地基基礎與上部結構的共同作用分析

【摘要】隨著我國經濟建設與科學技術的迅速進步與發展，城市建設的步伐也越來越快，城市的居民建筑似雨后春筍般層層矗立。由于建筑的地基基礎與上部結構緊密聯系，互相作用，形成一個整體，如果在地基基礎與上部結構的設計中，人為地進行隔離計算，既缺乏經濟性，也影響了安全性。通過對地基基礎與上部結構共同作用進行分析，對其共同作用的重要性進行探討與研究。

【關鍵詞】地基基礎；上部結構；共同作用

隨著我國經濟與科技的迅速進步與發展，都市化建設步伐加快了前進的腳步，都市用地匱乏，居民建筑規模越來越大，為了有效提高土地的利用率，在城市進行建筑的規劃布局，不僅可以很好地改善城市的面貌，還為城市發展增添光彩，能夠進一步與國際化接軌。現代建筑的地基基礎與上部結構是無法分割的整體，它已不同于傳統建筑的結構設計，通過其相互作用與協調變形關系，改善建筑設計的合理性。

1、地基基礎與上部結構的共同作用的研究意義

建筑物的結構具有一定的繁性，在設計時，既應滿足地基基礎與上部結構的靜力平衡關系，也要協調其變形設計方法，增強結構安全性。運用共同作用的設計方法來進行設計分析，是一種切實可靠的設計方法，它可以保證建筑物的可靠性、合理性與經濟性，對建筑項目有重要的實際意義。首先，對于上部結構設計來講，可根據施工順序進行模擬，觀察上部結構的內力變化，這主要來自于基礎沉降不平均，給上部結構帶來了次應力，這項預防措施不僅增強了上部結構的可靠性，還鞏固了工程的安全性能，具有重要的實際性作用與意義。其次，在基礎設計中，通過充分運用地基承載力增加樁距，減少樁量，進行綜合優化方式布樁。

2、地基基礎與上部結構的共同作用的分析方法

上世紀八十年代，我國的高層建筑日益增多，同時增加了樁基基礎的使用量，為了適應這一新的變化，業內展開了對高層建筑與地基基礎的相互作用研究，從上部結構的構件內力變化，到上部結構與基礎之間的共同作用效應進行了一系列的試驗研究。

2.1整體承載能力的概率分析

結構承載力的研究與分析是一項比較新的研究內容，主要分析影響結構體系可靠度的因素。從樁基結構來看，土、樁、結構之間相互作用，會影響到結構的穩定性，對樁基與上部結構的承載力進行極限分析，考慮樁與土在相互作用下對結構體系產生的影響，通過模型計算，以不同支撐條件產生的承載力的影響，獲取單樁承載力的概率分布，最后提取出結構、樁、土相互作用下承載力的概率特性。通過以上試驗可知，樁其與上部結構之間有不可忽視的承載力影響，在這里由于土的參數與計算模型都存在著不確定性，其結構體系的承載力被逐步破壞，也就是說其變異性取決于承載力的不確定性。

2.2土與結構的動力相互作用

土與結構的相互作用力，在地震力作用下，會影響結構與地基的穩定性。可變形土的存在會受到多方面的地震響應的影響，地基土較為柔軟時，基礎內力增強，地基剛度會持續變大，直到沉降達到最小，此時上部結構次應力也最小。在設計基礎時，要全面考慮結構形式狀況，首先，剛性支撐與柔性支撐的結構存在著不同的自振特性，后者的自振周期長；其次，柔性支撐可將振動能量傳播到周圍土中，而剛性支撐則沒有這一特征。想要精確而全面到考慮到土與結構相互作用的影響因素并不容易，尤其是在土質還可能產生非線性的變化過程。但在簡化理想系統的分析時，對于土、基礎、結構相互作用分析得到了相對有價值的結論，這主要是因為較少地考慮了主要影響因素的原因。其實土與結構的相互作用與其它動力學的關鍵性區別在于土是無邊界的介質，因此，分析中需要考慮波能量的無邊界輻射問題，針對這一問題，目前有直接分析法、子結構法、基于物理近似的分析法三種較為常用的分析方法，但無論哪種方法的采用，都需要先進行自由場運動的分析，這是土與結構動力相互作用的重要研究內容。

2.3共同作用方法的基礎設計

近幾年來，地基基礎與上部結構的共同作用分析取得了一定的收獲與進展，但仍未能進行有效應用與實施。按其共同作用原理，可分別為從三個方面進行探討，一方面是進行實測研究，這是受到大眾重視的主題，而且也獲得了一定的研究成果，但因結構變化較多的，地基土又存在著不確定性，模型與實際情況總有不同之處，因此其運算分析結果偏差較大。另一方面是模型試驗，這是一個消耗較大的模擬過程，可在部分范圍分析加以使用。最后一方面是理論分析，這是土木工程領域經過多年理論探討而讓人感覺其應用較為繁瑣的課題，目前有兩種途徑較為有成效，解析法與數值法，但隨著電子信息技術的飛速發展，計算機有限元軟件成為了數值分析法中最佳的選擇，但其運算復雜，涉及的要素又多，還沒有真正應用到現實項目中。

3、地基基礎與上部結構的共同作用的發展趨勢

地基基礎與上部結構的共同作用設計方法還需要進行深入的研究，在設計里，除了要滿足靜力平衡的條件以外，還應保持變形控制的設計原則，當然，也應同時考慮地基基礎與上部結構的剛度對相互作用，以及建筑整體的影響，從而能夠簡便地、精確地計算與分析出設計內容。地基基礎與上部結構的相互作用是土與結構的動力響應，對地基穩定性有十分重要的影響，各種隨機因素與不確定性參數對地基穩定性的影響是未來的研究方向與發展趨勢，這是隨著設計規范逐步轉向概率計算方法而得到的推廣應用。而且還有的研究人員已經開始關注飽和土介質與結構的相互作用。以上問題的深入研究將為地基基礎與上部結構的相互作用提供更新的防治措施與途徑。

結語：

現代建筑中，地基基礎與上部結構的共同作用分析與研究還在持續進行，也一直是基礎研究的熱點，對其進行深入的研究有利于掌握結構的工作機理，具有一定的學術價值，通過近幾年來不斷的持續研究，取得了一定要的進展，但對其理論計算模型與方法、結構等適應性能力的評價，還需進一步地深入研究，因其直接關系到對實際工程的可行性應用，結合工程實際問題進行研究與探討，以獲取學術方面的經濟價值。