摘要：目前我国的城镇化建设在快速的发展，针对建筑物的安全和稳定性研究较多，然而对建筑结构体系的研究大多是抗震，对建筑物结构的受力与稳定性研究较少，因此对我国建筑物结构体系整体受力情况与稳定性分析是很有必要的。本文结合笔者实际施工经验，从多角度、分析了我国建筑物主体结构的受力性状与整体稳定性。
关键词：建筑结构；安全性鉴定；稳定性分析
1.建筑物安全性结构模型分析
国际上的建筑结构协会总结了各国当前所用的建筑结构安全性的计算方法，把这些计算方法归为了四种：作用—反作用模型，连续介质模型，根据现场量测和试验为主的设计方法，根据以往的工程实践经验进行的工程类比为主的经验设计法。目前我国的建筑物结构的计算方法可归纳为以下四种：
（1）荷载—结构模型
此类模型主要将土体及结构自重对结构的作用作为荷载，结构自重作为承受荷载的部分。当承载力较大时，结构受到岩土的压力会较小，岩土约束结构变形的作用会较大。这跟地面建筑设计时的方法相近，不同的地方在于对结构内力进行计算时，要不要考虑岩土约束结构变形的作用。
（2）经验类比模型
由于地层经历了长时间变化，其物理力学参数发生了很大变化，理论计算结果经常会与实际情况有较大出入，如今仍需要借鉴以往的工程经验和实践，所以经验类比模型也会占有一席之地。
（3）地层—结构模型
此类模型将地层与建筑结构作为一整体，在满足变形协调条件下，分别计算地层与结构的内力，以此来验算地层稳定性以及对结构的截面进行设计。由于地层的参数难以准确测定，地层—结构模型在建模时不容易实现，所以这种模型方法在实际工程中，一般仅仅是一种参考，并不是最主要的计算方法。相对于地层—结构模型而言，荷载—结构模型不确定的因素较少、计算参数也容易确定，因此计算的结果也相对准确。
（4）收敛限制模型
收敛限制模型对应的设计方法通常称作收敛限制法，收敛限制法的原理是通过理论推导出计算公式之后，在二维直角坐标系中画出结构的受力变形约束线。其中直角坐标系的纵坐标表示地层对结构基础的压力，横坐标表示建筑水平位移。收敛限制法对于特殊的建筑结构以及跨度大的建筑设计中比较适用。
目前在我国，荷载—结构模型是采用比较多的计算方法，适用于软基础的建筑结构，对于其他类型的地下结构可以采用地层—结构模型，但是地层法还处于发展阶段，现主要采用的是以工程类比作为基础的经验法，而不作计算。
2.现阶段我国建筑物安全性鉴定研究
当前我国在建筑物安全性鉴定方面的研究较多，对既有建筑结构加固技术也有一定的研究，本文总结了建筑结构三维空间受力问题简化成二维平面受力问题假设的局限性，通过对工程实例中的建筑结构二维平面模型与三维空间模型的对比分析，得到在建筑物二维平面模型中，虽然建筑结构的内力近似解在相应的条件下可以得出，但是二维平面模型所得到的结果跟车站结构实际上结构的受力情况有较大差别。
也有学者针对建筑物实际工程案例，建立了二维平面模型、板壳模型以及三维实体模型这三种模型，通过对比分析这三种模型的计算结果，得出三维实体模型与板壳模型之间的计算结果在应力分布上基本是一致的，通过对比二维平面简化与三维空间实体的计算结果，得出二维平面简化计算中结构层板、侧墙处需要修正的地方，并提出当采用二维平面简化模型计算时，应该对计算的结果加以修正。
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通过建筑物实际工程为例，笔者采用有限元软件建立了建筑物三维空间模型，对结构板、墙的内力分布规律做了总结：一是板与柱子、板与墙的连接节点处的受力较大，二是端墙开洞部位、楼扶梯洞口的应力分布较为复杂，在实际设计中应当重视该区域的受力情况，而且发现“梁—板—柱”三维空间有限元分析模型，通过比较得到：三维空间模型的梁—板—柱协同的工作模式可以比较准确地模拟建筑物结构的受力和位移。
