上部结构筏板基础和地基共同作用的有限元分析
地基基础和上部结构共同作用的概念及共同作用分析的意义
地基基础和上部结构共同作用的概念及共同作用分析的意义。
常规设计方法：是分别考虑上部结构、基础、地基的设计，相互间的关系按以下方法处理：上部结构设计：基础的作用相当于固定支座，求解得出结构的内力和支座反力。
基础设计：上部结构计算得到的支座反力作用于基础顶面，地基反力为线性分布，按材料力学方法计算，再求解基础的内力。
地基设计：基低压力作用在地基上，进行地基的承载力计算、变形计算、稳定性验算等。
按照以上简化计算的处理方法，对建筑物荷载与刚度不大，基础尺寸较小，沉降也小；或地基坚硬变形很小的情况比较接近实际。
而对于建筑规模大、上部结构复杂，采用筏基、箱基，不考虑地基变形对上部结构和基础的影响，可能导致某些部位计算内力与实际偏小，造成不安全；而不考虑上部结构对基础的约束，会过高估计基础的纵向弯曲，使弯距计算偏大配筋过多偏于保守。
概念：地基基础与上部结构共同作用：就是把三者作为一个整体考虑，并要满足三者连接部位的变形协调条件，达到静力平衡。
（分析地基基础时，要考虑上部结构刚度的贡献；分析上部结构时要考虑地基基础对上部结构的影响）解决的方法：地基模型及参数（有限单元法、有限差分法等），相互作用的理论。
基础工程阶段包括那些施工项目场地平整------测量防线------土方开挖------打桩（桩基础）------做垫层------浇筑砼（或砌筑砖基础）------土方回填场地平整以建筑物最外围边线每边拓宽2m，然后用经纬仪放出建筑物外边线，内墙体线等，再在外边线范围内先用机械大开挖，挖至一定标高再人工开挖至设计标高，做垫层，支模板，浇筑承台砼及基础梁砼，再在其上浇筑柱子砼，最后进行回填土。
地基勘察目的：（1）查明场地内地层结构，场地土类型及场地类别；（2）提供各层地基土的承载力特征值和各类参数标准值；（3）查明不良地质作用类型；提出对不良地质作用处理建议；（4）对场地的稳定性和适宜性进行评价；（5）评价地震效应；（6）地下水及其腐蚀性评价，场地土的腐蚀性评价；（7）提出基础类型设计建议。
高层建筑上部结构-桩筏基础-地基共同作用有限元分析
高层建筑上部结构-桩筏基础-地基共同作用有限元分析摘要：本文采用有限元方法研究了高层建筑上部结构-桩筏基础-地基的相互作用和影响。
研究表明：增加筏板的厚度，对基础的沉降是有利的，可以减少一定的基础差异沉降和最大沉降值，增加地基土的荷载分担比；若地基土变形模量增加，地基土分担的上部荷载增加，桩顶的反作用力将趋于平均；随着房屋高度的增加，基础的整体沉降和差异沉降呈现出非线性趋势，土体对荷载的分担比增加，桩的分担比降低；随着筏板和上部结构组成的结构体系整体刚度增加，荷载更趋于集中在角桩和边桩上；关键词：上部结构；桩筏基础；地基；共同作用；有限元；0引言高层建筑的上部结构、基础和地础是一个有机整体，三者共同作用。
工程界部分设计人员进行设计时常采用的方案是分别计算上部结构和基础模型。
在建筑结构设计时，上部结构内力分析时未考虑基础差异沉降，将基础视为绝对刚性体；在基础的设计中，不考虑基础土的承载力，假设荷载都由基础承载，上部荷载分布在各桩上。
实际工程表明，基础的差异沉降是普遍存在的，差异沉降改变了筏板底部反作用力，桩顶反作用力的分布以及上部结构的次生应力。
因此，进一步研究高层建筑上部结构和桩筏基础与地基的相互作用，对高层建筑设计安全性经济性具有重要意义。
2002年，贺武斌等人[1]进行了群桩试验，研究了群桩基础中承台、桩和土体的共同作用，并对工程实践提出了一些建议。
2010年，张忠苗等［2］通过现场实测分析某工程，表明采用共同作用设计方案的工程，建筑物沉降较小且较为均匀，能满足使用要求。
它还表明数值分析方法可用于解决工程问题。
2013年，韩小雷[3]研究了复合地基-筏板基础-上部结构相互作用体系的动力弹塑性分析。
