糾偏技術(shù)及常用糾偏方法介紹（詳細(xì)）范本

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1、糾偏技術(shù)及常用糾偏方法的介紹一、 糾偏技術(shù)的進(jìn)展建(構(gòu))筑物的糾偏(有的文獻(xiàn)中也稱作糾傾)技術(shù)、托底技術(shù)、平移技術(shù)及增層加載時的地基基礎(chǔ)加固技術(shù),被統(tǒng)稱為基礎(chǔ)工程的“后繼技術(shù)”,這四項(xiàng)技術(shù)在20世紀(jì)前半葉僅在少數(shù)幾個國家受到重視,在我國也是從20世紀(jì)后半葉才逐漸興起的。建(構(gòu))筑物的糾偏技術(shù)、托底技術(shù)、平移技術(shù)及增層加載時的地基基礎(chǔ)加固技術(shù)經(jīng)常聯(lián)合使用,以滿足各種工程需要,它們與常規(guī)的地基及基礎(chǔ)處理即有聯(lián)系,又有區(qū)別。這四項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)和興起,一方面是由于土力學(xué)理論的發(fā)展、地基處理技術(shù)及相應(yīng)施工機(jī)械與監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步而使這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成為可能,另一方面是受與日俱增的客觀需求分不開的。一些古建筑的傾

2、斜和相繼倒塌,迫使人們采取各種措施來保護(hù)現(xiàn)存的古跡和文物；新建建(構(gòu))筑物因地基處理不當(dāng)或其它原因而發(fā)生傾斜,迫使人們開始重視建筑物的糾偏和基礎(chǔ)托底加固技術(shù),以減少大量經(jīng)濟(jì)損失。特別是XX市建筑群密集的地方,新建建(構(gòu))筑物常常會促使既有建筑物發(fā)生不均勻沉降XX市功能的改變,干道的重新規(guī)劃,常要求將一些重要建筑物及文化遺址完整地平移。世界上許多著名的大型建(構(gòu))筑物都是由于地基基礎(chǔ)的問題而發(fā)生傾斜,因當(dāng)時挽救乏術(shù),不得不任其倒塌和傾斜,典型的例子如建于中世紀(jì)著名的英國Ely大教堂和法國的Bauyais大教堂的倒塌。舉世聞名的意大利比薩斜塔,始建于1173年,竣工于1372年,施工歷時整整200

3、年,主要就是因?yàn)槭┕ぶ兴碓鴥纱纬霈F(xiàn)傾斜,雖然從結(jié)構(gòu)上采取了一些措施,仍無法糾正,而一再被迫停工,最終不得不帶著傾斜而結(jié)頂。美國著名巖土工程學(xué)家C. Spencer曾于1953年預(yù)測,比薩斜塔如不進(jìn)行糾偏,勢必在50100年后倒塌。至1990年,塔頂中心點(diǎn)已向南偏離中心線4.5m,塔身傾角53317。在我國,蘇州虎丘塔是繼杭州雷鋒塔倒坍后現(xiàn)存的唯一具有千年以上歷史的古磚塔?；⑶鹚势呒壈私切?塔底直徑13.66m,高47.5m。塔頂位移1978年為2.3m,塔頂重心偏離基礎(chǔ)軸線0.924m。經(jīng)專家調(diào)查研究,虎丘塔傾斜和墩身開裂,主要原因是地基土中存在壓縮性大且厚度不均勻的可塑狀粘性填土,以及由

4、于地基土的流失,而使磚砌體長期處于偏心受壓狀態(tài)。經(jīng)過正確的糾偏加固措施以后,塔體的不均勻沉降和傾斜已得到了控制。其它類建筑物的傾斜事例就更不勝枚舉。建(構(gòu))筑物因地基和基礎(chǔ)處理不當(dāng)而傾斜、倒塌或拆除的后果是嚴(yán)重的。1995年12月26日,漢口橋苑新村的一棟18層住宅樓因地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工等多種原因以致發(fā)生嚴(yán)重傾斜,最后被控爆拆除,給人們以極其深刻的印象。該住宅樓是采用336根錘擊沉管擴(kuò)底灌注樁基礎(chǔ),樁長17.5m,樁端進(jìn)入中密粉細(xì)砂持力層14m,這一棟樓房失穩(wěn)的事故也告訴我們采用樁基礎(chǔ)并不是萬無一失的。由于設(shè)計(jì)、施工的問題而引起建筑物傾斜的例子是非常多的,其造成的社會影響和經(jīng)濟(jì)損失也是很明顯的

