王羽鹤

我国建筑业经过多年的发展，为了提高土地的利用率，建筑物的高度在不断提升，建筑高度增加的同时，地震对其的影响也相应地增大了很多。相比传统的建筑物，高层建筑的抗震性能成为了其整体设计的重要方面。因此，为了减小地震作用以及地震效应对于高层建筑结构的影响，应当对其基础和地基进行合理的设计。基础刚度是高层建筑结构的一大重要属性，对于其值的设计，我们不可能让其无限大，并且基础刚度的退化将导致整体结构刚度退化，给高层建筑结构的整体稳定性带来许多不利的影响。因此，我们在对高层建筑结构基础进行设计时需要保证其有合适的刚度，以确保其有足够刚度的同时也有很好的承载能力以及稳定性。这样合理的基础设计不仅能够提升高层建筑的抗震能力，还能在一定程度上减少成本[1]。

1.基础刚度对于高层建筑抗震能力的影响

增大基础的刚度，不仅可以提升高层建筑结构的受力性能，还可以使建筑物的稳定性增大，使高层建筑结构在地震效应下的侧向位移量减小。首先，当基础刚度较弱时，结构的整体性会变差，且其自振频率也会相应的减小，当地震发生的时候，建筑结构将出现较大的水平位移，且在二阶效应的作用下，结构受到的弯矩也会增大，这样更加不利于建筑结构的受力情况。良好地控制基础刚度的变化，不仅可以减少建设所需的成本，还可以提高房屋的安全性。其次，如果在建筑结构整体性中考虑基础刚度的问题，结构构件的受力情况会发生许多改变，当我们对高层建筑模型进行计算的时候，我们可以通过对比得出结构构件受力性能发生变化的位置，并且根据计算数据对于那些受力大，整体薄弱的部位进行加强，这样可以有效地提高建筑结构整体的抗震性能[2]。

对于高层建筑中的框架结构，我们在充分考虑基础刚度后，柱底与柱顶截面表现出不同的能力，柱底截面的弯矩相比原先的计算结果会出现减小的现象，但是柱顶截面反而呈现增大的情况，这说明了如果我们采用嵌固端的设计方法会导致底层柱顶截面更加危险，反而柱底更加安全，且随着基础刚度取值的变化，这种受力特征表现出来的变化也会更加明显。因此，在对高层建筑结构进行设计时，应该着重于那些结构趋于更加不稳定的部位，保证整体结构都满足抗震的性能。

在地震的作用下，框架结构往往会出现水平位移和转动，且这种变化随着楼层层数的增高而逐渐增大，即楼层越高，水平位移越大，对于那些采用框架结构的高层建筑而言，限制结构的水平位移是保证结构安全的重要指标之一。因此我们应该对结构的水平位移和转动进行限制，保证结构不单单满足位移的要求，还保证了结构有着良好的抗震能力。

2.基础刚度对于高层建筑侧移刚度的影响

在我国高层建筑的发展过程中，虽然建筑建造的体量不断地加大，但是其刚度却在不断地减小。这里说的刚度便是指高层建筑结构的侧移刚度。建筑结构的侧移刚度指的是建筑结构为了抵抗水平方向作用力带来的侧向位移所需的刚度。高层建筑结构产生的侧向位移主要由两部分组成，顶部的侧移值主要由高层建筑结构顶点水平位移及结构顶部附加位移两部分组成，分别是结构基础的平移和扭转；但是这种扭转变形并不是一定在外力的作用下才会产生，高层建筑结构自身也有产生扭转变形的可能性[3]。

基础刚度对于高层建筑结构的侧移刚度有着比较大的影响，在进行抗震设计时，当我们考虑结构的整体刚度时，高层建筑结构的侧移刚度会出现降低的现象，这就导致整个结构更有可能发生侧移，结构顶点的相对侧移也会随之变大。当我们在考虑结构的二阶效应时，结构会受到负面的影响。因此在有限基础刚度的条件下如何有效增大结构的侧移刚度是我们应该着重考虑的问题。

