4第三章2浅基础结构设计.ppt

3.4 柱下条形基础9/6/20241第三章3.4.1柱下条形基础的受力特点横向上的剪力和弯矩由翼板承担纵向上的剪力和弯矩由基础梁承担9/6/20242第三章3.4.2 基础梁的纵向内力计算9/6/20243第三章3.4.2.1 基底反力计算是将上部结构视为绝对刚性，同时假定地基为弹性体，变形后基础底面仍为平面这样的条形基础能迫使地基梁均匀下沉当地基土质均匀，上部结构的各柱距相差不大（＜20%），柱荷载分布比较均匀，基础梁高度大于1／6平均柱距时，地基反力可认为直线分布，基础梁的纵向内力可按简化的直线分布法计算9/6/20244第三章计算假定l1）将地基反力作为地基梁的荷载，柱子看成铰支座，基础梁看成倒置的连续梁倒置的连续梁l 2）作用在地基梁上的反力分布反力分布为直线分布l 3）竖向荷载合力的作用点必须与基础梁形心相重合，若不能满足，两者偏心距以不超过基础梁长的3％为宜l  4）结构和荷载对称时或合力作用点与基础形心相重合时，地基反力均匀分布l  5）基础梁底板悬挑部分，按悬臂板计算，如横向有弯矩（对肋梁是扭矩），取最大净反力一边的悬臂外伸部分进行计算，并配置横向钢筋9/6/20245第三章1）绘出条形基础的计算草图，包括荷载、尺寸等2）求合力 R＝＝∑F i 作用点的位置。

目的是尽可能将偏心的地基反力化成均匀的地基反力，然后确定基础梁的长度L 计算步骤设荷载合力（ R＝＝∑F i ）作用点离边柱的距离为 xc ，以A点为参考点，则有9/6/20246第三章 3）当 xc 确定之后，按合力作用点与底面形心相重台的原则可以定出基础的长度L，l若 a1 已知,有： L＝2( xc ＋ a1)＝ a1 ＋ a＋ a2 ； a2 ＝ 2 xc ＋ a1 －－ a l若a2 已知,有： a1 ＝＝ a ＋ a2 －－ 2 xc4）L确定之后，宽度 B 按地基承载力 f a 确定5）基础底板净反力Pjmax、Pjmin计算6）确定基础梁底板厚度h7）底板横向配筋 8）求基础梁纵向内力M、Q9/6/20247第三章基础梁两端外伸的长度设为a1 、 a 2 ，两边柱之间的轴线距离为a在基础平面布置允许的情况下，基础梁两端应有适当长度伸出边柱外，目的是增大底板的面积及调整底板形心的位置使其合力作用点与底面形心相重合或接近但伸出的长度 a 1 或a 2 也不宜太大，一般宜取第一跨距的0.25～0.3倍悬挑部分，依具体情况可采用一端悬挑或两端悬挑9/6/20248第三章1 经验系数法当条形基础为等跨或跨度相差不超过10％，且除边柱之外各柱荷载相差不大，柱距较小、荷载作用点与基础纵向形心相重合时，可近似按经验系数法求基础梁的纵向内力M、Q。

9/6/20249第三章2静力平衡法近似地用静力平衡法分析条形基础的内力的要求：l柱距较小l基础梁较短l上部结构和基础梁的刚度较大l地基较均匀方法是：l将柱子的作用力作为基础梁的反力l使基础梁上柱子合力作用点与基础梁形心相重合， 9/6/202410第三章3 连续梁法对连续梁可用弯矩分配法或连续梁系数法求解对两头悬臂端的部分，若用连续梁系数法，有两种处理：l1悬臂端在净反力作用下的弯矩，全由悬臂端承担，不再传给其它支座，其它跨按连续梁系数法计算l2悬臂端弯矩对其它跨有影响，因此悬臂端用弯矩分配法求出各支座及跨中弯矩其它跨用连续梁系数法求出各支座及跨中弯矩，然后将所得结果叠加或全梁用弯矩分配法求出支座弯矩图b）用弯矩分配法，（图c）用连续梁系数法9/6/202411第三章计算步骤：1.据设计要求及倒梁法规定拟定柱下条形基础尺寸和作用荷载2.计算基底净反力3.确定计算简图柱端为不动铰支座，基底净反力为荷载，多跨连续梁4.弯矩分配法计算弯矩、剪力、轴力5.调整与消除支座的不平衡力误差20％）6.叠加9/6/202412第三章9/6/202413第三章3.4.2.2 弹性地基梁法该方法描述了基底压力与地基沉降之间的相互关系。