2017年，周峰等［4］采用数值计算方法模拟分析了桩筏基础桩土共同作用，分析结果与现场试验数据进行比较，验证了数值分析的合理性和可靠性。
1 共同作用模型的建立该模型的案例是一幢16层的高层建筑。
框架柱的横截面尺寸为0.70m×0.70m，梁横截面尺寸为0.30m×0.60m，楼板厚度为0.12m；梁板柱砼等级为C30；采用桩筏基础，桩均匀排列。
上部结构+基础+地基共同作用
近几十年来,随着科学技术的发展,上部结构一基础一地基共同作用分析的研究己经越来越多。
它的实际应用受到了前所未有的关注和重视,学者们普遍认为进行土与结构的共同作用研究对于正确研究结构体系的受力性能、优化结构设计具有重要意义。
结构的共同作用分析,虽受到众多研究者的关注,并且也取得了一些成就,但由于这种共同作用分析需要研究的问题很多,一些理论的研究还处于不成熟阶段。
研究上部结构一基础一地基的共同作用是结构理论发展的需要。
1、高层建筑的结构体系及分类人类的生存和发展离不开衣、食、住、行,住房作为人类的栖身之地,其重要性不言而喻。
随着科学技术的发展,我们的住处由低矮平房发展到今天的摩天大厦。
不管是低层建筑还是高层建筑,它们都是由三部份组成:上部结构、基础和地基。
这三个部分相互作用,相互联系,构成一个有机的整体。
三个部分各自的形式多种多样,构成了今天形式各异的建筑结构体系。
1.1上部结构高层建筑上部结构形式多种多样。
按材料可分为:石结构、木结构、砖结构、混凝士结构、钢结构。
现有高层建筑主要是钢结构和混凝土结构。
混凝土结构常用体系可分为:（1）框架结构体系。
框架结构是由水平横梁和竖柱通过刚性节点连接在一起而形成矩形网格的竖向平面形式或空间网格结构形式,皆为杆系结构。
框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可做成需要较大空间的会议室、餐厅、办公室及工业车间、实验室等,加隔墙后,也可做成小房间。
但框架结构的侧向刚度较小,水平位移大,这是它的主要缺点,并因此限制了框架结构的建筑高度一般不宜超过60米。
在抗震设防烈度较高的地区,高度更加受到限制。
（2）剪力墙结构体系。
剪力墙结构主要是用于承担横向水平力的实体墙结构。
剪力墙体系可以是直接竖立在基础上,也可为了适应下部大空间的需要而由框架支承,形成框支剪力墙。
剪力墙截面较大,且整幢建筑物的剪力墙之间互相现浇予以连接,整体性好,有很大的抗拉能力,可建造较高的房屋。
由于剪力墙间距受楼板构件跨度的限制,所以剪力墙结构体系适于建造住宅、旅馆这一类隔墙较多的房屋。
剪力墙结构-桩筏基础-地基土共同作用的有限元分析
现 代 商 贸 工 业 Ｍｏ ｅｎＢ ｓ ｅ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄｒ ｕｉ ｓ Ｔ 力墙结构一桩筏 基础 一 地 基 土 共 同作 用 的有 限 元 分析
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（ ． 安 建 筑 科 技 大 学 建 筑 设 计 研 究 院 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ；． 安 建 筑 科 技 大 学 建 筑 １西 陕 １０５２ 西 学 院 ， 西 西 安 ７ ０ ５ ；． 西 省 现 代 建 筑 设 计 研 究 院 ， 西 西安 ７ ０ ４ ） 陕 １０ ５ ３ 陕 陕 １ ０ ８
而 对 于 上 部 结构 为 纯 剪 力墙 、 基 土 为 黄 土 的 研 究 文 献 ， 地 目前 还 不 多见 。 因此 ， 实 际 工 程 为 例 ， 对 考 虑 共 同作 用 研 究 中 以 针
