王羽鶴

我國建筑業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，為了提高土地的利用率，建筑物的高度在不斷提升，建筑高度增加的同時，地震對其的影響也相應(yīng)地增大了很多。相比傳統(tǒng)的建筑物，高層建筑的抗震性能成為了其整體設(shè)計的重要方面。因此，為了減小地震作用以及地震效應(yīng)對于高層建筑結(jié)構(gòu)的影響，應(yīng)當(dāng)對其基礎(chǔ)和地基進(jìn)行合理的設(shè)計?；A(chǔ)剛度是高層建筑結(jié)構(gòu)的一大重要屬性，對于其值的設(shè)計，我們不可能讓其無限大，并且基礎(chǔ)剛度的退化將導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)剛度退化，給高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性帶來許多不利的影響。因此，我們在對高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計時需要保證其有合適的剛度，以確保其有足夠剛度的同時也有很好的承載能力以及穩(wěn)定性。這樣合理的基礎(chǔ)設(shè)計不僅能夠提升高層建筑的抗震能力，還能在一定程度上減少成本[1]。

1.基礎(chǔ)剛度對于高層建筑抗震能力的影響

增大基礎(chǔ)的剛度，不僅可以提升高層建筑結(jié)構(gòu)的受力性能，還可以使建筑物的穩(wěn)定性增大，使高層建筑結(jié)構(gòu)在地震效應(yīng)下的側(cè)向位移量減小。首先，當(dāng)基礎(chǔ)剛度較弱時，結(jié)構(gòu)的整體性會變差，且其自振頻率也會相應(yīng)的減小，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時候，建筑結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)較大的水平位移，且在二階效應(yīng)的作用下，結(jié)構(gòu)受到的彎矩也會增大，這樣更加不利于建筑結(jié)構(gòu)的受力情況。良好地控制基礎(chǔ)剛度的變化，不僅可以減少建設(shè)所需的成本，還可以提高房屋的安全性。其次，如果在建筑結(jié)構(gòu)整體性中考慮基礎(chǔ)剛度的問題，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力情況會發(fā)生許多改變，當(dāng)我們對高層建筑模型進(jìn)行計算的時候，我們可以通過對比得出結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能發(fā)生變化的位置，并且根據(jù)計算數(shù)據(jù)對于那些受力大，整體薄弱的部位進(jìn)行加強(qiáng)，這樣可以有效地提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能[2]。

對于高層建筑中的框架結(jié)構(gòu)，我們在充分考慮基礎(chǔ)剛度后，柱底與柱頂截面表現(xiàn)出不同的能力，柱底截面的彎矩相比原先的計算結(jié)果會出現(xiàn)減小的現(xiàn)象，但是柱頂截面反而呈現(xiàn)增大的情況，這說明了如果我們采用嵌固端的設(shè)計方法會導(dǎo)致底層柱頂截面更加危險，反而柱底更加安全，且隨著基礎(chǔ)剛度取值的變化，這種受力特征表現(xiàn)出來的變化也會更加明顯。因此，在對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該著重于那些結(jié)構(gòu)趨于更加不穩(wěn)定的部位，保證整體結(jié)構(gòu)都滿足抗震的性能。

在地震的作用下，框架結(jié)構(gòu)往往會出現(xiàn)水平位移和轉(zhuǎn)動，且這種變化隨著樓層層數(shù)的增高而逐漸增大，即樓層越高，水平位移越大，對于那些采用框架結(jié)構(gòu)的高層建筑而言，限制結(jié)構(gòu)的水平位移是保證結(jié)構(gòu)安全的重要指標(biāo)之一。因此我們應(yīng)該對結(jié)構(gòu)的水平位移和轉(zhuǎn)動進(jìn)行限制，保證結(jié)構(gòu)不單單滿足位移的要求，還保證了結(jié)構(gòu)有著良好的抗震能力。

2.基礎(chǔ)剛度對于高層建筑側(cè)移剛度的影響

在我國高層建筑的發(fā)展過程中，雖然建筑建造的體量不斷地加大，但是其剛度卻在不斷地減小。這里說的剛度便是指高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度。建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度指的是建筑結(jié)構(gòu)為了抵抗水平方向作用力帶來的側(cè)向位移所需的剛度。高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)向位移主要由兩部分組成，頂部的側(cè)移值主要由高層建筑結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)水平位移及結(jié)構(gòu)頂部附加位移兩部分組成，分別是結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的平移和扭轉(zhuǎn)；但是這種扭轉(zhuǎn)變形并不是一定在外力的作用下才會產(chǎn)生，高層建筑結(jié)構(gòu)自身也有產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的可能性[3]。

基礎(chǔ)剛度對于高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度有著比較大的影響，在進(jìn)行抗震設(shè)計時，當(dāng)我們考慮結(jié)構(gòu)的整體剛度時，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度會出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，這就導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)更有可能發(fā)生側(cè)移，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的相對側(cè)移也會隨之變大。當(dāng)我們在考慮結(jié)構(gòu)的二階效應(yīng)時，結(jié)構(gòu)會受到負(fù)面的影響。因此在有限基礎(chǔ)剛度的條件下如何有效增大結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度是我們應(yīng)該著重考慮的問題。