以下面两个条件作为根本的出发点：l 1.地基与基础之间的变形协调条件（也可简称为接触条件）：计算中地基与基础始终保持接触，不得出现脱开的现象l 2.基础在外荷载和基底反力的作用下必须满足静力平衡条件 根据上述两个基本条件可以列出解答问题所需的微分方程式，然后结合必要的边界条件求解 9/6/202414第三章1 文克尔（Winkler)地基梁文克尔（Winkler)地基模型:9/6/202415第三章1867年，捷克工程师E·文克勒(E·Winkler)提出了地基上任一点的沉降si与该点所承受的压力强度pi成正比的假设 式中：k —基床系数，也称地基抗力系数(KN/m3)9/6/202416第三章基床系数经验值地基土的特征K (103kN/m3)淤泥质黏土、有机质土、新填土1～5淤泥质粉质黏土5～10    黏土及粉质黏土软塑可塑硬塑5～2020～4040～100           砂土松散中密密实7～1515～2525～40中密的砾石土黄土及黄土状粉土25～4040～509/6/202417第三章地基压缩土层较薄或土较软，荷载在地基中近似不扩散，按分层总和法计算变形：地基压缩土层较厚，土非软弱情况，荷载在地基中扩散不忽略，没明确的压缩土层界限，按弹性半空间模型计算变形：太沙基现场载荷试验（荷载板：0.3m×0.3m）：9/6/202418第三章文克尔（Winkler)地基模型的解析解    ∑Z=0 －V＋(V＋dV)－ pb dx ＋q dx = 0    9/6/202419第三章由材料力学可知，梁的挠曲线微分方程为： 根据接触条件，沿梁全长的地基沉降应与梁的挠度相等，即 s= —— p = ks = k 于是假设梁上荷载 q=0，则上式可变为： 9/6/202420第三章令它是反映梁挠曲刚度和地基刚度之比的系数，量纲为m-1，所以其倒数1 / 称为特征长度。

特征长度愈大，梁相对愈刚故值是影响梁挠曲曲线形状的一个重要因素四阶常系数线性微分方程的通解为： C1、C2、C3、C4 ：待定的积分常数，可根据荷载和边界条件确定；     9/6/202421第三章 式中：C1、C2、C3、C4 ：待定的积分常数，可根据荷载和边界条件确定；          x：无量纲数，          L：称为柔性指数（L为基础长度）         文克勒地基上的梁按柔性指数L划分为：                 L        短梁 (或刚性梁）               < L<π 有限长梁（或有限刚度梁） L π  无限长梁（或柔性梁）9/6/202422第三章① 无限长梁的解无限长梁的解 当梁的无荷载端离荷载作用点无限远时，梁端（即两个无荷载端)挠度为零，此时，地基梁称为无限长梁实际上，当梁端与荷载作用点距离足够大时，即满足L  π时，均可按无限长梁计算文克尔地基上无限长梁的解9/6/202423第三章文克尔地基上无限长梁的解a 集中荷载下的解以P的作用点为坐标原点O当x时，0，可得C1 = C2 = 0于是则当x=0时，由此得－(C3－C4) = 0。

令C3 = C4 = C，则上式变为在x=0+，（为一无限小量），则作用在梁右半部截面上的剪应力应等于地基反力的一半，并指向下方，即： 9/6/202424第三章由此可得无限长梁的挠度为由于文克尔地基上无限长梁的解9/6/202425第三章梁的左半部对称文克尔地基上无限长梁的解9/6/202426第三章b集中力偶M0作用下的解答  一顺时针方向的集中力偶M0作用于无限长梁时，以M0的作用点为坐标原点O当x时，0，则可得C1 = C2 = 0当x=0时，=0，所以C3=0在原点O右侧， x=0+，（为一无限小量），则作用在梁右半部截面上的弯矩应等于外力矩的一半，可得C4 =M0  /kb9/6/202427第三章文克尔地基上无限长梁的解梁的左半部对称9/6/202428第三章② 半长梁的解答长梁的解答  实际工程中，基础梁存在一端无限长另一端为梁端当x时，0，则可得C1 = C2 = 0当x=0时，M=M0，V=－P09/6/202429第三章9/6/202430第三章③ 有限长梁的解答有限长梁的解答  实际工程中基础梁大多不能看成无限长梁对于 (π/4 < L< π)的梁，荷载对梁两端的影响尚未消失，即梁端的挠曲或位移不能忽略。