存 在 的 一 些 问题 ， 据 剪 力 墙 结 构 和 基 础 地 基 的 实 际 情 况 ， 用 大 型 通 用 有 限 元 分 析 软 件 Ｓ ２ ０ ， 立 了合 理 的 有 限 元 根 利 ＡＰ ００ 建 分 析 模 型 。 通过 有 限 元 分 析 ， 究 了考 虑 剪 力墙 结 构— — 桩 筏 基 础 — — 地 基 土 共 同作 用 对 上 部 结 构 内 力 和 变 形 的 影 响 。 研
关 键 词 ： 阳 能 ； 阳 能热 水 器 ； 展 ； 景 ； 用 太 太 发 前 应
中围分类 号 ： ＴＫ５ １
文献标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２３ ９ （０ ０ ２－ ２ ３０ １ ７— １８ ２ １ ） ００ ８ —２
太 阳 能 利 用 指 太 阳 能 的 直 接 转 化 和 利 用 。 利 用 半 导 体 国为 改 善 全 球 日 益 恶 化 的 环 境 做 出 的 巨 大 贡 献 ， 中 国 随 而 器 件 的 光 伏 效 应 原 理 ， 太 阳 辐 射 能 转 换 成 电 能 称 太 阳 能 着 相 关 法 律 和 政 策 的 出 台 ， 源 长 期 性 短 缺 的 中 国 将 有 望 把 能 光 伏 技 术 。把 太 阳 辐 射 能 转 换 成 热 能 的 属 于 太 阳 能 利 用 技 成 为 世 界 上 最 大 的 光 伏 发 电 市 场 。 ’ 术 ， 利 用 热 能 进 行 发 电 的 称 为 太 阳 能 热 发 电 。 这 两 个 应 再 中 国光 伏 发 电 产 业 于 ２ Ｏ世 纪 ７ Ｏ年 代 起 步 ， 过 ３ 经 Ｏ多 用 是 目前 太 阳能 应 用 最 热 的方 向 。 年 的努力 ， 已迎 来 了 快 速 发 展 的 新 阶 段 。 在 “ 明 工 程 ” 光 先 导 项 目和 “ 电 到 乡 ” 程 等 国 家 项 目及 世 界 光 伏 市 场 的有 送 工 ｌ 太 阳 能 发 展 的 现 状 我 ０ ７年 年 底 ， 中 国 蕴 藏 着 丰 富 的太 阳 能 资 源 ， 阳 能 利 用 前 景 广 阔 。 力 拉 动 下 ， 国 光 伏 发 电 产 业 迅 猛 发 展 。 到 ２ ０ 太 全 国光 伏 系 统 的 累 计 装 机 容 量 达 到 １ Ｏ万 千 瓦 ，０ ８ 太 阳 ２０ 年 目前 ， 国 已是 全 球 太 阳 能 热 水 器 生 产 量 和 使 用 量 最 大 的 我 ０ － 国家 以及 重 要 的太 阳 能 光 伏 电 池 生 产 国 。 我 国 比 较 成 熟 的 能 电池 的 产 量 达 到 了 ２ ０万 千 瓦 。 经 过 多 年 的 发 展 ， 国 太 阳 热 水 器 产 业 已 形 成 较 为 完 中 太 阳能 产 品 有 两 项 ： 阳 能 光 伏 发 电 系 统 和 太 阳 热 水 系 统 。 太 ０ ８年 我 国 太 阳能 热 水 器 行 业 继 续 稳 步 太 阳 能 产 业 在 我 国 得 到 了 迅 猛 的 发 展 ， 国 已 成 为 仅 次 于 整 的 产 业 化 体 系 。２ ０ 中 产 ３亿 出 亿 日本 和 德 国 之 后 居 世 界 第 三 的 光 伏 产 品 生 产 大 国 ， 是 我 快 速 发 展 。其 中 ， 值 达 ４ ０ ， 口达 １ 美 元 。 这
框架-核心筒结构、筏基和地基共同作用的有限元分析
丁
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线 算 起 的 挑 出 长度 为 １５ 标 准 层 楼 面 和 屋 面 恒 载 、 载 取 值 ．ｍ。 活
引 言
以及 墙 体 材 料 自重参 照《 筑 结 构 荷 载 规 范 ） ５ ０ ９ ２ ０ ） 建 （ ００—０ １ ＧＢ
的相关规定。