2.1 彎曲型結(jié)構(gòu)

彎曲變形結(jié)構(gòu)我們往往考慮的是剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)我們對其有限基礎(chǔ)剛度的影響進(jìn)行分析之后，會發(fā)現(xiàn)此結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度出現(xiàn)了減小的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是結(jié)構(gòu)的邊界條件逐步弱化，這也就導(dǎo)致了整體結(jié)構(gòu)會更加容易失穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)便更加容易被破壞。在全面分析條件的基礎(chǔ)上，充分分析基礎(chǔ)剛度的根本影響后，彎曲型剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度也會逐步呈現(xiàn)減小的現(xiàn)象[4]。

2.2 剪切型結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度

對于剪切型的結(jié)構(gòu)而言，其失穩(wěn)通常表現(xiàn)為整體樓層失穩(wěn)，基礎(chǔ)剛度對剪切型結(jié)構(gòu)底層側(cè)移剛度影響更加明顯。在計算假設(shè)的相關(guān)問題上分析，其結(jié)構(gòu)往往會始終保持在彈性的狀態(tài)之下，當(dāng)我們忽略扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對其進(jìn)行分析的時候，我們會發(fā)現(xiàn)，一些比較相近的節(jié)點(diǎn)位置上平動和轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)出相對一致性的現(xiàn)象。我們在計算的過程中出現(xiàn)基礎(chǔ)剛度趨于一個非常大的值的情況時，這時我們往往可以忽略基礎(chǔ)受到拉梁時所產(chǎn)生的影響，讓基礎(chǔ)剛度處于長期彈性狀態(tài)之下。

3.基礎(chǔ)剛度對于高層建筑整體穩(wěn)定性的影響

當(dāng)我們考慮到基礎(chǔ)剛度的影響時，高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度會削弱，相應(yīng)地，邊界條件也會發(fā)生弱化，這便會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體失去穩(wěn)定性所需的臨界荷載減小。當(dāng)我們對基礎(chǔ)剛度的影響進(jìn)行了大量的分析之后，會發(fā)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)的剛重比限值也會出現(xiàn)降低的情況。當(dāng)我們對具體情況進(jìn)行比對時，結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度便會發(fā)生逐步降低的現(xiàn)象，在此條件下我們往往需要考慮基礎(chǔ)剛度對于高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的不利影響，保證二階效應(yīng)所帶來的總位移在一個滿足使用條件的范圍之內(nèi)。對于高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方面來說，在考慮基礎(chǔ)剛度的情況下，還需要從宏觀的層面進(jìn)行分析，我們可以將剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和代用，將這種結(jié)構(gòu)以懸臂梁的形式表現(xiàn)出來，以此來判斷這種桿件在受彎時，多大的臨界荷載才能夠使得桿件失穩(wěn)，這樣我們便可以求出相關(guān)的臨界荷載的數(shù)值。通過以上的計算過程，我們發(fā)現(xiàn)在有限基礎(chǔ)剛度的前提下，當(dāng)結(jié)構(gòu)的受彎部分處于一種倒三角型分布荷載作用下時，會表現(xiàn)出具體的受力以及相應(yīng)的位移情況。并且結(jié)構(gòu)受到自身重力荷載之外還會受到一些別的荷載，例如水平荷載，當(dāng)結(jié)構(gòu)在兩者共同作用之下，便會產(chǎn)生相應(yīng)的位移。這樣系統(tǒng)的分析有利于我們更好地了解基礎(chǔ)剛度對高層建筑抗震穩(wěn)定性的具體影響，并且有效地對于基礎(chǔ)設(shè)計加以改善，來確保高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足抗震的要求[5-7]。

4.結(jié)論

綜上所述，在對基礎(chǔ)剛度的研究中我們發(fā)現(xiàn)，若引入基礎(chǔ)剛度便會引起高層建筑結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)剛度的退化，因此我們需要對高層建筑結(jié)構(gòu)上層部分的結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)，基礎(chǔ)剛度并不能一味地增大，需要使其在一個合適的區(qū)間內(nèi)，來保證結(jié)構(gòu)滿足我們?nèi)粘Ｊ褂玫男枨笠约鞍踩矫娴囊?。對于隔震結(jié)構(gòu)來說，基礎(chǔ)的平動剛度有所退化，地震作用及其效應(yīng)會減小，雖然基礎(chǔ)的平動剛度不會對我們整體結(jié)構(gòu)的正常使用產(chǎn)生過大的影響，但是我們?nèi)匀恍枰够A(chǔ)的轉(zhuǎn)動剛度滿足使用要求。

隨著我國城市迅猛發(fā)展，高層建筑數(shù)量劇增成為必然。高層建筑的特殊性要求其自身在抗震方面有著良好的性能以保證安全，而基礎(chǔ)剛度對于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響較為復(fù)雜，因此要求我們必須將建筑物的基礎(chǔ)剛度作為抗震設(shè)計考慮的重要指標(biāo)之一，本文分析高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)剛度對抗震性能的影響，從三個方面進(jìn)行了可行性的論述，希望能夠?qū)ψ畲笙薅鹊靥岣吒邔咏ㄖ目拐鹦阅芴峁┯幸娴膸椭?/p>