9/6/202431第三章第一步将梁Ⅰ变成无限长梁Ⅱ；在A、B两端产生VA、MA 、 VB、 MB ；9/6/202432第三章第二步由于梁Ⅰ在 A、B两端是不存在VA、MA 、 VB、 MB的；于是在梁Ⅱ的A、B两端加反向的－VA、－MA 、 －VB、 －MB ，形成梁Ⅲ；在－VA、－MA 、 －VB、 －MB 的作用下，按无限长梁的解答，求解A、B两端形成VOA、MOA 、 VOB、 MOB 9/6/202433第三章9/6/202434第三章[ C ]——系数矩阵{ R }——端部条件力向量{ F }——外力作用下端部力向量9/6/202435第三章9/6/202436第三章第三步在VOA、MOA 、 VOB、 MOB 的作用下按按无限长梁的解答，求解有限长梁内各点的、θ、M、V9/6/202437第三章3.4.3 构造要求（自学）条形基础横截面一般取倒T形梁高一般可在柱距的1/8～1/4范围内选择底板厚不小于200mm，当底板厚为200～250mm时宜作成等厚板；当底板厚大于250mm时，宜用变厚板，其坡度i1:3一般情况下，条形基础的端部应外伸，宜为边跨距的0.25～0.30倍。

通常梁的上下均要配筋，上下纵向受力钢筋应有2～4根通长配置梁的混凝土标号一般为C20 9/6/202438第三章3.5 十字交叉基础十字交叉基础可将荷载扩散到更大的基底面积上，减小基底附加压力，同时又提高了基础的整体刚度，并时基础具有调整不均匀沉降的能力在高层建筑框架结构中有时采用梁高达1/3～1/2柱距的交叉条形基础，以其巨大的刚度来增加建筑物的整体刚度 9/6/202439第三章9/6/202440第三章9/6/202441第三章1节点荷载的分配原则柱下十字交叉基础上的荷载是由柱网通过柱端作用在交叉结点上，计算基本原理是把结点荷载分配给两个方向的基础梁，然后分别按单向的基础梁计算 1.静力平衡条件            节点上Mx、My、 Vx、Vy直接加于相应方向基础梁，不作分配2.变形协调条件按相交的纵、横梁线刚度分配9/6/202442第三章交叉条形基础2 节点荷载的分配方法①边柱节点有悬臂的边柱节点：ly =（0.6～0.75）Sy9/6/202443第三章②内柱节点：9/6/202444第三章③ 角柱节点：                               与内柱节点公式相同有悬臂的角柱节点：ly =（0.6～0.75）Sy9/6/202445第三章计算系数α、β值ly/Sy0.60.620.640.650.660.670.680.690.700.710.730.75α1.431.411.381.361.351.341.321.311.301.291.261.24β2.802.842.912.942.973.003.033.053.083.103.183.239/6/202446第三章3.6 筏板基础筏形基础是柱下或墙下连续的平板式或梁板式钢筋混凝土基础。

筏形基础分梁板式和平板式两种类型9/6/202447第三章9/6/202448第三章§抗弯刚度EI=∞ → M≠0；§反证法: 假设基底压力与荷载分布相同，则地基变形与柔性基础情况必然一致；§分布: 中间小, 两端无穷大弹性地基，绝对刚性基础弹性地基，绝对刚性基础§基础抗弯刚度EI=0 → M=0；§基础变形能完全适应地基表面的变形;§基础上下压力分布必须完全相同，若不同将会产生弯矩9/6/202449第三章弹塑性地基，有限刚度基础弹塑性地基，有限刚度基础—— 荷载较小荷载较小—— 荷载较大荷载较大砂性土地基砂性土地基粘性土地基粘性土地基—— 接近弹性解接近弹性解— — 马鞍型马鞍型— — 抛物线型抛物线型— — 倒钟型倒钟型9/6/202450第三章3.6.1地基承载力及沉降验算与一般基础不同的是非抗震设防的筏形基础应符合下式要求：对于抗震设防的建筑，箱形和筏形基础的地基抗震承载力应按下列公式验算：9/6/202451第三章基础的平面尺寸,应根据地基土的承载力、上部结构的布置及荷载分布等因素确定当为满足地基承载力的要求而扩大底板面积时,扩大部位宜设在建筑物的宽度方向对单幢建筑物，在均匀地基的条件下，箱形和筏形基础的基底平面形心宜与结构竖向荷载重心重合。

