上部结构
土木工程术语
上部结构在土木工程不同的学科中有不同的定义。对于房屋建筑来说,上部结构一般是指基础顶端以上的部分,但对于隔震结构,上部结构是指在隔震层以上的部分;对于桥梁来说,上部结构是指在线路遇到障碍而中断时,跨越这类障碍的主要承载结构。总的来说,上部结构是相对于下部结构或是基础而言的,上部结构的设计是结构设计中的重要组成部分。
组成
对于桥梁来说,上部结构又称为桥跨结构、桥孔结构,包括桥面铺装、桥面系、承重结构以及联结部件。桥面铺装指的是公(铁)路面、人行道;桥面系包括纵梁、横梁或其他形式;承重结构指的是主梁(或拱、索);联结结构包括纵向及横向的结构构件。而对于房屋建筑来说,上部结构一般包括梁、柱、板等基本构件。
分界
基础结构与上部结构的分界位置,通常为上部结构的嵌固部位。为方便设计和施工采用统一的标准,并尽可能符合计算分析时的计算假定,在《钢筋混凝土结构平法设计与施工规则》中规定了六类基础结构与上部结构的分界位置。当基础埋深较浅,且当建筑首层地面以下至基础之间未设置双向地下框架梁时,上部结构与基础结构的分界取在基础顶面,如图《分界位置在基础顶面的示意图》所示。
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。
参考资料
最新修订时间:2022-09-28 11:28
目录
概述
组成
分界
参考资料