建 筑 物 的 上 部 结 构 、 础 和 地 基 这 三 个 组成 部 分是 彼 此 不 基 可 分 离 的 整 体 ．每 一 部 分 的工 作 性 状 都 是 三 者 共 同 作 用 的结 果 。 但 是 目前 广 泛 采 用 的 常规 设计 方 法 则 是 把 基 础 的 刚 度 视 为 无 穷 大 ， 出上 部 结 构 在 基 础 顶 面 处 的 固 端 反 力 ， 把 该 固 求 再 端 反 力 反 向 作 用 于 基 础 ．在 仅 考 虑 地 基 与 基 础 相 互作 用 的 条
２ １．Ｏ３第９ 总 第 ７ 期 ００ ． Ｎ 卷 ７
ｄ ｉ１ ．９ ９ ｉｓ ．６ １ ９ ７２ １ ． ２ ｏ ．Ｏ３ ６ ４． ｎ１ ７ — １ ．０ ３０ ９ ｓ ０ ０
基础工程２ ９
框架一 心简结构 、 核 筏基和地基共 同作 用的有 限元分析
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地基基础和上部结构共同作用的概念及共同作用分析的意义
地基基础和上部结构共同作用的概念及共同作用分析的意义。
常规设计方法：是分别考虑上部结构、基础、地基的设计，相互间的关系按以下方法处理：上部结构设计：基础的作用相当于固定支座，求解得出结构的内力和支座反力。
基础设计：上部结构计算得到的支座反力作用于基础顶面，地基反力为线性分布，按材料力学方法计算，再求解基础的内力。
地基设计：基低压力作用在地基上，进行地基的承载力计算、变形计算、稳定性验算等。
按照以上简化计算的处理方法，对建筑物荷载与刚度不大，基础尺寸较小，沉降也小；或地基坚硬变形很小的情况比较接近实际。
而对于建筑规模大、上部结构复杂，采用筏基、箱基，不考虑地基变形对上部结构和基础的影响，可能导致某些部位计算内力与实际偏小，造成不安全；而不考虑上部结构对基础的约束，会过高估计基础的纵向弯曲，使弯距计算偏大配筋过多偏于保守。
概念：地基基础与上部结构共同作用：就是把三者作为一个整体考虑，并要满足三者连接部位的变形协调条件，达到静力平衡。
（分析地基基础时，要考虑上部结构刚度的贡献；分析上部结构时要考虑地基基础对上部结构的影响）解决的方法：地基模型及参数（有限单元法、有限差分法等），相互作用的理论。
基础工程阶段包括那些施工项目场地平整------测量防线------土方开挖------打桩（桩基础）------做垫层------浇筑砼（或砌筑砖基础）------土方回填场地平整以建筑物最外围边线每边拓宽2m，然后用经纬仪放出建筑物外边线，内墙体线等，再在外边线范围内先用机械大开挖，挖至一定标高再人工开挖至设计标高，做垫层，支模板，浇筑承台砼及基础梁砼，再在其上浇筑柱子砼，最后进行回填土。
地基勘察目的：（1）查明场地内地层结构，场地土类型及场地类别；（2）提供各层地基土的承载力特征值和各类参数标准值；（3）查明不良地质作用类型；提出对不良地质作用处理建议；（4）对场地的稳定性和适宜性进行评价；（5）评价地震效应；（6）地下水及其腐蚀性评价，场地土的腐蚀性评价；（7）提出基础类型设计建议。
考虑上部结构和筏板相互作用时的有限元分析
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பைடு நூலகம்
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第２ ５卷 第 １期 ２ ０ １ ３年 ０ ３月
湖 南文理学院学报 （ 自然科学版）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈｕ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ， ｕ ｓ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｅ ｈｅ ｔ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｎｄ ａ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ￣ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ
摘
要 ：常规设计时，一般把上 部结构与基础 隔开， 柱底 固结，然后计算上 部结构的荷载，进行 内力分析与
考虑共同作用下的高层建筑筏板基础有限元分析
考虑共同作用下的高层建筑筏板基础有限元分析涂劲松;李珠;戈海玉【摘要】筏板基础是高层建筑结构的常见基础形式，在现有结构分析软件中没有考虑上部结构和地基的共同作用分析，导致设计结果偏于保守。
本文在有限元技术发展的基础上，利用自由度耦合技术建立一考虑上下部结构共同作用的有限元分析模型，并通过变换筏板基础厚度、上部结构刚度和地基弹性模量等来分析筏板基础的内力变化和沉降量变化规律，这些共同作用机理的结论有助于同类工程问题的解决。
%Raft foundation is a common basic structure form of high-rise building.The existing structural analysis software makes the results too conservative without considering the interaction between the super-structure and the foundation.This paper analyzes the raft foundation internal force change and settlement variation based on the development of the finite element technology,using the degree of freedom coupling technology to consider the upper and lower structure interaction finite element analysis model,by setting the foundation modulus of elasticity,raft foundation thickness,and stiffness of the upper structure.The conclusions of these common mechanisms of action are helpful to solve the problems in similar projects.【期刊名称】《陇东学院学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P60-63)【关键词】自由度耦合;高层建筑结构;筏板基础;共同作用【作者】涂劲松;李珠;戈海玉【作者单位】皖西学院建工学院，安徽六安 237012;太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原 030024;皖西学院建工学院，安徽六安 237012【正文语种】中文【中图分类】TU311.41现行建筑结构设计理论在做结构分析时，因受到分析软件的限制，通常把正负零以上的上部结构和基础分开来分析设计，并不考虑上部结构、基础和地基的协同作用。
框架结构-筏板基础-地基的共同作用数值分析
汕 头 大 学 学报 （ 自然科 学 版 ）
第 ２ 卷 ７
效率 得 到提 高 ． １９ ９ ６年邓 文 龙 １【 对 上部 结 构采 用有 限元 子 结构 法 ．地 基土 考 虑 为横 等 ， 斤 向各 向同性 特性 ．应 用边界 元方 法对 高层 空间剪 力墙 与地 基的共 同作用 进行 了分 析．
取 １０ｍｍ，平 板 式筏板 厚度取 为 １ ２ ．ｍ．筏 板 挑 ０ 出边 轴 中心 线 的 宽度 为 １ Ｉ 柱 、梁 、板 均 为 ．１ ５Ｔ ．