当不能重合时，在永久荷载与楼(屋)面活荷载长期效应组合下，偏心距e宜符合下式要求:式中　W — 与偏心距方向一致的基础底面边           缘抵抗矩；　　　A — 基础底面积9/6/202452第三章最终沉降计算——采用压缩模量的分层总和法筏形基础的允许沉降量和允许整体倾斜值应根据建筑物的使用要求及其对相邻建筑物可能造成的影响按地区经验确定但横向整体倾斜的计算值αT，在非抗震设计时宜符合下式的要求:9/6/202453第三章弹性半空间弹性半空间法法根据布辛奈斯克（J.Boussinesq,1685年）弹性力学解答，在弹性半空间表面上作用一个竖向集中力P时，半空间表面上离竖向集中力作用点距离为r处的地基表面沉降s为 ：      式中   —地基土的泊松比；              E—地基土的变形模量9/6/202454第三章设地基表面作用着任意分布的荷载，将基底平面划分为n个网格9/6/202455第三章分布于网格上的荷载可视为作用在网格中心点上的集中力Pj 以中心点为节点，则作用在各节点上的等效集中力就是PPj对地基表面任一节点i所引起的变形为sij ，各节点上的变形为s，则各节点上的地基变形可表示为： 9/6/202456第三章有限压缩层地基模型将地基模型视为侧限条件下有限深度的压缩土层，以分层总和法为基础，建立地基压缩层与地基作用荷载的关系。

由分层总和法：9/6/202457第三章9/6/202458第三章3.6.2筏板内力计算1 按直线分布的基底反力计算l当地基比较均匀、上部结构刚度较好，且柱荷载及柱间距的变化不超过20%时，l上部结构为柔性结构，用静定分析法；l静力平衡法l弯矩分配法l经验系数法l上部结构为刚性结构时，筏形基础可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法进行计算2按弹性地基的基底反力计算l当地基比较复杂、上部结构刚度较差， 或柱荷载及柱间距变化较大时，筏基内力应按弹性地基梁板方法进行分析lWinkler基床系数法l弹性有限单元法9/6/202459第三章内力计算a 静定分析法（条带法）将筏板分为互相垂直的条带，条带以相邻柱列间中线为分界线，各条带彼此独立，条带上作用柱荷载P1、P2,…底面作用基底反力p(x,y)，按静定分析法计算内力9/6/202460第三章内力计算b 倒楼盖法：筏板被基础梁分为不同支承条件的单向板及双向板筏板按支承条件，依据弹性板计算公式计算；肋梁按倒梁法计算9/6/202461第三章梁板式筏基底受冲切承载力梁板式筏基底受冲切承载力对12层以上建筑的梁板式筏基，其底板厚度与最大双向板格的短边净跨之比不应小于1/14，且板厚不应小于400mm。

  9/6/202462第三章Fl≤0.7βhpftumh0 Fl ---作用在图8.4.5-1中阴影部分面积上的地基土平均净反力设计值；um---距基础梁边h0/2处冲切临界截面的周长(图8.4.5-1) 当底板区格为矩形双向板时，底板受冲切所需的厚度h0按下式计算pn---相应于荷载效应基本组合的地基土平均净反力设计值9/6/202463第三章梁板式筏基底受剪承载力梁板式筏基底受剪承载力对12层以上建筑的梁板式筏基，其底板厚度与最大双向板格的短边净跨之比不应小于1/14，且板厚不应小于400mm  9/6/202464第三章 Vs≤0.7βhpft(ln2-2h0) h0Vs ——距梁边缘h0处，作用在图8.4.5-2中阴影部分面积上的地基土平均净反力设计值；βhp——受剪切承载力截面高度影响系数，当按公式(8.4.5-4)计算时，板的有效高度h0小于800mm时， h0取800mm； h0大于2000mm时， h0取2000mm9/6/202465第三章3.6.3 构造要求（自学）1梁板式筏基底板的板格应满足受冲切承载力的要求梁板式筏基的板厚不应小于300mm，且板厚与板格的最小跨度之比不宜小于1/20。

