数值模拟分析j. 山西建筑,2009(15)2 龙晓鸿,潘玲,李黎.爆破地震波作用下框架结构与地基基础协同工作时程分析j. 工程抗震与加固改造,2009(06)3 李永靖,张向东,杜洪贵,王安华.地震作用下框架结构三维弹塑性反应分析j. 科学技术与工程,2009(21)注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。
高层建筑中结构与地基基础的作用关系
