高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的研究

■李康

（廣東省惠州地質工程勘察院　廣東　惠州　516001）

高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的研究

■李康

（廣東省惠州地質工程勘察院廣東惠州516001）

隨著我國建筑行業的不斷發展，越來越多的高層建筑如雨后春筍般冒出，高層建筑之所以可以受到歡迎，其根本原因就是高層建筑與多層建筑相比，更加的實用，同樣的占地面積高層建筑可以比多層建筑多出很多使用面積。本文通過高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的概念和高層建筑上部結構與地基基礎之間的影響進行了分析探討，總結歸納出了高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的具體應用模型，以供相關人員參考或采納。

高層建筑上部結構地基基礎共同作用研究

0　前言

高層建筑上部結構需要較大的承載力，并且還需要與地基基礎共同作用下形成一個完整的承載力體系。為了方便計算，所以在一般情況下都是將高層建筑上部結構視為絕對的鋼體結構，將地基基礎的承載力與整體建筑結構的承載力工共同作用進行計算。隨著建筑領域的不斷發展，才將高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的問題徹底解決。

1　高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的概念

高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的概念就是將高層建筑上部結構與地基基礎視為一個完整的承載力體系，通過滿足高層建筑上部結構與地基基礎的承載力需要，進行計算上的協調，使整體建筑的承載力和剛度有一個顯著提升，這就是高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的概念。傳統的計算方法中，更多是將地基基礎的承載力進行計算，往往是將高層建筑上部結構看成一個剛度結構，不考慮高層建筑上部結構承載力的相互作用。但是這種方式不能真實將高層建筑上部結構與地基基礎之間的相互約束力和承載力反應出來，所以往往在建筑過程中，會出現地基基礎承載力不夠或者地基基礎承載力預算過高，使整體建筑承載力過大，平白增加了建筑工程的成本[1]。

2　高層建筑上部結構與地基基礎之間的影響

2.1基礎承載力的影響

在高層建筑上部結構與地基基礎基本承載力不變的情況下，建筑內部結構的剛度和內力逐漸增加，相對的撓度和剪力也會隨之減少。同樣的，高層建筑上部結構與地基基礎的主應力和次應力會隨著建筑內部結構剪力和內應力的減少而增加，其根本原因就是對于高層建筑上部結構的承載力計算失誤，使基礎在承載力方面出現了一定的偏差，會導致基礎的沉降增加，大大降低了建筑物的承載力和安全系數。所以在計算過程中，要適當的將基礎承載力，并且還要減少建筑結構上部的剛度，使高層建筑上部結構與地基基礎之間的作用力和反作用力成正比，以保證建筑物的整體承載力和安全系數。

2.2上部結構承載力的影響

地基基礎承載力不變的情況下，必須要增加高層建筑上部結構的剛度，因為地基基礎承載力與高層建筑上部結構有著相互作用的關系，一旦地基基礎承載力不夠，那么高層建筑上部結構的穩定性必定會隨之降低。所以在地基基礎不變的情況下，增加高層建筑上部結構的剛度必然就會減少基礎的內應力和剪力，同樣的也會導致高層建筑上部結構的內應力和剪力增加?？偟膩碚f，就是高層建筑上部結構減少結構內力的條件是降低結構內部次應力和剪力。并且在計算過程中，還要特別注意高層建筑上部結構的剛度并不是可以無限的，所以在計算過程中一定要控制好地基基礎的承載力。

2.3地基承載力的影響

當地基基礎承載力不足時，地基基礎內部結構的內應力和相對撓度也會隨之增加，相同的地基基礎的承載力增加到一定程度時，高層建筑上部結構的剛度對于地基基礎的結構內部內應力已經沒有什么太大的影響了。其根本原因就是當地基基礎的沉降系數降低時，就不需要高層建筑上部結構來承擔建筑本身的壓力和作用力。并且在這種情況下，高層建筑上部結構的次應力和剪力也可以忽略不計，所以總的來說，高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的前提就是地基基礎承載力的大小，當地基基礎的承載力足夠時，高層建筑上部結構與地基基礎之間的共同作用就是不成立的[2]。

3　高層建筑上層結構與地基基礎共同作用的具體模型研究

3.1彈性模型

彈性模型的基本計算理念就是將地基基礎看成一個內應力均勻分布的、內部結構的內應力相互作用并且具有一定彈性的物體。在計算過程中，要將地基基礎和整體建筑承載力和壓力進行精準的計算，使計算結果更加準確，保證了建筑物的承載力和安全系數。但是這種模型在實際應用中還存在著一些缺點，比如在計算過程中無法將地基基礎的分層特性計算在內，在一定程度上可能會導致計算結果的誤差。

3.2分層地基模型

地基基礎在通常情況下，都有一個分層的特征。由于彈性模型無法真實的反映出地基基礎的分層特性，所以將利用分層地基模型應用在計算過程中，將能夠最大程度上的提升計算結果的精準度。在實際計算過程中，可以將彈性模型和分層地基模型的基本計算方法進行融合，使計算結果更加精準，為建筑整體結構的安全系數提供了保障。

3.3非線性彈性模型

地基基礎在建筑物的壓力和土地自身反作用力下，會有一個非線性彈性變形的過程，這也就會導致建筑物在實際施工過程中，出現一定的偏差，所以在地基基礎承載力的計算過程中，將利用非線性彈性模型的計算方法，將地基基礎的內應力變化通過曲線的形式表示出來，從而為地基基礎承載力計算提供了非常有用的參考，使地基基礎承載力的計算更加準確，為高層建筑整體承載力和安全系數提供了一定的保障[3]。

4　結束語

總的來說，高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的基本條件就是地基基礎自身的承載力。在傳統的高層建筑結構計算過程中，通常是將高層建筑上部結構看成一個絕對剛度體系，但是這種計算方法將會導致整體建筑承載力計算錯誤，會出現承載力過小或者過大的現象，所以必須使高層建筑上部結構與地基基礎共同作用，才能使建筑物整體承載力和安全系數得到提升。

[1]肖強，丁翠紅.高層上部結構與地基基礎共同作用問題的研究現狀 [J].浙江建筑，2010，09（16）：28-33.

[2]焦宇暉.高層建筑上部結構與地基基礎共同作用的研究 [J].紅水河，2015，04（19）：64-67.

[3]黃海宏.高層建筑上部結構與地基基礎共同工作分析的研究進展 [J].寧德師專學報(自然科學版)，2014，04（36）：376-379.

TU4[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-465-1