2梁板式筏基的基础梁除满足正截面受弯及斜截面受剪承载力外，尚应验算底层柱下基础梁顶面的局部受压承载力3筏形基础地下室的外墙厚度不应小于250mm,  内墙厚度 不应小于200mm墙体内应设置双面钢筋，钢筋配置量除满足承载力要求外，竖向和水平钢筋的直径不应小于10mm,间距不应大于200mm4 按倒楼盖法计算的梁板式筏基,其基础梁的内力可按连续梁分析,边跨跨中弯矩以及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2 的系数考虑到整体弯曲的影响，梁板式筏基的底板和基础梁的配筋除满足计算要求外，纵横方向的支座钢筋尚应有1/2～ 1/3贯通全跨,且其配筋率不应小于0.15%;跨中钢筋应按实际配筋全部连通9/6/202466第三章规范根据上部结构和基础刚度的大小规定了上部结构嵌固部位的确定原则：(1)单层地下室为箱基，上部结构为框架、剪力墙或框剪结构时，上部结构的嵌固部位可取箱基的顶部(2)采用箱基的多层地下室及采用筏基的地下室，对于上部结构为框架、剪力墙或框剪结构的多层地下室，当地下室的层间侧移刚度大于等于上部结构层间侧移刚度的1.5倍时，地下一层结构顶部可作为上部结构的嵌固部位，否则认为上部结构嵌固在箱基或筏基的顶部； (3) 对于上部结构为框筒或筒中筒结构的地下室，当地下一层结构顶板整体性较好，平面刚度较大且无大洞口，地下室的外墙能承受上部结构通过地下一层顶板传来的水平力或地震作用时，地下一层顶部可作为上部结构的嵌固部位。

9/6/202467第三章采用箱形或筏形基础时上部结构的嵌固部位9/6/202468第三章3.7 箱形基础外墙内墙9/6/202469第三章由底板、顶板、外墙和相当数量的纵横内隔墙构成的单层或多层箱形钢筋混凝土结构，作为整个建筑物或建筑物主体部分的基础9/6/202470第三章3.7.1 箱基的特点及应用特点l刚度大，有效扩散荷载，调整不均匀沉降；l基础宽度和深度大，增加稳定性，提高承载力；l大面积开挖，补偿性基础，减小沉降；l与地下室结合，充分利用地下空间应用l适用于比较软弱或不均匀地基上建造有地下室的高耸、重型或对不均匀沉降有严格要求的建筑物9/6/202471第三章3.7.2地基承载力验算与一般基础不同的是非抗震设防的筏形基础应符合下式要求：对于抗震设防的建筑，箱形和筏形基础的地基抗震承载力应按下列公式验算：9/6/202472第三章基础的平面尺寸,应根据地基土的承载力、上部结构的布置及荷载分布等因素确定当为满足地基承载力的要求而扩大底板面积时,扩大部位宜设在建筑物的宽度方向对单幢建筑物，在均匀地基的条件下，箱形和筏形基础的基底平面形心宜与结构竖向荷载重心重合当不能重合时，在永久荷载与楼(屋)面活荷载长期效应组合下，偏心距e宜符合下式要求:式中　W — 与偏心距方向一致的基础底面边           缘抵抗矩；　　　A — 基础底面积。

9/6/202473第三章最终沉降计算——采用压缩模量的分层总和法筏形基础的允许沉降量和允许整体倾斜值应根据建筑物的使用要求及其对相邻建筑物可能造成的影响按地区经验确定但横向整体倾斜的计算值αT，在非抗震设计时宜符合下式的要求:9/6/202474第三章箱基基底反力与内力计算基底反力基本是边缘大于中间的马鞍形分布9/6/202475第三章1.上部结构为刚性结构（框剪）箱基的外墙、内墙是上部结构竖向承重构件一部分；顶板、底板按局部弯曲考虑顶板以实际荷载按普通楼盖计算；底板以局部基底净反力（计入箱基自重后扣除底板自重所余反力）按倒楼盖计算9/6/202476第三章2.上部结构为敏感性结构（框架）忽略上部结构刚度，将箱基视为两个方向分别进行单向受弯计算，按静力分析法计算墙体承受竖向荷载在整体弯曲时，顶板、底板处于轴向受压、轴向受拉状态（考虑上部刚度，弯矩要折减）；在局部弯曲时，顶板、底板承受分布压应力，按前述方法计算；二者叠加，顶板、底板按拉弯、压弯计算9/6/202477第三章3.7.3 构造要求（自学） 1.箱形基础的平面尺寸：应根据地基承载力、地基变形允许值以及上部结构的布局及荷载分布等条件确定。

