第三章柱下条形基础箱基和筏基

二、地基与基础的共同作用
• 地基的刚度就是地基抵抗变形的能力，表现为土的软硬或 压缩性。
• 1、若地基土不可压缩，则基础不会产生挠曲，上部结构 不会因基础不均匀沉降而产生附加内力，这种情况，共同 作用的相互影响很微弱，上部结构、基础和地基三者可以 分割开来分别进行计算，
• 2、对于压缩性大的地基或非均匀性地基，考虑地基与基 础的共同作用就很有必要。基础将上部结构的荷载传递给 地基，在这一过程中，通过自身的刚度，对上调整上部结 构荷载，对下约束地基变形，使上部结构、基础和地基形 成一个共同受力、变形协调的整体，这是可以研究两种特 殊情况：绝对刚性和绝对柔性的基础
三、上部结构、基础和地基的共同作用
• 若把上部结构等价成一定的刚度，叠加在基础上，然后用 叠加后的总刚度与地基进行共同作用的分析，求出基底反 力分布曲线，这根曲线就是考虑上部结构一基础地基共同 作用后的反力分布曲线;
• 将上部结构和基础作为一个整体，将反力曲线作为边界荷 载与其它外荷载一起加在该体系上就可以用结构力学的方 法求解上部结构和基础的挠曲和内力。
二、地基与基础的共同作用
• 2、当绝对刚性基础具有很大的调整地基变形的能力，在 荷载和地基都均匀的情况下发生均匀沉降，在偏心荷载、 相邻荷载下或地基不均匀时发生倾斜，但不会发生基础的 相对挠曲。
二、地基与基础的共同作用
• 刚性基础地基反力特点： • （1）刚性基础对荷载的传递和地基的变形要起约束与调
1. Winkler地基模型
• Winkler，将地基视为在刚性基座上由一系列侧面无摩擦 竖直的土柱组成，并略去了土柱之间的剪力，也就是将地 基离散为一系列互不相干的弹簧。每一土柱的变形仅与作 用在土柱上的竖向荷载有关，由此得出了地基表面的沉降 与压力成正比，而且地基表面各点之间互不相干的结论。 Winkler地基模型的数学表达式为：
整作用。在其上方作用有均布荷载，为适应绝对刚性基础 不可弯曲的特点，基底反力将向两侧边缘集中，强使地基 表面变形均匀以适应基础的沉降。基底的反力分布将呈抛 物线形。 • （2）地基土仅具有很有限的强度，基础边缘处的应力太 大，土要屈服以至发生破坏.部分应力将向中间转移，基 底反力不再与荷载分布一致，而是向沉降较小部位转嫁， 呈马鞍形分布。 • （3）在荷载较大时，基底边缘附近的土发生塑性破坏的 范围扩大，基底反力继续向从边部向中间转移，形成钟形 或抛物线形分布。 • （4）由于基础上的荷载和基底反力分布完全不同，基础 产生内力
• 2、若上部结构为柔性结构，例如框架结构，基础也 是刚性较小的条、筏基础，这时上部结构对基础的变 形没有或仅有很小的约束作用。因而基础跨间受地基 反力产生局部弯曲，还要随结构的变形产生整体弯曲， 两者叠加将产生较大的变形和内力，
• 3、若上部结构刚度介于上述两者之间，在地基、基 础和荷载条件不变的情况下，随着上部结构刚度的增 加基础挠曲和内力将减小，与此同时，上部结构因柱 端的位移而产生次生应力。
二、地基与基础的共同作用
• 1、上部结构和基础的刚度 都很小，这时可把上部结 构和基础一起看成是“绝 对柔性基础”。绝对柔性 基础不具备调整地基变形 的能力，基底反力分布与 上部结构和基础荷载的分 布方式完全一致，地基变 形按柔性荷载下的变形发 生。由于上部结构和基础 均缺乏刚度，因此不会因 地基变形而产生内力。
• （2）建立上部结构、地基和基础共同作用理论与 分析计算方法
一、 上部结构与基础的共同作用
• 1、假设地基是变形体，基础底而反力均匀分布，若 上部结构为决定刚性体,例如浇剪力墙结构，基础为 刚度较小的条形或筏形基础。当地基变形时，由于上 部结构不发生弯曲。各柱均匀下沉，约束基础不发生 整体弯曲。仅在支座间发生局部弯曲；
• 把反力曲线作用于地基上就可以用土力学的方法求解地基 的变形。
• 原则上考虑上部结构一基础一地基的共同作用，其关键问 题是求解考虑共同作用后的基底反力分布。
• 求解基底反力分布问题的关键是能建立能较好反映地基土 变形特性的地基模型及确定模型参数的方法。
3-1-3 常用地基模型
• 考虑地基、基础和上部结构共同作用的关 键是确定地基模型。所谓地基模型是指地 基表面的荷载强度与地基表面的沉降之间 的关系。目前使用的地基模型主要是线性 弹性地基模型。下面介绍3类有代表性的线 性模型，其中主要是Winkler地基模型。
•ห้องสมุดไป่ตู้
p=k s （1-4）
• 公式中各符号的含义见p.25。
• Winkler地基模型适用于地基土软弱或压缩层较薄的情 形，其厚度不超过基础短边的一半，荷载基本上不向外扩 散的情况，因为这两种情况与模型的假设条件比较近似。
• 上部结构、地基和基础是建筑体系中的3个有
机组成部分。在荷载的作用下，3者不但要保持力 的平衡，在变形上也必须协调一致。也就是说， 这3部分之间不但要满足力的平衡关系，也需要满 足变形协调条件,它们之间的相互作用的效果主要 取决于它们的刚度。
• 通过对共同作用问题分析，可以归结为以下两个 问题：
• （1）建立能较好反映地基土变形特性的地基模型 及确定模型参数的方法
与柱下独立基础相比，柱下条形基础、筏形基础和 箱形基础具有更好的整体性、更高的承载力和更强的调节 地基基础变形的能力。筏形基础和箱形基础还可结合考虑 地下空间的开发利用。然而这3类基础的设计较为复杂， 施工难度相对较大，造价也相对较高。
3类基础适用于规模大、层数多、结构和地基条件较 为复杂的工程。
3-1-2上部结构、基础与地基的共同作用
第3章 柱下条形基础、筏形和箱形基础
3-1 概述 3-2 弹性地基上梁的分析 3-3 柱下条形基础 3-4 筏形基础与箱形基础设计简介
3-1-1 3类基础的优缺点与适用范围
上一章讲述了刚性基础与扩展基础的设计，在实际 工程中，当荷载较大、地基较软或上部结构对基础的整体 性有较高要求时可将柱下独立基础或墙下条形基础连接起 来，形成柱下条形基础和筏形基础，当需要进一步增强基 础的整体刚度时，可将基础在立面上设置成一层或若干层， 这就成为了箱形基础。