漫谈建筑中的效应

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1、漫谈建筑中的效应伍永/董宁摘要该文用例举的方式表述了存在于建筑物中的若干种效应及其对建筑物作用原理及产生的机制、原因，重点说明了荷载类效应产生的原因，并大致对各种效应进行了归类，论述了各种效应对建筑物的安全功能、使用功能、美观性能所具有的重要性。关键词建筑效应功能1概述说起效应，可以说在许多领域的各个方面、各个层次都存在着效应，如生态学中有边缘效应；气候学上有温室效应、蝴蝶效应；物理学、电学方面有霍尔效应、压电效应、电致伸缩效应、塞曼效应等等；社会经济学方面就更多了，如多米诺骨牌效应、马太效应、鲶鱼效应、晕轮效应、木桶效应、青蛙效应等等，不一而足。而由

2、于建筑物在有限寿命期内存在众多因素的作用，同样存在着效应，这些效应对建筑物、构筑物的影响相当重要，不可忽视。它们广泛影响到了建筑物、构筑物的安全功能、使用功能、美观等基本内容。可以这样解释效应：它本质上是一种输入和输出之间的关系，是建筑物在温度、湿度、地震、风力、不良介质（气体、液体、固体）众多因素作用下所产生物理的或化学的效果。简单地说，建筑物中的效应就是建筑物与周围环境相互作用所产生的结果。2荷载类效应的表现提起对建筑设计影响最大的，不能不说到荷载效应，因为荷载条件是建筑设计最根本的依据。所谓荷载效应，是指在某种荷载作用下结构的内力或位移。一般用途

3、的建筑结构承受的竖向荷载有结构、填充墙、装修等自重（永久荷载）和楼面使用荷载、雪荷载等（可变荷载）；水平荷载有风荷载及地震作用。各种荷载可能同时出现在结构上，但是出现的概率不同。按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载效应组合。下面就一些比较典型的荷载类的效应做一叙述。2.1群桩效应在高层建筑基础设计时不能不考虑的就是群桩效应，群桩效应就是指群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩承载力之和这一现象。影响群桩效应的主要因素有两个：一个是群

4、桩自身的几何特征，如承台的设置方式（高、低承台）、桩间距桩长L及桩长与承台宽度比L/Bc、桩的排列形式、桩数；另一个是桩侧及桩端的土性及其分布、成桩工艺。群桩效应具体反映在以下几个方面：群桩的侧阻力、群桩的端阻力、承台土反力、桩顶荷载分布、群桩的破坏模式、群桩的沉降及其随荷载的变化。2.2场地的地震效应场地的地震效应是另一个在基础设计时也必须考虑的效应，它会产生两个作用：一是放大作用，由基岩破裂或已有断层的错动产生的地震波从震源发出，以纵波与横波的形式向四方传递，传至建筑场地下的基岩后又经过土层向地面传递。地震波一经传入土层后立即得到增加，哪怕是地下深

5、处不很强的震动，等传至地面后常成为相当强的震动；二是共振作用，场地有自己的自振周期，称为场地的特征周期。如果建筑物的自振周期与场地的特征周期相近，两者就会发生共振，使震害大为加重，会导致建筑物耐久性失效，产生灾变危害。2.3鞭梢效应同样，在地震的作用下会产生鞭梢效应。所谓鞭梢效应，就是当建筑物受到地震作用时,它顶部的小突出部分由于刚度和质量较小，在每一回合的转瞬间形成较大的速度，产生较大的位移。简单地说，就是在地震作用下，高层建筑或其他建（构）筑物顶部细长突出部分振幅剧烈增大的现象。结构鞭梢效应发生的原因，主要是由于突出物自振频率与地面运动干扰频率相等

6、或相近。在工程结构中，通常出屋面的楼梯间、水箱、高耸构筑物等都要考虑鞭梢效应。2.4短柱效应短柱效应则是在设计时易被忽视的一个问题。以窗台为例，发生短柱效应的原因是在设计之初，窗台为非结构墙，在应力分析时未将其考虑在内，把被窗台围束的柱当作一般柱作应力分析而忽略掉该柱真正的高度（短柱刚度大、韧性差），因此每逢地震发生后常造成严重的剪力破坏情形，其破坏形态多为剪切破坏，无明显征兆，一般而言以多层建筑中设置构造柱的楼梯间、宽度较大的窗台等部位最为典型。如同鞭梢效应一样，这也是一种与地震效应密切相关的效应。2.5挤土效应预应力管桩施工中会遇到一种称为挤土效应

7、的现象，这是由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态而产生的。挤土效应一般表现为浅层土体的隆起和深层土体的横向挤出，挤土效应对周围路面和建筑物引起破坏，使周围开挖基坑坍塌或推移增大，对已经施打的桩的影响表现为桩身倾斜及浅桩（≤20m）上浮。如果压桩施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速率太快就会加剧挤土效应。2.6风振效应风振效应比较特殊，简单来说，就是高层建筑和高耸构筑物在风的作用下产生一种漩涡而形成的脉动效应，这种效应使建、构筑物受力条件变得非常复杂。风振效应的大小主要受制于地面粗糙度，地面粗糙度小的上空平均风速大，则风

8、振效应小，频率低，反之则风振效应大。考虑风振效应，合理进行结构布置、材料选型，才能保证建、构筑