高层建筑上部结构与地基基础共同作用的研究

■李康

（广东省惠州地质工程勘察院　广东　惠州　516001）

高层建筑上部结构与地基基础共同作用的研究

■李康

（广东省惠州地质工程勘察院广东惠州516001）

随着我国建筑行业的不断发展，越来越多的高层建筑如雨后春笋般冒出，高层建筑之所以可以受到欢迎，其根本原因就是高层建筑与多层建筑相比，更加的实用，同样的占地面积高层建筑可以比多层建筑多出很多使用面积。本文通过高层建筑上部结构与地基基础共同作用的概念和高层建筑上部结构与地基基础之间的影响进行了分析探讨，总结归纳出了高层建筑上部结构与地基基础共同作用的具体应用模型，以供相关人员参考或采纳。

高层建筑上部结构地基基础共同作用研究

0　前言

高层建筑上部结构需要较大的承载力，并且还需要与地基基础共同作用下形成一个完整的承载力体系。为了方便计算，所以在一般情况下都是将高层建筑上部结构视为绝对的钢体结构，将地基基础的承载力与整体建筑结构的承载力工共同作用进行计算。随着建筑领域的不断发展，才将高层建筑上部结构与地基基础共同作用的问题彻底解决。

1　高层建筑上部结构与地基基础共同作用的概念

高层建筑上部结构与地基基础共同作用的概念就是将高层建筑上部结构与地基基础视为一个完整的承载力体系，通过满足高层建筑上部结构与地基基础的承载力需要，进行计算上的协调，使整体建筑的承载力和刚度有一个显著提升，这就是高层建筑上部结构与地基基础共同作用的概念。传统的计算方法中，更多是将地基基础的承载力进行计算，往往是将高层建筑上部结构看成一个刚度结构，不考虑高层建筑上部结构承载力的相互作用。但是这种方式不能真实将高层建筑上部结构与地基基础之间的相互约束力和承载力反应出来，所以往往在建筑过程中，会出现地基基础承载力不够或者地基基础承载力预算过高，使整体建筑承载力过大，平白增加了建筑工程的成本[1]。

2　高层建筑上部结构与地基基础之间的影响

2.1基础承载力的影响

在高层建筑上部结构与地基基础基本承载力不变的情况下，建筑内部结构的刚度和内力逐渐增加，相对的挠度和剪力也会随之减少。同样的，高层建筑上部结构与地基基础的主应力和次应力会随着建筑内部结构剪力和内应力的减少而增加，其根本原因就是对于高层建筑上部结构的承载力计算失误，使基础在承载力方面出现了一定的偏差，会导致基础的沉降增加，大大降低了建筑物的承载力和安全系数。所以在计算过程中，要适当的将基础承载力，并且还要减少建筑结构上部的刚度，使高层建筑上部结构与地基基础之间的作用力和反作用力成正比，以保证建筑物的整体承载力和安全系数。

2.2上部结构承载力的影响

地基基础承载力不变的情况下，必须要增加高层建筑上部结构的刚度，因为地基基础承载力与高层建筑上部结构有着相互作用的关系，一旦地基基础承载力不够，那么高层建筑上部结构的稳定性必定会随之降低。所以在地基基础不变的情况下，增加高层建筑上部结构的刚度必然就会减少基础的内应力和剪力，同样的也会导致高层建筑上部结构的内应力和剪力增加。总的来说，就是高层建筑上部结构减少结构内力的条件是降低结构内部次应力和剪力。并且在计算过程中，还要特别注意高层建筑上部结构的刚度并不是可以无限的，所以在计算过程中一定要控制好地基基础的承载力。

2.3地基承载力的影响

当地基基础承载力不足时，地基基础内部结构的内应力和相对挠度也会随之增加，相同的地基基础的承载力增加到一定程度时，高层建筑上部结构的刚度对于地基基础的结构内部内应力已经没有什么太大的影响了。其根本原因就是当地基基础的沉降系数降低时，就不需要高层建筑上部结构来承担建筑本身的压力和作用力。并且在这种情况下，高层建筑上部结构的次应力和剪力也可以忽略不计，所以总的来说，高层建筑上部结构与地基基础共同作用的前提就是地基基础承载力的大小，当地基基础的承载力足够时，高层建筑上部结构与地基基础之间的共同作用就是不成立的[2]。

3　高层建筑上层结构与地基基础共同作用的具体模型研究

3.1弹性模型

弹性模型的基本计算理念就是将地基基础看成一个内应力均匀分布的、内部结构的内应力相互作用并且具有一定弹性的物体。在计算过程中，要将地基基础和整体建筑承载力和压力进行精准的计算，使计算结果更加准确，保证了建筑物的承载力和安全系数。但是这种模型在实际应用中还存在着一些缺点，比如在计算过程中无法将地基基础的分层特性计算在内，在一定程度上可能会导致计算结果的误差。

3.2分层地基模型

地基基础在通常情况下，都有一个分层的特征。由于弹性模型无法真实的反映出地基基础的分层特性，所以将利用分层地基模型应用在计算过程中，将能够最大程度上的提升计算结果的精准度。在实际计算过程中，可以将弹性模型和分层地基模型的基本计算方法进行融合，使计算结果更加精准，为建筑整体结构的安全系数提供了保障。

3.3非线性弹性模型

地基基础在建筑物的压力和土地自身反作用力下，会有一个非线性弹性变形的过程，这也就会导致建筑物在实际施工过程中，出现一定的偏差，所以在地基基础承载力的计算过程中，将利用非线性弹性模型的计算方法，将地基基础的内应力变化通过曲线的形式表示出来，从而为地基基础承载力计算提供了非常有用的参考，使地基基础承载力的计算更加准确，为高层建筑整体承载力和安全系数提供了一定的保障[3]。

4　结束语

总的来说，高层建筑上部结构与地基基础共同作用的基本条件就是地基基础自身的承载力。在传统的高层建筑结构计算过程中，通常是将高层建筑上部结构看成一个绝对刚度体系，但是这种计算方法将会导致整体建筑承载力计算错误，会出现承载力过小或者过大的现象，所以必须使高层建筑上部结构与地基基础共同作用，才能使建筑物整体承载力和安全系数得到提升。

[1]肖强，丁翠红.高层上部结构与地基基础共同作用问题的研究现状 [J].浙江建筑，2010，09（16）：28-33.

[2]焦宇晖.高层建筑上部结构与地基基础共同作用的研究 [J].红水河，2015，04（19）：64-67.

[3]黄海宏.高层建筑上部结构与地基基础共同工作分析的研究进展 [J].宁德师专学报(自然科学版)，2014，04（36）：376-379.

TU4[文献码]B

1000-405X（2016）-9-465-1