Ｃ ０混 凝土 ．取 其弹性模 量 Ｅ：３ ３ ． ０×１ ｍＰ ．泊 ０ ａ 松 比 ＝０２ ．，密 度 Ｐ＝２ ０ ｋ ５ ０ ￣ｍ ，重力 加 速 度 图 １ 框架结构、筏板基础和地基有限元模型 取 为 ９８ＩＳ ．Ｉ／ ．地基 土基 床 系数 取 为 １ １ ． ０ ／ ０×１ ｓ ｍ ． Ｎ
单元 ．剪 力墙 和楼板 采 ｓｅ ６ 壳 单元 ． ｈｌ ３ ｌ
算 例 模 型如 图 ｌ所 示 ． 为 ３×３跨 框 架 结 构 ，框 架结 构 共 １ ．柱 子截 面 采 用 ５０ ｍ × ２层 ０ｍ
５ ０１ ０ Ｔ ｉ ｍ．梁 截 面 采 用 ３ ０ ｍ ×５ ０ ５ｒ ａ ０ ｍｍ．楼 板 厚
理 、经济 ． 共 同作用 的研 究 ．首 先 是 Ｃ ｅ ｎ 和 Ｚｅ ｋｅ ｉ 于 １ ６ ｈｕ ｇ ｉｎ ｉｗｃ ｚ ９ ５年 用 于基 础 的分 析研 究 中 ．这 为上 部结 构 与 地基 基 础 的共 同作用 研 究提 供 了一 种 新方 法 ．
与上部结构的共同作用问题 ．这种方法由于采用了双参数地基模型 ． 使地基计算符合的 较好 ，特别地将地基效应归并到筏基的弯 曲微分方程中 ， 使计算工作量大大减少 ．计算
筏板-桩-土相互作用的三维弹塑性有限元分析
第２４卷第１８期袁凡凡等．筏板一桩一土相互作用的三维理望丝查堡垂坌堑：：和桩一土体系作为２个子结构分别进行数值计算。
通常采用薄板单元模拟筏板；而一般采用不同的桩一土简化模型【２’３１模拟桩一土相互作用体系，由此发展到不同的桩筏基础分析方法【４￣１２】。
但这些方法主要适用于弹性分析，尚未考虑土的非线性特性和筏板一土、桩一土的非线性接触特性。
本文利用无厚度接触面单元模拟筏板一桩一土的非线性接触特性，同时采用Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ弹塑性本构模型描述土的非线性特性，运用三维有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ对筏形基础工作性能与承载机理进行了数值计算。
根据计算所得到筏板一桩一土体接触表面上法向应力和摩擦应力的分布情况及土的塑性变形发展情况，考察了筏形基础中筏板和桩的承载力分担比（即筏板和桩各自承担外荷载的比例），以此探讨桩筏基础的承载性能。
２有限元数值计算模型对于图１所示的桩筏基础，考虑到今后要进行模型试验验证，算例中的筏板基础整个计算模型的尺寸相对较小。
为研究桩筏地基的应力和变形情况，（ａ）模型立面图（ｂ）模型剖面图（ｄ）地基土体图１筏板一桩一土数值计算数值模型Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｒａｆｔ—ｐｉｌｅ—ｓｏｉｌｓｙｓｔｅｍ在模型中设置了６个观测点，其中矿，４＃，５＃，６”点为筏板与土体接触表面上的点，３井点为筏板与土体接触表面的中心点，１＃点处于筏板中心下方０．２４ｍ处的点。
３非线性接触面模型与土的本构模型由于筏板、混凝土桩基与土的变形及强度特性相差较大，在外力作用下，其界面有可能会产生相对错动、滑移或开裂。
为了模拟这些物理现象，在有限元数值分析中，在混凝土和土这２种性质差别很大的材料之间设置接触面单元。
接触面特性采用Ｃｏｕｌｏｍｂ摩擦接触模型描述，即接触面间的相互切向运动初始为０，当界面上的切向力达到临界摩擦力时开始发生相对切向运动。
如图２所示，临界摩擦力≈由Ｃｏｕｌｏｍｂ摩擦定律确定，即％＝／ｔｐ（１）式中：∥为界面的摩擦系数。
筏板基础沉降的有限元分析和简化计算
筏板基础沉降的有限元分析和简化计算
随着城市的发展,高层建筑日益增多,独立基础已经不能满足高层建筑对地
基承载力和稳定性的需求,而筏板基础凭借可以提高结构整体刚度、调节不均匀沉降、对地基承载力要求较低等优点,得到了广泛的应用。
筏板基础的沉降问题也已经成为基础工程中的重要课题。
与独立基础的沉降计算相比,关于筏板基础沉降计算的研究还不够成熟,沉
