上部結構剛度對基礎設計的影響

江軍

摘要：對于地基變形以及結構分類等方面的適應能力進行了介紹，并對于一些設計問題進行了論述，進一步指出了地基的設計和上部主體結構之間有著密切的聯系。

關鍵詞: 上部結構, 剛性結構, 柔性結構, 地基基礎

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

一、研究上部剛度對基礎設計影響的意義

地基基礎會受到上部結構的影響，這種理論到如今已經被科學證實并得到了發展，而通過共同作用分析，能夠使基礎設計的質量以及水平得到提高和改善，并獲得更大的經濟效益，具體有如下方面的體現：

第一是對于上部結構進行有效利用，使結構尺寸盡量減小或者降低到最小，將上部基礎以及結構作為整體進行考慮，而筏板和箱型的基礎指標也可以減小，另外還可以減小樁筏的樁數。

第二是對于建筑層數和結構形式有較大差異的裙房和主樓，可以分別采用不同的基礎，在分析比較的過程中，如果說要實現建筑方面的功能需求，可以將上部結構與裙房以及主房基礎相連接。

第三是可以通過共同分析的有關理論進行合理的設計，達到降低造價以及減小沉降的效果。

二、上部結構的分類及其對地基變形的適應能力

2.1上部的柔性結構通常指的是與板材結構相類似的鋼排架或者說土排架結構。柔性結構可以說是將以上內容作為基礎，出現的具有比較強的適應能力的結構。我們見到很多古老建筑中存在地基變形問題，有些就是因為使用了排架作為主體，然而在建筑這種類型的建筑物的時候，還有著地面堆載等其他因素產生的影響。

2.2上部結構中剛性結構主要是指水塔或者煙囪等一些具有一定高度的建筑物，或者說體型簡單，長高比在2.5以內的一些高層建筑。另一種半剛性結構也就是指更為廣泛的剛性結構，比方說我們經常接觸到的框架或者砌體結構都是其中的內容。上部剛性結構相對于上部柔性結構來說，適應變形能力雖然說比較差，但是剛醒結構對于一些不平整或者說不均勻的地基抵抗能力比較強。而在如今很多地基基礎設計的內容之中有明確規定，這種抵抗應當是在確保知道地基變形的具體數字的基礎上，才能進行選用以及設計地基的。而半剛性結構有著其他兩種結構之間的能力，比方說對于部分的撓曲功能進行承受，對于一些地基的變形進行調整，然而假如說調整部分已經超過了半剛性結構的調整范圍，就會導致主體結構出現構件方面的損壞，從而會導致建筑物產生開裂等不良狀況。

三、研究上部結構剛度對基礎設計的影響的共同作用分析

在共同作用的分析過程中，上部基礎以及上部結構的組成通常是包括梁和板單元在內的，所以說上部結構的剛度矩陣以及上部基礎的剛度矩陣可以通過很多方法進行建立，比方說有限差分法、有限單元法、解析方法或者有線條分法等等，還可以利用變形協調以及地基的剛度矩陣進行結合。在地基方面，應當確定要采用的地基模型，比方說是采用線彈性、非線彈性或者是彈塑性哪種地基模型，然后再進行剛度矩陣的建立。另外還可以利用有限差分法、有限單元法或者上述解析方法進行剛度矩陣的建立。然而在習慣上使用的都是一些力學結構法進行柔度矩陣的建立，然后通過求逆的方法得到相應的模型的剛度矩陣，與上部基礎以及上部結構之后總的剛度矩陣進行結合，得到地基的沉降以及反力。在共同分析的過程中，可以依照具體的結果，將上部結構看做是一種剛性接觸展開簡化分析，還可以考慮上部基礎以及上部結構的實際剛度進行結合展開共同分析。

四、不同剛度類型的建筑地基基礎設計問題

建筑工程由上部結構與地基基礎兩部分組成, 上部主體結構的安全與否,不僅取決于自身各種構件的強度, 同時還受地基基礎變形的影響。而地基基礎的設計又要充分考慮上部結構的剛度問題, 不同的上部結構形式對地基基礎變形的適應能力不同，因而了解上部結構的剛度特點對地基基礎的設計十分重要。不同剛度類型的建筑地基基礎設計應該結合多種不同因數去考慮，首先我們應該考慮的是吊車因為建筑的自身問題不同而導致的橫向轉動下沉問題，其次有些剛性建筑應該控制好材料與其高度的適應性與整體性問題，最后關于應該用最為廣泛的半剛性結構，多數要注意主體結構與地基之間的的距離。吊車對地基變形有較嚴格的控制，對于圍護結構如外掛式及輕型板材或柱間開窗面積較大者，一般可不考慮地基變形的影響；對于嵌砌于柱間的圍護結構及山墻抗風柱間的砌體，則柱間沉降差應小于0.001L。地面堆載可引起基礎的橫向轉動下沉, 設計時應充分重視。

剛性結構建筑因其高度較高, 單位面積上對地基產生的附加壓力較大, 一般采用深基礎或自身剛度較大、整體性很強的淺基礎, 地基的變形計算特別是傾斜控制是地基基礎設計的重要內容。半剛性結構的應用范圍最廣, 主體結構對地基不均勻沉降敏感，較易產生裂縫, 也是工程事故多發的結構型式，地基基礎設計應注意以下兩個問題。

（1) 方案的合理性。地基基礎設計方案的選定, 不僅取決于上部結構的荷載大小, 還取決于地基主要持力層的巖性及地基變形。地基變形的控制在現行地基基礎設計規范中都有具體指標, 疏忽變形計算有時會導致基礎方案的失當, 在高壓縮性低承載力的巖土地基中應予以重填。值得一提的是, 有時地質報告質量較差, 得出的基礎方案結論失當, 設計人員應仔細加以甄別。

（2) 設計的均勻性。合理的地基基礎設計方案是保證結構安全的前提, 而地基基礎設計的均勻性是防止因變形而導致主體局部開裂的關鍵因素。設計的均勻性是指考慮上部結構荷載大小以及地基土的實際情況而調整基礎各部位尺寸以使變形趨于統一的狀態。

地基基礎設計一般關注上部結構跟地基的承載能力結合巖石的質量建造，建造地基首先要考慮地基的均勻性其包括：上部結構與地形的重心，場地的面積，地基的材質，地基的基本形狀等等，需要注意這些來保證地基建造的良好性以上種種問題均能造成基礎設計的不均勻, 從而產生不均勻沉降, 造成半剛性的主體建筑開裂, 甚至產生安全隱患。

結語

總之，如果要分析在基礎設計之中，上部結構剛度會產生什么樣的影響，應當了解上部結構具有什么樣的剛度類型，并依照不同的類型進行進一步的討論，討論上部結構以及與上部結構相對應的地基變形方面的能力。并對于不同剛度類型所具有的上部結構進行討論，探討在地基設計的過程中出現的一些問題，并加以詳細的認識以及了解。上部結構剛度條件對于基礎設計的影響直接關乎了整個建筑工程的始終，所以在基礎設計上要嚴格的按照其所對應建筑物的上部結構剛度條件，謹慎的選用合理有效可行的設計方案。

參考文獻

[1] 楊偉.鋼筋混凝土結構損傷性能設計及整體抗震能力分析[D].哈爾濱工業大學.2010年

[2] 劉霜菊，李彩英.淺談房屋建筑常見柔性基礎工程施工技術[J].華章.2011年15期

[3] 馬天戈.建筑工程地基研究[J].現代商貿工業.2011年16期