对单个建筑物，在均匀地基条件下，竖向荷载合力对基底形心的偏心距要求与前述筏板基础相同，必要时可调整箱基的平面尺寸或仅调整箱基的底板外伸尺寸以满足要求 2.箱形基础的高度：应满足结构承载力和刚度的要求，其值不宜小于箱基长度的1/20，并不宜小于3m箱基的长度不包括底板悬挑部分3.箱基的埋置深度：一方面应满足建筑物对地基承载力、基础倾覆及滑移稳定性、建筑物整体倾斜以及抗震设防的要求；另一方面也考虑深基坑开挖极限深度、人工降低地下水位施工可能性以及对邻近建筑物影响等因素同一结构单元内，不应局部采用箱形基础，且基础的埋深宜取一致一般不宜小于建筑物高度的1/159/6/202478第三章4.箱形基础的内外墙：外墙沿建筑物四周布置，内墙一般沿上部结构柱网和剪力墙的位置纵横均匀布置墙体水平截面总面积(不扣除洞口部分)不宜小于箱形基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/10对基础平面长宽比大于4的箱形基础，其纵墙水平截面面积不得小于箱基基础外墙外包尺寸的水平投影面积的1/185.箱基的顶、底板刚度：要满足整体及局部抗弯刚度的要求顶板厚度应根据跨度及荷载大小确定，要满足抗弯、斜截面抗剪与抗冲切的要求一般不应小于180mm。

底板厚度应根据实际受力情况、整体刚度与防水要求，满足抗弯、抗剪及抗冲切验算一般不应小于300mm如有特殊要求应另外计算顶、底板应按结构特点分别考虑整体与局部抗弯计算配筋其配筋量除满足设计要求外，纵横方向的支座钢筋尚应有1/2～1/3贯通全跨，且配筋率应分别不小于0.15%、0.10%，跨中钢筋按实际配筋率全部贯通9/6/202479第三章6.箱形基础的墙身厚度：应根据实际受力情况及防水要求确定外墙不应小于250mm，内墙不应小于200mm墙体内应设置双面钢筋，竖向和水平向钢筋的直径不应小于10mm，间距不应大于200mm除上部为剪力墙外，内、外墙的墙顶处宜配置两根直径不小于20mm的通长构造钢筋墙身尽量少开洞门洞宜设在柱间居中部位，洞边距上层柱中心的水平距离不宜小于1.2m洞口上过梁高度不宜小于层高的1/5，洞口面积不宜大于柱距与箱基基础全高乘积的1/6洞口周围应加设钢筋，洞口四周附加钢筋面积不应小于洞口宽度内被切断钢筋面积的一半，且不少于两根直径为16mm的钢筋，此钢筋应从洞口边缘处延长40倍钢筋直径7.箱形基础混凝土强度等级不应低于C20，并应考虑其防渗等级8规范规定，当地基压缩层深度范围内的土层在竖向和水平方向均较均匀、且上部结构为平立面布置较规则的剪力墙、框架、框剪体系时，箱形基础的顶、底板可按局部弯曲计算。

对不符合以上条件的箱形基础应同时考虑局部弯曲及整体弯曲的作用9/6/202480第三章3.8 补偿性基础基底的实际压力等于原有的土体自重，不改变地基内原有的应力状态如基础或建筑物地下部分具有中空、封闭的形式，免去大量回填土，补偿上部全部或部分重量基底压力与土体重量不可能及时替换，通过设计和施工措施，减小施工过程中地基应力状态变化程度9/6/202481第三章3.9 上部结构、基础和地基 的共同作用分析常规设计方法l先把上部结构隔离出来，并用固定支座来代替基础，求得上部结构的内力和变形以及支座反力l接着把支座反力作用于基础上，用材料力学方法求得地基反力R，地基反力是线性分布的，从而得到基础的内力和变形l再把地基反力作用在地基或桩上来设计桩数或校核地基强度和变形9/6/202482第三章9/6/202483第三章9/6/202484第三章柔性基础：不具有调整荷载和不均匀沉降的能力当荷载均匀分布时，反力均匀分布，地基变形中间大，两侧小9/6/202485第三章①地基土完全弹性体    ②马鞍形分布     ③钟形分布     ④抛物线分布刚性基础：具有调整荷载和不均匀沉降的能力。

