高层建筑中结构与地基基础的作用关系.doc

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，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