降计算方法种类繁多、过程复杂,各方法计算结果相差甚远,而且目前为止,没有形成统一的规范。
本文就主要研究筏板基础的沉降问题,并提出筏板基础沉降的简化计算方法,即如何将筏板基础沉降简化成独立基础沉降进行计算。
基于前人对筏板基础的研究,本文通过大型有限元软件,依托实际工程案例,针对框架结构下的平板式筏板基础,建立多组有限元模型,对筏板基础沉降进行
了一系列研究。
首先建立合理的有限元模型,分析筏板基础沉降的影响因素,包括板厚、柱距、外荷载、压缩层厚度和筏板边缘外伸长度对筏板基础沉降的影响,为筏板基础的简化计算提供依据。
然后,通过函数拟合的方法,找出了筏板基础沉降的简化计算条件,即柱距与柱轴力满足何种关系时,可以将筏板基础沉降问题简化成独立基础沉降进行计算。
最后,运用量纲分析法推导出简化后独立基础尺寸的计算公式。
框架结构-筏板基础-地基的共同作用分析
板和地基采用 ｓｌ ４ 单元 ； ｏｄ５ ｉ 筏板和地基之间接触单元
而把基础和上部结构连接的节点看成不动的铰支点 ， 常
＊ 收稿 日期 ：０ １Ｏ —０ 修回日期 ：０ １０—５ ２ １一ｌ１ ２ １ —２１
第一作者简介： 郭远方 （９ ３） 女（ １８ 一 ， 汉族 ）河南方城人 ， ， 重庆大学土木工程学院在读硕士研究生 ， 研究方向 ： 土一结构物共 同作用 。
随着 大量 的工程 实践 和理 论分 析表 明 ， 实际 工程 在 中上部结构 、 基础和地基三者是一个整体 ， 同作用对 共 上 部 结构 、 基础 的内力 和变形 以及地 基 的反力 分布 都有 较 大 的影 响 。 由于地 基 一基 础 一上 部 结 构共 同作 用 的 问题是个非 常复杂的问题 ， 虽然国内外学者［ ］ １ 已对此 做 了大量 的研究 ， 较 实 用 的分析 方 法 还 没 有 。 因此 ， 但 模拟 ， 上部 结构 采用 梁单元 。梁单 元 和筏板 实体 单元 通
过 ＭＰ Ｃ法连接 ， 实现梁单元 和实体单元 的刚性连接 。 在上述条件下建立的模型实现了共同作用 ， 主要分析不 同的 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 有限元模型 ， 不同工况下竖向荷载作用下 筏板基础的内力和变形。
１ 有限 元分析 模型 的建 立 １ １ 工 程概 况 ．
本文基于国内外 目 前筏板基础 与地基及上部结构共 同 作用这一课题 ， 在充分借鉴前人研究的基础上 ， 旨在研 究 一 种既 能考 虑材料 非线 性特 性 ， 又能考 虑上 部结 构共 同作 用 的方法 ， 既能 考虑 主要影 响要 素 ， 又能 简单 实用 ， 以便 以后 在工 程设计 中广 泛应 用 。 筏板基 础 适 用 性 强 ［ ， 满 足 各 种 不 同 的使 用 要 ３ 能 ］ 求， 能提供较大的使用空间， 具有 良 的社会效益 ， 好 为筏 板 基 础 的研究 提供 了必 要性 。本 文 采用 弹塑 性 Ｄｒ ｃ — ｕ ｋ
有限元在筏板基础设计中的应用探讨
有限元在筏板基础设计中的应用探讨摘要：本文主要就有限元方法在建筑工程筏板基础设计中的应用做了一些分析和探讨。
关键词：有限元；筏板；基础；设计有限元方法（Finite Element Method ,FEM）广泛应用于固体力学，流体力学，声场问题，电磁场问题，热传导等问题的分析、设计，同时还可以处理静态问题、波动问题，线性、非线性，复合材料问题，结构分析、仿真、优化设计等。
是当前工程技术领域最常用、最有效的数值计算方法，已成为现代工程技术不可缺少的重要组成部分。
其方法的实质是将复杂的连续体划分为有限多个简单的单元体,化无限自由度问题为有限自由度问题,将连续场函数的(偏)微分方程的求解问题转化成有限个参数的代数方程组的求解问题。
本文主要就有限元方法在建筑工程基础设计中的应用做一些分析和探讨。