2.1 弯曲型结构

弯曲变形结构我们往往考虑的是剪力墙结构，当我们对其有限基础刚度的影响进行分析之后，会发现此结构的侧移刚度出现了减小的现象，这种现象出现的原因是结构的边界条件逐步弱化，这也就导致了整体结构会更加容易失稳，整体结构便更加容易被破坏。在全面分析条件的基础上，充分分析基础刚度的根本影响后，弯曲型剪力墙结构的侧移刚度也会逐步呈现减小的现象[4]。

2.2 剪切型结构侧移刚度

对于剪切型的结构而言，其失稳通常表现为整体楼层失稳，基础刚度对剪切型结构底层侧移刚度影响更加明显。在计算假设的相关问题上分析，其结构往往会始终保持在弹性的状态之下，当我们忽略扭转效应对其进行分析的时候，我们会发现，一些比较相近的节点位置上平动和转角呈现出相对一致性的现象。我们在计算的过程中出现基础刚度趋于一个非常大的值的情况时，这时我们往往可以忽略基础受到拉梁时所产生的影响，让基础刚度处于长期弹性状态之下。

3.基础刚度对于高层建筑整体稳定性的影响

当我们考虑到基础刚度的影响时，高层建筑结构的侧移刚度会削弱，相应地，边界条件也会发生弱化，这便会导致结构整体失去稳定性所需的临界荷载减小。当我们对基础刚度的影响进行了大量的分析之后，会发现高层建筑结构的刚重比限值也会出现降低的情况。当我们对具体情况进行比对时，结构侧移刚度便会发生逐步降低的现象，在此条件下我们往往需要考虑基础刚度对于高层建筑结构整体稳定性的不利影响，保证二阶效应所带来的总位移在一个满足使用条件的范围之内。对于高层建筑结构的抗震设计方面来说，在考虑基础刚度的情况下，还需要从宏观的层面进行分析，我们可以将剪力墙结构进行转化和代用，将这种结构以悬臂梁的形式表现出来，以此来判断这种杆件在受弯时，多大的临界荷载才能够使得杆件失稳，这样我们便可以求出相关的临界荷载的数值。通过以上的计算过程，我们发现在有限基础刚度的前提下，当结构的受弯部分处于一种倒三角型分布荷载作用下时，会表现出具体的受力以及相应的位移情况。并且结构受到自身重力荷载之外还会受到一些别的荷载，例如水平荷载，当结构在两者共同作用之下，便会产生相应的位移。这样系统的分析有利于我们更好地了解基础刚度对高层建筑抗震稳定性的具体影响，并且有效地对于基础设计加以改善，来确保高层建筑结构的稳定性，满足抗震的要求[5-7]。

4.结论

综上所述，在对基础刚度的研究中我们发现，若引入基础刚度便会引起高层建筑结构整体结构刚度的退化，因此我们需要对高层建筑结构上层部分的结构刚度进行适当加强，基础刚度并不能一味地增大，需要使其在一个合适的区间内，来保证结构满足我们日常使用的需求以及安全方面的要求。对于隔震结构来说，基础的平动刚度有所退化，地震作用及其效应会减小，虽然基础的平动刚度不会对我们整体结构的正常使用产生过大的影响，但是我们仍然需要使基础的转动刚度满足使用要求。

随着我国城市迅猛发展，高层建筑数量剧增成为必然。高层建筑的特殊性要求其自身在抗震方面有着良好的性能以保证安全，而基础刚度对于高层建筑结构设计的影响较为复杂，因此要求我们必须将建筑物的基础刚度作为抗震设计考虑的重要指标之一，本文分析高层建筑结构基础刚度对抗震性能的影响，从三个方面进行了可行性的论述，希望能够对最大限度地提高高层建筑的抗震性能提供有益的帮助。