建筑设计论文:高层建筑中结构与地基基础相互作用的分析

　　高层建筑中结构与地基基础相互作用的分析
　　（马振民河北铁建工程有限公司河北石家庄050051）
　　摘要：地基和基础是建筑物的根本,又属于地下隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。在发生的多起建筑物倒塌事故中,都与地基基础有关。基于此，本文对建筑结构与地基基础的相互作用进行了分析。
　　关键词：高层建筑；结构；地基基础；相互作用
　　建筑物的荷载最终将传递到地基。由于上部结构材料强度很高,而地基土的强度很低,压缩性较大。而地基基础的事故一旦发生,补救起来就比较困难，并且,基础工程费用与建筑物总造价的比例,视其复杂程度和设计施工的合理性,可以变动于20%～30%之间。所以说,地基及基础在建筑工程中起到重要作用。
　　1结构与地基基础的内力分析
　　1.1地基刚度变化
　　若地基逐渐软弱时，将使得基础内力和挠曲的加大；若地基刚度的增加程度变大是将使得上部结构的刚度无法在基础内力发挥作用。这是由于沉降过程中会出较小的不均匀沉降，无需依靠上部结构减轻不均匀沉降。这时候，理论上是可以将上部结构的次应力省去。因而，科学地分析力之间的相互作用，相对软弱地基上的结构物要比坚硬地基上的结构物更符合实际的施工需要。
　　1.2基础刚度变化
　　若假设上部结构刚度、荷载、地基条件保持一致，基础内力的大小将由刚度大小决定，刚度增加则基础内力变大，相对挠曲减少；刚度减小则基础内力变小，相对挠曲增加。这是由于基础沉降差的加大会使得上部结构中形成很多的次应力。由此可知合理地降低基础内力出发需要降低基础刚度，对于降低上部结构的次应力则要加大基础刚度。这些表明了确定基础方案结构类型时应该根据不同的实际情况进行分析研究，当上部结构属于柔性结构，则基础宜柔；建立在高压缩性地基上的框架结构，因为于其对不均匀沉降的作用较大，基础需刚硬些。
　　1.3上部结构刚度变化
　　若地基、基础、荷载条件保持一致，不断加大上部结构的刚度将使得基础的相对挠曲和内力逐渐变小，与此同时还会不断增加上部结构的自身内力，这说明上部结构能够对基础内力造成一定的影响，两者的变化情况是互相影响的。但需要强调的是上部结构的刚度变化有时也要一定的限度的。
　　2地基处理的目的
　　地基处理的目的有以下五个方面:(1)改善剪切特性；(2)改善压缩特性;(3)改善透水特性；(4)改善动力特性；(5)改善特殊土的不良地基特性。对建造在软弱地基上的工程进行设计时,应先对其结构类型和地基条件进行调查和研究。地基条件包括地形及地质成因,地基层状况,软弱土厚度,不均匀分布范围,持力层位置及状况,地下水情况及地基土的物理力学性质。各种软弱土地基的性质不同,现场地质条件随着场地的不同也是多变的,即使同一种土质条件,也可能有多种地基处理方案。
　　3地基变形的主要原因
　　软土地基上的建筑物范围会形成堆料，当地面在施工过程中收到了大面积的挤压或者载荷，将会扩散了应力的范围，增加了地基压缩层的厚度，最终造成地基发生不均匀的沉降。因而，我们必须在选择基础类型时应当根据实际的建筑需要，从施工角度进行分析，合理地掌握尺寸与布置方式，确保最终的地基处理方式符合实际需要。
　　在设计过程中应该从多角度进行分析计算，不能只注重地基的持力层的承载力进行验算，而忽视了下卧软弱层进行验算，这样就很容易造成附加压力大于地基的承载力。在对下卧软弱层的地基设计过程中要保证低级具备足够的承载能力，并且适当的做好储备。当地基出现土质不均以及下卧层较软弱,压缩性较过高等问题时，在实际的设计过程中就要注重地基础刚度的改进，避免施工后出现各种沉降。
　　对于结构形式极为复杂的建筑物，考虑到其地基应力的分布十分集中，而且对深度会造成很大的影响。当选用同样厚度或厚度的砂垫层时，就很难彻底地改变其下卧层软土内应力分布存在差异这一实际问题，就很难实现各部分地基应力的集中这一现象。另外，还会难以对地基变形、不同的沉降等各种问题，尤其是对层数变化部分，对于平面较为复杂的交接部分或者条形基础的交接处都发挥不了应有的作用。
　　在混合结构建筑开始设计时，一定要把握好重点的设计对象，除了必须解决构件的相关设计，如：梁、墙、柱、板、基础、地等，还需要争取也处理好构件与房层的关系，如：平面设置、节点构造、结构搭配等。设计师在设计前应该对地质情况进行详细地了解和勘察后做好总体结构的设置，在制定出较为合理的设计方案。遇到不均匀的地基，必须要限制砖混结构的墙体开洞。主要用于承重纵墙第一层均匀设置楼层圈梁，实现地基不均匀沉降造成的墙体应力重分和蠕变的调整。如果墙体的上下层开洞出现差异需要制出开洞立面图，通过研究两者的静荷载传递路线，这样就能够给得出最差的荷载大小和位置截面，并对其进行详细地计算一次防止就够分析是发生错误。对于截面较小的砖柱不需要考虑其支座作用，防止破坏了砖垛。
　　4地基发生变形后的解决方法
　　4.1调高建筑物标高适应地基的沉降需要
　　当建筑工程的地基内出现水时就会引起很多不良地基作用，如：流砂、潜蚀、喷涌和冻胀等，这样在建筑工程完工后会造成严重的影响，危害了建筑物的使用性能。在地下水位在基础底面下压缩层范围出现变化后，就会引起水浸湿和软化岩土，大大削弱了地基的强度，导致建筑物出现很大的沉降，造成地基较大的变形。而地下水压缩层下降时将不断提升了岩土的自重压力，从而造成基础的过大沉降。当地基土质均匀差时，以及水位与整体建筑物不能保持合适的位置，将引起基础的不均匀沉降，最终造成建筑物出现变形、倾斜、倒塌。
　　4.2采用合理的结构形式增强建筑物的刚度
　　(1)若条件允许，应保持建筑物各个单元的高度和载荷相互一致，且保证建筑物的平面形状力协调；(2)对于载荷、沉降大的建筑不应使用外砖墙承重的内框架结构，若一定要是有就应该对地基做出相应的处理；(3)应采取措施降低砖墙承重的建筑物的间断，控制横隔墙的间距在适当范围内；(4)对于砖墙承重结构,可在各层平面内设置联成封闭的钢筋砼圈梁,可增加建筑物的整体刚度,调节地基的不均匀变形；(5)钢筋砼多层工业厂房和民用建筑,其刚度主要取决于层数和长度,减少建筑物的单元长度,可以提高建筑物的整体刚度,对地基不均匀变形会起到一定的调整作用。
　　4.3采取以下几种措施来减少地基的变形
　　(1)减少基底附加应力。包括上部采用轻质材料和轻质结构,减轻建筑物自重以及扩大基础底面积,以减少基底附加应力和选用有一定厚度的,地基容许承载力较高的均匀土层作为基础持力层等措施；(2)选用应当的基础类型,加强基础刚度,选用条基、筏板基、桩基等；(3)控制荷载分布和加荷速率。
　　5结语
　　综上所言，建筑的上部结构的刚度较大，但其与基础、地基三者处于一个相同作用的体系里。随着设计建筑技术的不断提高，对于建筑结构、基础和地基三者关系的研究将会越来越深入。
　　参考文献
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