5、。當(dāng)建筑物發(fā)生傾斜,對其進(jìn)行傾斜分析和糾偏處理時,必須要注意的一點(diǎn)就是上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)、地基處于一個彼此協(xié)調(diào)、相互影響的整體之中,上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的共同作用使房屋整體處于某一特定構(gòu)形,這一構(gòu)形在表觀上表現(xiàn)為傾斜或沉降過大,或結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等,這不僅與基礎(chǔ)及地基條件有關(guān),還與上部結(jié)構(gòu)的荷載、剛度及施工方式等有關(guān)。同時,任何糾偏措施必須在保證上部結(jié)構(gòu)安全的前提下進(jìn)行,但由于糾偏技術(shù)發(fā)展得相對較晚,使得糾偏技術(shù)本身還沒有形成一個完整的理論體系,更不用說考慮上部結(jié)構(gòu)的安全。以至于一些業(yè)主單位對糾偏本身帶有一種恐懼感,糾偏措施中總是設(shè)法避免對基礎(chǔ)和地基采取過大的工程措施,對截樁糾偏法、掏土法等帶來的安全

6、問題產(chǎn)生懷疑。所以,在對建筑物進(jìn)行傾斜分析和糾偏處理時要考慮的因素比常規(guī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多,除了技術(shù)因素外,還有大量的非技術(shù)因素干擾著糾偏方案的決策和認(rèn)同。糾偏研究應(yīng)該考慮兩個方面:地基與基礎(chǔ)的分析方法和糾偏技術(shù)處理措施。對于地基與基礎(chǔ)分析方法方面,由于研究時間較長,在實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),發(fā)展較完善。但隨著工程建設(shè)發(fā)展的需要,以前的一些方法和理論也顯示了一些不足和缺陷,迫使工程人員開始尋找新的方法和理論。例如常規(guī)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法就有以下不足:它是將上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)分開來考慮,由此而忽略了它們之間的剛度對相互之間的變形和承載力的影響。實(shí)踐證明這是不符合實(shí)際的,地基的變形和基礎(chǔ)的沉降不僅與基礎(chǔ)

7、的剛度和地基條件有關(guān),還受上部結(jié)構(gòu)剛度的影響。忽略某一項(xiàng)的存在,必然得出與實(shí)際有較大出入的結(jié)果,特別是隨著目前的建筑物高度越來越高,建筑物荷載和剛度的變化幅度越來越大,這種分析方法所得出的結(jié)論與實(shí)際情況的差距可能會更大。在多數(shù)情況下,多層房屋慣用的基礎(chǔ)形式、設(shè)計(jì)理論與施工方法不能簡單地搬用于高層建筑,必須探索適合于高層建筑的理論和方法。目前,比較合理的分析方法是綜合考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的相互影響,即采用共同作用分析方法。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和電算技術(shù)的進(jìn)步,這一問題的實(shí)現(xiàn)已變?yōu)榭赡?。特別是由于工程建設(shè)發(fā)展的需要,對共同作用分析方法的呼聲也越來越大,如何能更加真實(shí)地反映工程實(shí)際,避免使建筑物傾斜