9/6/202486第三章9/6/202487第三章9/6/202488第三章9/6/202489第三章9/6/202490第三章9/6/202491第三章当地基采用弹塑性模型(例如D—P 弹塑性地基模型)时，即使对于绝对刚性基础．边缘地基反力仍比较缓和，并且与实测结果比较接近9/6/202492第三章9/6/202493第三章9/6/202494第三章 对筏板内最大弯矩的影响——    随着层数的增加，荷载随着增加，筏板中的弯矩也随着增加，但是单位荷载的最大弯矩却是减小的，这充分说明上部结构刚度对基础的贡献9/6/202495第三章随着筏板厚度的增加，筏的相对刚度增加KR也增加，筏板最大弯矩也增大但是．当KR＞1时，即筏板厚度达到某值时，筏板最大弯矩的增加速率开始减缓9/6/202496第三章共同作用分析方法——把上部结构、基础和地基(有桩基础包括桩)看成一个整体，满足三者在接触部位的变形协调条件的分析方法9/6/202497第三章本学科发展概况1953年梅耶霍夫(G.C. Meyerhof)提出估算框架结构等效刚度等效刚度的公式以考虑共同作用1956年米斯基(S.Chamecki），1957年格罗斯霍夫(H.Grosshof）相继研究单独基础上多层多跨框架结构的共同作用1965年萨玛(H.Sommer) 提出一个考虑上部结构刚度计算基础沉降、接触应力和弯矩的方法1965年申凯维茨和张佑启(O.C.Zeinkeiwicz  and Y.K.Cheung)：应用有限元有限元研究地基基础的共同作用1968年普齐米尼斯基(J.S.Przemieniki）提出子结构子结构的分析方法，1971年哈达丁(M.J.Haddadin) 首次利用子结构的分析方法，为研究地基基础与上部结构共同作用打下基础1972年克里斯琴(J.T.christian) 在高层建筑的规划与设计会议上阐述高层建筑与地基基础共同作用问题。

9/6/202498第三章1970年，李和哈里申(I.K.Lee and  H.B.Harrisson)：1972年，兰纳斯和伍德(W.J.Larnach and L.A.Wood)，1973年，胡珀(J.A.Hooper)：1974年，海恩和李(S. J. Hain and I.K.Lee ）1974年，金和钱得拉斯肯(G.J.W.King and V.S.Chandrsekarn)，1975年，华社和弗拉萨(L. J .Wardle and R.A.Frazer)，1976年，胡珀和伍德(J.A.Hooper and L.A.Wood) ：1977年，在印度召开第一次“土与结构物共同作用”国际性会议，论文集中反映该课题在当时的新水平以后，对共同作用课题越来越引人注目几乎涉及到所有工程问题在l1981年，第十届国际土力学及基础工程会议，l1985年，第十一届国际土力学及基础工程会议l1979年，第三届国际土质力学的数值方法会议l1982年，第四届国际土质力学的数值方法会议l1985年，第五届国际土质力学的数值方法会议      均有一个“土与结构物共同作用”组进行讨论9/6/202499第三章1981年，普洛斯(H.G.Poulos)利用1936年明得林(R.D.Mindlin)公式提出桩与地基土共同作用的弹性理论法，推动了桩、土与上部结构基础共同作用桩、土与上部结构基础共同作用的深入研究，他在第十届国际土力学及基础工程会上作了土和结构物共同作用的总报告，详述了土与结构物共同作用的发展和前景。

