高層建筑荷載作用下地面沉降研究

曹海吉

江蘇蘇興建設(shè)工程有限公司 江蘇 泰州 225700

前言

在高層建筑中地面沉降主要是受到自然生態(tài)和人為因素產(chǎn)生的地面標(biāo)準(zhǔn)高度降低的地址現(xiàn)象，地面沉降是不能夠挽回的資源消耗。近些年我國(guó)社會(huì)發(fā)展速度越來越快，同時(shí)對(duì)于工業(yè)化的需求也越來越多，對(duì)此相關(guān)部門就開始大量采集地下水，導(dǎo)致地下水位不斷降低，出現(xiàn)地面沉降問題，這就造成了非常大的資源消耗，這也使得我國(guó)相關(guān)部門開始關(guān)注地面沉降問題。

1 高層建筑荷載導(dǎo)致地面沉降問題的分析

在我國(guó)城市生活里，地面沉降已經(jīng)變成了非常容易見到的地質(zhì)現(xiàn)象，但是地面沉降現(xiàn)象是非常不應(yīng)該出現(xiàn)的現(xiàn)象，地面沉降對(duì)地質(zhì)以及生活環(huán)境有著非常大的影響。地面沉降變成了我國(guó)發(fā)展過程中的慢性疾病，這對(duì)于我國(guó)社會(huì)和諧健康發(fā)展有著非常大的影響，同時(shí)地面沉降擁有非常多的特性。在高層建筑地面沉降管理過程中地面沉降監(jiān)測(cè)工作是非常關(guān)鍵的，地面沉降監(jiān)測(cè)工作能夠第一時(shí)間將地面問題進(jìn)行反饋，這對(duì)于我國(guó)人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供了保障，可以為我國(guó)社會(huì)減少地面沉降帶來的經(jīng)濟(jì)損失，地面沉降監(jiān)測(cè)工作能夠直接反映出高層建筑地質(zhì)環(huán)境的好壞[1]。

地面沉降主要分為幾種模式，在我國(guó)發(fā)生地面沉降的地質(zhì)環(huán)境一般被分為現(xiàn)代沖積平原模式、三角洲平原模式、斷焰盆地模式，同時(shí)他們又被分為了近海模式以及內(nèi)陸模式，近海模式主要是指濱海平原，然而內(nèi)陸模式主要是指湖沖積平原。地面沉降會(huì)對(duì)我國(guó)的交通、城市規(guī)劃、生產(chǎn)、生活都造成非常大的影響及危害，地面沉降會(huì)使得城市環(huán)境不斷惡化，地面沉降嚴(yán)重的情況下會(huì)造成高層建筑橋梁裂開、彎曲或者倒塌，這就為我國(guó)社會(huì)埋下了不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，由此可以看出地面沉降不但會(huì)很大程度降低土地使用效果，還會(huì)引發(fā)許多風(fēng)險(xiǎn)，為社會(huì)帶來非常大的安全隱患。對(duì)此我國(guó)相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)對(duì)高層建筑荷載導(dǎo)致地面沉降問題進(jìn)行研究分析，對(duì)于高層建筑荷載導(dǎo)致地面沉降問題進(jìn)行預(yù)防，將地面沉降風(fēng)險(xiǎn)降到最低，對(duì)此相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)地面沉降監(jiān)測(cè)工作，對(duì)地下水位進(jìn)行定時(shí)定期的檢查，對(duì)地下水的開采進(jìn)行一定程度的管控，減緩水位下降速度，如果遇到地面沉降比較嚴(yán)重的時(shí)候必須停止對(duì)地下水的開采，在其他地方尋找新的水源采集地[2]。

2 高層建筑地面沉降數(shù)學(xué)模型

從我國(guó)相關(guān)部門對(duì)城市地面土層研究中可以看出，一般情況之下的地面土層是非常平穩(wěn)堅(jiān)實(shí)的，基本上不會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的地面沉降，由此就可以看出地面沉降的主要問題是從高層建筑物荷載中產(chǎn)生的應(yīng)力，此外還有一個(gè)因素是因?yàn)橥临|(zhì)擁有易碎和易散性，只要遇到比較強(qiáng)應(yīng)力的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致地下土層的縫隙被壓縮，密度從而增大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。對(duì)此高層建筑荷載所出現(xiàn)的沉降能夠根據(jù)荷載變化分量以及時(shí)效分量，其公式為；δ = f(W ,t )=δw+δr在公式中地面荷載的變化位分量wδ能夠代表地面荷載變化分量的因子，因?yàn)槠涓邔咏ㄖ暮奢d規(guī)模強(qiáng)度不斷增加才會(huì)造成地面標(biāo)準(zhǔn)高度出現(xiàn)變化。通常情況下，單體的高層建筑荷載產(chǎn)生的沉降都應(yīng)該是均衡出現(xiàn)的，對(duì)此其中高層建筑荷載沉降造成的影響也是非常容易計(jì)算的。在高層建筑群體并且形狀不一樣的時(shí)候高層建筑對(duì)于地面產(chǎn)生的壓力也是不一樣的，所以上面的方法很難對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，這也就對(duì)城市的發(fā)展造成了不好的影響。對(duì)此在研究過程中需要將等效影響荷載這一因素加入到研究中，這也就給大規(guī)模的建筑荷載加上了一個(gè)大范圍的連續(xù)分布荷載[3]。

在下面圖片一中為了更加方便的構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，我們就必須對(duì)任意分布的荷載網(wǎng)格進(jìn)行一定程度的處理，在途中分別計(jì)算了均布荷載以及節(jié)點(diǎn)荷載，然后在構(gòu)建起wδ的圖式。

圖1 網(wǎng)格劃分示意圖

我們將圖片一種的M假設(shè)成研究區(qū)域中的某一個(gè)荷載，將P假設(shè)成荷載附近的某一處沉降監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，為了方便分析我們可以將荷載M分配到網(wǎng)格的四個(gè)點(diǎn)上，也就是圖一種表示出來的M1、M2、M3、M4。M的主要分配在局里倒數(shù)法中。在公式二中 S1表示M到達(dá)四個(gè)節(jié)點(diǎn)的間距，如果在網(wǎng)格里面產(chǎn)生了更多的荷載節(jié)點(diǎn)，那么久的按照上面公式進(jìn)行分配并且加以積累。在實(shí)際情況中四個(gè)節(jié)點(diǎn)是與九個(gè)網(wǎng)格息息相關(guān)的，對(duì)此四個(gè)節(jié)點(diǎn)的荷載狀況也就反映了周邊的荷載變化情況[4]。

在因子的選擇中等效節(jié)點(diǎn)荷載可以全方位地反映出整個(gè)地區(qū)的荷載變化狀況，對(duì)此可以將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)荷載都當(dāng)做一個(gè)模型因子，這時(shí)候δw的表達(dá)公式是：這上面所有公式模型中要想其有效地進(jìn)行使用就必須提供出六次以上準(zhǔn)確有效地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，但是因?yàn)閷?duì)于地面沉降數(shù)據(jù)不夠充足，所以很難通過上述的模型進(jìn)行表示。對(duì)此可以將網(wǎng)格全方位荷載當(dāng)作魔性因子，這也就是因子設(shè)定作為節(jié)點(diǎn)荷載Mi的和，這時(shí)候δw公式為：

3 結(jié)束語

隨著我國(guó)城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地面沉降問題已經(jīng)很大程度上影響到了我國(guó)城市和諧發(fā)展，對(duì)此相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)對(duì)地面沉降進(jìn)行深入的研究，為我國(guó)地面沉降研究提供有力的幫助，為我國(guó)今后社會(huì)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。