8、或倒塌,是工程師們所面臨的挑戰(zhàn)。對于糾偏技術(shù)方面,雖然過去采用過許多糾偏方式,這些方式也曾成功地應(yīng)用于多棟建(構(gòu))筑物的糾偏工程中,但系統(tǒng)的理論研究較少；此外,目前的一些糾偏方法主要應(yīng)用于淺基礎(chǔ),對深基礎(chǔ)(例如樁基礎(chǔ))的討論較少。這些因素都迫使工程技術(shù)人員不斷地尋找新的計(jì)算理論和方法。二、 建(構(gòu))筑物傾斜控制及常用糾偏方法概述2.1 建(構(gòu))筑物傾斜原因分析建(構(gòu))筑物傾斜是軟弱地基上常見的工程現(xiàn)象,它主要是由地基不均勻變形而引起的基礎(chǔ)傾斜在上部結(jié)構(gòu)中的反應(yīng),包括墻或柱的傾斜、結(jié)構(gòu)裂縫的開展、結(jié)構(gòu)功能的變壞等,嚴(yán)重的將引起建筑物坍塌。造成建(構(gòu))筑物傾斜的原因是多方面的,包括上部結(jié)構(gòu)的原因、

9、地基基礎(chǔ)的原因、環(huán)境和外部干擾的原因等?，F(xiàn)分別敘述如下:1. 上部結(jié)構(gòu)的原因,包括:(1) 建筑物的設(shè)計(jì)偏重于非對稱的美學(xué)藝術(shù),造成建筑結(jié)構(gòu)的不勻稱,上部結(jié)構(gòu)對地基施加的荷載作用不均；(2) 建筑物體型復(fù)雜,布局不當(dāng)造成不利的荷載分布影響；(3) 施工技術(shù)或施工程序不當(dāng)引起加載不均；(4) 斗倉、池槽、儲罐等可變荷載大的構(gòu)筑物使用荷載施加不當(dāng)。2. 地基基礎(chǔ)原因,包括:(1) 地基土層的壓縮性、厚度的分布有較大空間差異,或存在暗溝暗浜、墻基駁岸等軟硬異常區(qū)；(2) 地基承載力不足,在基底壓力下已產(chǎn)生范圍較大的塑性區(qū),或者發(fā)生長期的流變；(3) 膨脹土、濕陷性黃土、凍土等特殊土類在相應(yīng)的不利條件

10、下產(chǎn)生不均勻的沉降；(4) 巖溶、土洞、潛蝕、滑坡、坍陷、振動液化的影響；(5) 施工對地基土的擾動,地基處理不當(dāng),基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng),基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有誤或者施工質(zhì)量差；(6) 地基土受污染侵蝕喪失強(qiáng)度和承載力。3. 環(huán)境和外部干擾的影響,包括:(1) 相鄰建筑物荷載、大面積地面堆載或填土的影響；(2) 鄰近施工的影響；基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞或變形過大；降水引起的附加沉降；樁基、沉井、某些地基處理方法的施工所造成的振動、擠壓、松弛等的影響；(3) 風(fēng)力和日照引起高聳結(jié)構(gòu)的傾斜。所以,引起建筑物傾斜的原因是非常多的,但有些因素是可以通過詳細(xì)勘察和合理設(shè)計(jì)(包括上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì))來避免的。以上三類傾斜原因

11、中,上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)方面的原因可以通過詳細(xì)勘察和合理設(shè)計(jì)來避免；而環(huán)境和外部干擾的原因卻是設(shè)計(jì)時無法全部預(yù)料的,也是引起建(構(gòu))筑物傾斜的主要原因。要使建筑物完全不傾斜是非常困難的,一般的建筑或多或少都有一定的傾斜度。2.2 建(構(gòu))筑物傾斜控制標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)傾斜值超過一定的限度后,結(jié)構(gòu)中的次應(yīng)力可能會超過材料的強(qiáng)度而產(chǎn)生裂縫甚至破壞,傾斜嚴(yán)重的會影響建筑物的功能,如門窗、電梯等啟閉困難；當(dāng)視覺可以明顯察覺時,人們會恐慌；如果傾斜得不到有效控制而繼續(xù)加劇時,可能會引起更大的事故。因此,為不影響建筑物的使用,其傾斜程度必須控制在一定的范圍內(nèi)。表1給出了現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ7-89)