1986年， 普瑞斯（G.Price）等人利用共同作用原理对11层高层建筑桩筏基础作了设计尝试9/6/2024100第三章在国内60年代初对共同作用问题也做过一些研究工作，70午代，我国高层建筑逐渐兴起促使高层建筑与地基基础共同作用研究加速开展从1974年起先后在京沪等地区对3幢高层建筑箱形基础与地基共同作用进行比较全面的现场测试，在理论上作了比较系统的探索，积累了宝贵的经验和难得的数据，为我国《高层建筑箱形基础设计与施工规程》(JGJ6—80)的编制创造了有利条什，使我国的箱形基础设计提高到一个新的水平9/6/2024101第三章1981年在上海同济大学召开“高层建筑与地基基础共同作用学术交流会“．检阅了我国当时在该课题的研究水平；l1980年建研院何颐华课题组l1980年北京工业大学叶于政课题组l1980年上海同济大学张问清课题组，提出扩大子结构法计算高层结构刚度，l1981年北京张国霞课题组    相继对高层建筑与地基基础共同作用作工理论和实践的研究9/6/2024102第三章1982年,我国第一届岩土力学解析与数值方法会议1986年,我国第二届岩土力学解析与数值方法会议1990年,我国第三届岩土力学解析与数值方法会议1983年我国第四届土力学及基础工程学术会议1987年我国第五届土力学及基础工程学术会议1991年我国第六届土力学及基础工程学术会议1993年我国第一届结构与介质相互作用学术会议，    均设有共同作用专题组进行讨论。

使共同作用课题不但在岩土工程中得到发展，而且应用到其他学科中去9/6/2024103第三章随着建筑物越造越高，高层建筑与地基基础(包括箱、筏、桩)的共同作用研究也得到深入开展l 1985年董建国、路佳等对共同作用原理在高层建筑地基基础中的应用作了首次尝试，对共同作用在设计上的应用提出了建议l1989年赵锡宏等著的《上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论》反映了80年代后期该课题的理论和实践成果l1992年董建国、杨敏等对对共同作用在设计上的应用提出了建议l1989年杨敏对上部结构与桩筏基础共同作用作了深入的理论和试验研究，l1991年黄绍铭、裴捷等的减少沉降桩的研究与其在多层建筑的应用以及疏桩工程的设计均是上部结构与地基基础共同作用理论在基础设计上的应用l1991年编制的《建筑桩基技术规范》也在多处强调要考虑承台、桩群、土之间的共同作用9/6/2024104第三章共同作用研究内容定性结论——通过理论和实践结果的分析，已用于工程实践定量分析——由于将三者结合成一个整体进行研究，涉及影响因素很多，分析难度大共同作用内容主要有以下分类l按建筑时间分：l施工期间l施工条件对地基变形和建筑物刚度的影响，l高低建筑物基础的差异沉降，桩箱(筏)基础的差异沉降和变形规律，l桩与筏(箱)分担上部荷载的关系及其影响因素l使用期间，l地基变形的变化规律，l建筑物刚度的变化，它们之间的相互影响．l地基的差异变形引起建筑物内部荷载和应力的重分布9/6/2024105第三章按工程荷载作用分：l一是荷载直接造成的与土的共同作用问题l建筑物基础；l桥台基础；l近海结构海洋平台基础；l道路及机场跑道；l隧道与地下铁道；l土坝与路堤等等。

l二是非荷载引起的间接的与土的共同作用问题l大开挖抽水；l气候气温变化；l地下水位变化导致地基中有效应力变化；l地基土的应力历史条件等等9/6/2024106第三章考虑的几个问题地基土压缩性考虑9/6/2024107第三章坑底土体的剪切破坏问题预防措施：限制基坑的开挖深度，限制内外压力差考虑的几个问题9/6/2024108第三章坑底回弹和随后沉降预防措施：减小应力解除9/6/2024109第三章减小应力解除1.基坑分阶段开挖基坑仅开挖到预定总深度一半左右，减小回弹，使坑底不致发生剪切破坏；坑内布置深井抽水，增加坑内有效重度；墙外设回灌井2.重量逐步置换法隔墙部位逐个开挖基槽，在槽内浇筑隔墙及一部分上部结构，然后再挖墙间土并浇底板考虑的几个问题9/6/2024110第三章侧向压缩和坑外下沉预防措施：加大板桩抗弯刚度和入土深度、仔细设置支撑考虑的几个问题9/6/2024111第三章常规设计法的假设上部结构、基础、地基分开三部分，各计算各的上部结构底端为固定支座或固定铰支座，不考虑荷载作用下各柱端部的相对位移将各柱端部的支座反力反向加在基础梁上，将基底反力假设为直线分布，也反向加在基础梁上，按此进行基础梁的内力分析。

地基反力的分布不仅与基础梁的抗弯刚度相关，而且与地基土的类型有关9/6/2024112第三章。