上部结构设计方法建筑结构常规设计是将上部结构、基础与地基三者分离出来作为独立的结构体系进行力学分析
分析上部结构时用固定支座来代替基础,并假定支座没有任何变形,以求得结构的内力和变形以及支座反力;然后将支座反力作用于基础上,用材料力学的方法求得线形分布的地基反力,进而求得基础的内力和变形;再把地基反力作用于地基或桩基上来验算承载力和沉降
但是这种方法忽视了地基、基础和上部结构在接触部位的变形协调条件,其后果是底层和边跨梁柱的实际内力大于计算值,而基础的实际内力则比计算值小很多
因此,合理的设计方法应将三者作为一个整体,考虑接触部位的变形协调来计算其内力和变形
随着理论研究的深入和计算机技术的发展,人们对上部结构-基础共同作用的受力机理得到深入研究,自上世纪七十年代以来,有限元法日趋成熟,可以对大型结构进行整体计算,即将上部结构-基础的共同作用来分析
由于上部结构-基础的共同作用的计算较为复杂,在建筑物较小、结构比较简单时,常规设计方法引起的误差一般不至于影响结构安全或增加工程造价,故而不需要考虑上部结构与基础的共同作用
然而对于那些规模较大、承受荷载较多、上部结构较为复杂、所处地质条件较差的结构,在设计时将上部结构与基础简单分开,仅满足静力平衡条件而不考虑两者之间的共同作用,则常常会引起较大的误差
例如,对于高层建筑来说,不考虑上部结构的刚度贡献,将会低估基础的整体性,很可能会导致错误的基础变形规律,这会造成基础设计在某些局部偏于不安全,而在另一些局部又可能存在不必要的浪费
此时,在设计时需要考虑上部结构与基础的共同作用来满足其在接触部位处的变形平衡条件
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