12、地基變形允許值。表1 建筑物的地基變形允許值變形特征地基土類別中、低壓縮性土高壓縮性土砌體承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的局部傾斜0.0020.003工業(yè)與民用建筑相鄰柱基的沉降差:框架結(jié)構(gòu)磚石墻填充結(jié)構(gòu)當(dāng)基礎(chǔ)不均勻沉降時不產(chǎn)生附加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)0.002L0.0007L0.005L0.003L0.001L0.005L單層排架結(jié)構(gòu)(柱距6m)柱基的沉降量(mm)(120)200橋式吊車軌面傾斜(按不調(diào)整軌道考慮)縱向橫向0.0040.003多層和高層建筑物的傾斜Hg2424Hg6060Hg100Hg1000.0040.0030.0020.0015高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜Hg2020Hg5050Hg100100Hg1501

13、50Hg200200Hg2500.0080.0060.0050.0040.0030.002高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降量(mm)Hg100100Hg200200Hg250(200)400300200注:1. 有括號者僅適用于中壓縮性土；2. L為相鄰柱基的中心距離；Hg為自室外地面起算的建筑物高度(m)；3. 傾斜指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值；4. 局部傾斜指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向610m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值。當(dāng)建(構(gòu))筑物的傾斜值或沉降量超過允許值時,為了保證建(構(gòu))筑物的功能,就必須采取一定的工程措施對建筑物進(jìn)行扶正,即糾偏處理。目前已經(jīng)采用的糾偏方法很多5,但主要是依靠技術(shù)人

14、員的工程經(jīng)驗(yàn),理論研究則較少。2.3 常用糾偏方法概述前已述及,糾偏技術(shù)是與土力學(xué)理論與地基基礎(chǔ)處理技術(shù)的發(fā)展、以及相應(yīng)的施工機(jī)械與監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展分不開。它的技術(shù)內(nèi)涵往往不僅涉及到土力學(xué)和地基基礎(chǔ)的內(nèi)容,還涉及建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)等多個學(xué)科。目前,此類技術(shù)主要以土力學(xué)理論為導(dǎo)向,以工程經(jīng)驗(yàn)為依托來指導(dǎo)實(shí)際施工,至今尚未形成自身的系統(tǒng)的理論和施工方法。表2列出了我國常用的一些糾偏方法。表2 常用糾偏方法主要方法技術(shù)說明技術(shù)特點(diǎn)頂升或抬升法頂升糾偏法頂推糾偏法張拉糾偏法注漿抬升法在沉降大的一側(cè)頂升基礎(chǔ)或上部墻體,或從側(cè)面頂推(張拉)基礎(chǔ)或構(gòu)筑物使其復(fù)位在沉降大的一側(cè)地基土中注入具有擠密加固作

15、用或具有膨脹性的注漿液對建筑物基礎(chǔ)起上抬作用頂推法和張拉法一般用于局部糾偏和構(gòu)筑物糾偏；當(dāng)整體糾偏時必須注意均勻遞變頂升；保證反力系統(tǒng)的可靠性；當(dāng)?shù)鼗冃挝捶€(wěn)定時需要考慮地基基礎(chǔ)加固托底；注漿抬升法糾偏抬高量不大,其值難于控制,并存在擾動地基土的危險,應(yīng)用實(shí)例很少。特別在淤泥質(zhì)軟土地區(qū),宜慎用。阻沉法部分托底調(diào)整糾偏卸載糾偏法采取地基基礎(chǔ)加固托底方法或卸除荷載,阻止或減少沉降較大一側(cè)的沉降,而讓沉降較小一側(cè)繼續(xù)沉降部分托底調(diào)整糾偏法用于建筑物傾斜量不大,且沉降尚未穩(wěn)定的情況；卸載糾偏法屬于消極被動的一種權(quán)宜之計(jì),一般僅作為輔助措施。迫降法浸水糾偏法降水糾偏法堆載糾偏法掏土糾偏法擾動地基土法樁基

