上部結構在土木工程不同的學科中有不同的定義。對於房屋建築來說，上部結構一般是指基礎頂端以上的部分，但對於隔震結構，上部結構是指在隔震層以上的部分；對於橋樑來說，上部結構是指線上路遇到障礙而中斷時，跨越這類障礙的主要承載結構。總的來說，上部結構是相對於下部結構或是基礎而言的，上部結構的設計是結構設計中的重要組成部分。
基本介紹
- 中文名：上部結構
- 外文名：superstructure
- 所屬專業：土木工程
- 學科：建築、橋樑
- 作用：承受外部荷載並將其傳遞至基礎
組成,分界,設計方法,
組成
對於橋樑來說，上部結構又稱為橋跨結構、橋孔結構，包括橋面鋪裝、橋面系、承重結構以及聯結部件。橋面鋪裝指的是公（鐵）路面、人行道；橋面系包括縱梁、橫樑或其他形式；承重結構指的是主梁（或拱、索）；聯結結構包括縱向及橫向的結構構件。而對於房屋建築來說，上部結構一般包括梁、柱、板等基本構件。
分界
基礎結構與上部結構的分界位置，通常為上部結構的嵌固部位。為方便設計和施工採用統一的標準，並儘可能符合計算分析時的計算假定，在《鋼筋混凝土結構平法設計與施工規則》中規定了六類基礎結構與上部結構的分界位置。當基礎埋深較淺，且當建築首層地面以下至基礎之間未設定雙向地下框架梁時，上部結構與基礎結構的分界取在基礎頂面，如圖所示。
分界位置在基礎頂面的示意圖
分界位置在基礎頂面的示意圖設計方法
建築結構常規設計是將上部結構、基礎與地基三者分離出來作為獨立的結構體系進行力學分析。分析上部結構時用固定支座來代替基礎，並假定支座沒有任何變形，以求得結構的內力和變形以及支座反力；然後將支座反力作用於基礎上，用材料力學的方法求得線形分布的地基反力，進而求得基礎的內力和變形；再把地基反力作用於地基或樁基上來驗算承載力和沉降。
但是這種方法忽視了地基、基礎和上部結構在接觸部位的變形協調條件，其後果是底層和邊跨樑柱的實際內力大於計算值，而基礎的實際內力則比計算值小很多。因此，合理的設計方法應將三者作為一個整體，考慮接觸部位的變形協調來計算其內力和變形。隨著理論研究的深入和計算機技術的發展，人們對上部結構-基礎共同作用的受力機理得到深入研究，自上世紀七十年代以來，有限元法日趨成熟，可以對大型結構進行整體計算，即將上部結構-基礎的共同作用來分析。
由於上部結構-基礎的共同作用的計算較為複雜，在建築物較小、結構比較簡單時，常規設計方法引起的誤差一般不至於影響結構安全或增加工程造價，故而不需要考慮上部結構與基礎的共同作用。然而對於那些規模較大、承受荷載較多、上部結構較為複雜、所處地質條件較差的結構，在設計時將上部結構與基礎簡單分開，僅滿足靜力平衡條件而不考慮兩者之間的共同作用，則常常會引起較大的誤差。例如，對於高層建築來說，不考慮上部結構的剛度貢獻，將會低估基礎的整體性，很可能會導致錯誤的基礎變形規律，這會造成基礎設計在某些局部偏於不安全，而在另一些局部又可能存在不必要的浪費。此時，在設計時需要考慮上部結構與基礎的共同作用來滿足其在接觸部位處的變形平衡條件。