在影响建筑物安全性的内力影响因素问题上，笔者分别采用二维简化算法与三维有限元算法对两种建筑物纵梁的内力进行了对比分析，通过二维简化算法得到的内力结果均大于三维有限元算法得到的内力结果，建议修正结构内力的计算结果。根据上述研究成果可以知道，对建筑结构内力的分析不仅要建立协同工作的三维模型，来避免平面简化结构在空间的共同受力作用、顶中板以及侧墙开洞影响的忽略，而且还要考虑到影响建筑物主体结构内力变化的各项因素，对于结构的危险点和关键点要重点研究。
此外，也可以选取建筑物主体结构标准段作为研究对象，采用数值模拟的手段，研究建筑结构在施工过程和正常使用过程两种的受力情况，并且对这两种工况下的结构内力进行了对比；或者采用数值模拟的方法建立建筑物空间模型，在各种影响因素的情况下，对建筑物板、梁以及柱的内力变化规律进行了分析，得出采用空间计算分析方法来计算结构内力会比较合适。
针对建筑结构设计所采用的计算方法，笔者比较了车站结构内力在不同方法下所得到的结果。通过分析比较得到，横断面计算法同板与梁之间的相对刚度有很大关系，当结构板比较厚时，采用此方法计算是有缺陷的。而在建筑物板厚度不变的情况下，通过调整顶纵梁的截面来实现梁板刚度比的变化，分析了板和梁之间的相对刚度比在建筑物顶板横向、纵向的柱上面板和跨中间板的弯矩分配结果。建筑物的三维空间计算方法可以根据梁板的截面在互不相同的情况下，板和梁的相对刚度比＜50的时候，板的双向受力情况明显，当板和梁的相对刚度比＞50的时候，板的单向受力情况明显。
实际工程案例中，在不同的试验方法、土的物理性质和力学性质等影响因素的前提下，各种因素的影响下的水平基床系数的变化不同，尤其是对地下结构进行分析时，应该想到水平基床系数是变化的值。通过数值模拟的方法，对建筑结构内力的影响因素进行了分析，分析结果表明弹性反力系数的值、土体压力的百分比、梁板厚度以及覆盖土层的厚度对建筑结构的内力影响较大。
除了以上的安全鉴定方法，现阶段我国还可以根据实际铁路隧道工程案例，利用 FINAL 分析软件，在考虑建筑的弹塑性的前提下，分析了不同侧压力系数条件下建筑物的力学行为。或者等根据实际的建筑物工程，采用有限元的方法，研究了在不同影响因素时主体结构的受力情况。针对地下或水下建筑物，研究表明，地下建筑施工过程中，当地下水位不断上升时，在不同工况下的结构关键点的位移和内力分布也不同，建筑物会产生整体向上的浮动、结构发生破坏的可能性比较小，但相对于结构内力和位移的影响会比较大。
3.结语
现阶段，城市中新建工程常常会跟既有交通线路上的建筑物以及市政工程在空间上发生冲突，因此对于城市轨道交通与市政工程或既有建筑物的安全性鉴定就显得十分必要。一方面可以很好地利用城市有限的空间；另一方面，通过后期的结构加固手段可以降低工程造价，减小对周边环境地破坏。当前在我国对于建筑结构的稳定性和内力分析的研究相对来讲不多，因此开展对建筑结构的受力分析与整体稳定性研究具有较高的理论研究价值，同时可以为实际工程起到一定的借鉴作用。
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论文作者:欧阳锦培
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
标签：结构论文; 建筑物论文; 模型论文; 内力论文; 建筑结构论文; 地层论文; 受力论文; 《基层建设》2017年第36期论文;