16、水沖糾偏法截樁糾偏法地應(yīng)力解除法采取措施迫使沉降較小的一側(cè)下沉,以消除或減少與另一側(cè)的沉降差迫降法應(yīng)用最多,用于建筑物局部或整體糾偏,但糾偏后建筑物絕對標(biāo)高有所降低；應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況選擇迫降法；整體糾偏時,力求建筑物和部位均勻遞變下沉,并使原沉降較小一側(cè)產(chǎn)生最大的糾偏沉降量,并保證上部結(jié)構(gòu)的完整性不受影響；當(dāng)?shù)鼗冃挝捶€(wěn)定時,需要考慮地基基礎(chǔ)的加固托換調(diào)整上部結(jié)構(gòu)法改變結(jié)構(gòu)形式或基底附加應(yīng)力分布,使原來的沉降趨勢反向發(fā)展連接構(gòu)件應(yīng)由足夠的剛度去調(diào)整變形,外加結(jié)構(gòu)與原有建筑物有可靠連接；應(yīng)考慮外結(jié)構(gòu)的可能性和利用；當(dāng)?shù)鼗冃挝捶€(wěn)定時,需要考慮地基基礎(chǔ)的加固綜合糾偏法結(jié)合采用多種方法糾偏表2所列出的

17、幾類糾偏方法中,頂升或抬升糾偏法是通過直接改變上部結(jié)構(gòu)的受力或位移、位移趨勢來達(dá)到糾偏目的的；迫降法、阻沉法是從土力學(xué)原理來加大沉降較小一側(cè)的地基變形和阻止沉降較大一側(cè)的地基沉降來糾偏的,它們經(jīng)常聯(lián)合使用,是應(yīng)用最多的糾偏方法；調(diào)整上部結(jié)構(gòu)法是通過改變上部結(jié)構(gòu)荷載分布來實(shí)現(xiàn)糾偏的。從另一種意義上講,因?yàn)榻ㄖ飪A斜是由于地基不均勻沉降而引起的,任何工程措施,只要能改變地基的不均勻變形,則或多或少地對建筑物傾斜有所改善。但表中所列的各種糾偏方法,大多數(shù)只應(yīng)用于筏板、條形基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)形式,應(yīng)用于樁基礎(chǔ)的實(shí)例很少,這一方面的探討也很少見。三 多(高)層建筑物基礎(chǔ)分析與設(shè)計(jì)方法發(fā)展概況建筑物上部結(jié)構(gòu)、基

18、礎(chǔ)和地基同處于一個共同作用的完整系統(tǒng)之中,但是長期以來由于受計(jì)算手段的限制,在分析建筑物基礎(chǔ)和地基時,總是對上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)以及基礎(chǔ)與地基之間的聯(lián)系作一些簡化,這些簡化模型在一定時期內(nèi)解決了一些問題,但在情況稍微復(fù)雜一些的場合下就顯得無能為力了,或者會得出與實(shí)際有較大出入的結(jié)果。多(高)層建筑物基礎(chǔ)分析與設(shè)計(jì)方法大體上經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:(1)不考慮共同作用的階段,(2)僅考慮基礎(chǔ)與地基共同作用的階段,(3)開始全面考慮上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基三者共同作用的階段。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法(即不考慮共同作用的方法)是將上部結(jié)構(gòu)隔離開來考慮,并用固定支座來代替基礎(chǔ),求得上部結(jié)構(gòu)的變形和支座反力,但支座是假定為沒有

19、變形的；然后把支座反力反作用于基礎(chǔ)上,假定地基反力是線性分布的,因此可以求得基礎(chǔ)內(nèi)力和變形；再把地基反力反作用于地基或樁上來校核地基的強(qiáng)度和變形。實(shí)踐證明,上部結(jié)構(gòu)的剛度對基礎(chǔ)的內(nèi)力和變形有著直接的影響,在理想情況下可以把上部結(jié)構(gòu)視作絕對剛性或絕對柔性的。如圖3(a),當(dāng)把上部結(jié)構(gòu)視作絕對剛性時,當(dāng)?shù)鼗冃螘r,各柱的下沉量是按線性分布的,如果不考慮柱端的抗轉(zhuǎn)動能力,則可以把基礎(chǔ)作為倒梁來處理,它不產(chǎn)生整體彎曲；如圖3(b),當(dāng)把上部結(jié)構(gòu)視作絕對柔性時,其對基礎(chǔ)的變形沒有約束作用,于是基礎(chǔ)在產(chǎn)生局部彎曲的同時,還經(jīng)受很大的整體彎曲。 (a) (b)圖3 上部結(jié)構(gòu)剛度對地基變形的影響及地基彎矩圖實(shí)

20、際結(jié)構(gòu)物處于上述兩種情況之間,上部結(jié)構(gòu)的剛度對基礎(chǔ)的內(nèi)力和變形的有著直接的影響。所以采用固定支座來處理上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間的連接是與實(shí)際不符的,它是在計(jì)算手段較落后時代所采用的方法。地基的內(nèi)力和變形還與基礎(chǔ)的剛度和地基條件有關(guān),實(shí)踐證明,當(dāng)基礎(chǔ)剛度不同時,地基的內(nèi)力和變形會顯現(xiàn)出不同的形態(tài)。在上述方法中,如果忽略上部結(jié)構(gòu)剛度的影響,用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求得作用在基礎(chǔ)上的荷載后,將它作為外荷載,考慮基礎(chǔ)和地基的相互作用,發(fā)展得到彈塑性地基上的梁和板的變形理論。這些理論后來用于求解箱形基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力和變形,以及樁與筏板、樁與箱的復(fù)合基礎(chǔ)形式的內(nèi)力和變形。但此時計(jì)算已經(jīng)很復(fù)雜了,只能借助于計(jì)算機(jī)。Ze

21、inkeiwicz和Cheung首次應(yīng)用有限元法研究了地基基礎(chǔ)的共同作用。而全面考慮上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基共同作用的階段是從上個世紀(jì)80年代開始的,它是隨著有限元法的進(jìn)展和計(jì)算機(jī)的發(fā)展而逐步被應(yīng)用到工程中來的。廣義地講,共同作用分析是指任何結(jié)構(gòu)物與地基土體的相互作用分析；在高層建筑基礎(chǔ)分析中,它包含三種既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念:地基與基礎(chǔ)的共同作用,基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用,以及地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用。自上個世紀(jì)80年代以來,多(高)層建筑上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的共同作用分析已越來越多地應(yīng)用到工程實(shí)踐中去,對共同作用分析方法的探討也成為學(xué)術(shù)界的一個熱門課題。每年成百上千的高層、超高層建筑物的

22、興建對現(xiàn)有基礎(chǔ)分析方法提出了挑戰(zhàn),同時也帶來各種新經(jīng)驗(yàn)。共同作用分析方法的發(fā)展是與生產(chǎn)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步、特別是計(jì)算手段的突飛猛進(jìn)密切相關(guān)的。考慮上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)內(nèi)力和變形、地基變形的影響又是由于子結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展而成熟起來的。Przmemieniecki提出了子結(jié)構(gòu)法,Haddadin首次應(yīng)用子結(jié)構(gòu)法研究地基和基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用。此后,地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用引起了人們的注意。按照子結(jié)構(gòu)的思想,可以把上部結(jié)構(gòu)的剛度和荷載凝聚到基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)的邊界上,得到上部結(jié)構(gòu)的等效邊界剛度矩陣和等效邊界荷載向量。假定基礎(chǔ)的剛度矩陣為,對于地基的剛度矩陣,有兩種處理方法:其一是把它和基礎(chǔ)同時離

23、散,此時基礎(chǔ)和地基的總體剛度矩陣為,其二是按照子結(jié)構(gòu)的思想,把它的剛度凝聚到與基礎(chǔ)相連的邊界節(jié)點(diǎn)上,此時它的剛度矩陣為,則共同作用分析的總控制方程可以表示為: (1)根據(jù)子結(jié)構(gòu)法的思想,模型的某一部分對整體的影響,可以僅用它的等效邊界剛度矩陣(有時還包括質(zhì)量矩陣)和等效邊界荷載向量來代替,這就提高了計(jì)算效率。此外,還可以構(gòu)造多級子結(jié)構(gòu)。子結(jié)構(gòu)法對于求解剛度矩陣為高度稀疏的結(jié)構(gòu),例如板、梁、殼等,是非常有效地,它們能保證保留節(jié)點(diǎn)相對較少,這對于上部結(jié)構(gòu)是很適合的,因此,子結(jié)構(gòu)法經(jīng)常用于共同作用分析中。除采用子結(jié)構(gòu)法以外,對上部結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)還先后作過許多簡化,提出許多簡單可行的分析途徑,與子結(jié)構(gòu)

24、有限元法相輔相成,如彈性桿法(葉于政、孫家樂,1980)、有效剛度法(孫家樂、張雷,1986)、加權(quán)殘數(shù)法(劉開國,1987)等。共同作用分析方法首先是在淺基礎(chǔ)上開展起來的,1981年在同濟(jì)大學(xué)召開了“高層建筑與地基基礎(chǔ)共同作用學(xué)術(shù)交流會”,代表這一課題在這一時期我國的研究水平。這一時期,對高層建筑與箱形(筏板)基礎(chǔ)及地基的共同作用研究進(jìn)展主要包括3個方面的內(nèi)容:(1)地基模型及其參數(shù)的研究,在共同作用分析中引進(jìn)非線性彈性和彈塑性地基模型,對模型參數(shù)的取值進(jìn)行了許多卓有成效的研究。(2)共同作用分析方法研究,在共同作用分析中引進(jìn)子結(jié)構(gòu)分析方法,包括雙重與多重的子結(jié)構(gòu)逐步擴(kuò)大法,不但可以解決大型

25、結(jié)構(gòu)計(jì)算量大與計(jì)算機(jī)儲存量不足的矛盾,而且可以反映施工期間結(jié)構(gòu)逐層增加、結(jié)構(gòu)剛度變化對共同作用的影響。(3)對共同作用規(guī)律性的認(rèn)識,通過20多年對高層建筑上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基共同作用的實(shí)測和理論分析,對共同作用的基本規(guī)律有了進(jìn)一步的認(rèn)識。高層建筑樁基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用理論的研究是在高層建筑箱基、筏基共同作用理論的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,對樁箱、樁筏基礎(chǔ)的共同作用研究在原型實(shí)測、模型試驗(yàn)和沉降計(jì)算方面都取得了很多成果,見文獻(xiàn)。由于樁的設(shè)置,使得地基更加復(fù)雜,再加上樁的力學(xué)機(jī)理本身還有許多不完善的地方,使得這一方面的研究還有很多工作要做。研究工作除采用子結(jié)構(gòu)法考慮上部結(jié)構(gòu)剛度和荷載的同時,重點(diǎn)還

26、需要研究樁與土、樁與樁之間的相互作用。高層建筑樁基礎(chǔ)共同作用研究的最新發(fā)展有兩個方面:一是承重地下連續(xù)墻與樁筏基礎(chǔ)的共同作用研究；王衛(wèi)東的研究表明,地下連續(xù)墻參與共同作用以后,建筑物的沉降將減小,筏板下樁頂反力的規(guī)律與不考慮連續(xù)墻參與共同作用的結(jié)果有所不同。另一個是變剛度設(shè)計(jì)概念的提出和實(shí)用化；德國法蘭克福展覽大廈的成功設(shè)計(jì)表明,通過改變地基剛度使得地基反力向筏板的中部集中,使基礎(chǔ)的變形更為均勻,則基礎(chǔ)的內(nèi)力將減小。目前,對共同作用的分析向更廣更深層次發(fā)展,地基模型開始采用能反映土體在復(fù)雜荷載作用下變形特征的彈塑性或粘塑性本構(gòu)關(guān)系,孔隙水壓力-位移耦合分析方法也逐步應(yīng)用到共同作用分析中；筏板除采用薄板理論外,還采用厚板理論；上部結(jié)構(gòu)則根據(jù)剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)采用多級子結(jié)構(gòu)法。17