一、筏板有限元基础设计探讨大底盘多塔楼高层建筑、地下商场、地下车库建筑以及大跨空间、多层地下结构的出现，在目前住宅小区建设以及大型公建项目中都占有非常重要的地位，其面积可达总竣工建筑面积的10%。
大量的工程应用实践中也出现一些问题。
（1）上部结构塔楼相对大底盘地下结构刚度大，荷载不均匀，基底反力不均匀，基础底板的不均匀变形。
设计不当会引起基础开裂。
（2）目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝，二是设置施工“后浇带”，待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”砼。
（3）高层建筑与纯地下车库的连接相当于主塔楼与裙房的连接。
高层基础采用桩筏或筏板基础时，基础计算可采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部开发的JCCAD程序。
程序对筏板基础按中厚板有限元计算各荷载工况下的内力、桩土反力、位移及沉降，根据内力包络求算筏板配筋。
下面仅就计算过程中的问题做一些探讨。
上部结构影响的选择时，考虑上下结构共同作用计算比较准确反映实际受力情况，可以减少内力节省钢筋。
因平铺在地基上的大面积筏板基础在其平面外的刚度是很弱的。
在上部结构不均匀荷载作用下容易产生较大的变形差，导致筏板内力和配筋的增加。
设计方案-软弱地基上筏板基础与上部结构共同作用的应用研究
摘要多层建筑与地基基础共同作用是把上部结构、基础与地基三者看成一个整体，并要满足地基、基础与上部结构三者在接触部位的变形协调和力的平衡条件。
利用共同作用分析三者的内力和变形的方法就称为共同作用分析方法。
多层建筑与地基基础共同作用课题的研究，涉及到上部结构、基础和地基三者本身特性的结合，由于影响因素很多，互相结合成一个整体进行研究，确实相当复杂和困难。
本文以某多层结构为例，采用共同作用与常规作用相比较，利用数值分析软件模拟了两种工作机理情况下，比较基础的沉降、基础应力分布的差别，为工程实践提供理论基础。
通过综合对比分析：（1）在应用常规设计方法与共同作用设计方法时，比较上部结构的水平位移与框架柱内力的差异，以便为结构设计的安全和经济提供一定的参考。
（2）在分别只改变上部结构、基础、地基刚度时，分析上部、基础、地基的受力特性。
（3）在只改变上部结构、基础、地基的刚度或者只增加结构的竖向荷载、层数、跨度的情况下，分析弹塑性地基上筏板基础的沉降变形。
关键词：上部结构；筏板基础；地基；共同作用原理；内力AbstractThe interaction theory of the space superstructure-base-soil has made great progress，since it is developed to this day. And that，using this analysis theory，we can afford to improve the level and quality of foundation design and gain more economic effect. Firstly，effectively making use of the stiffness of superstructure，we can reach the scantling of structure of foundation to the least possible degree；if superstructure and foundation are considered as a whole，the height of coffer foundation，the thickness of raft foundation and the quantity of pile in piled raft foundation are diminished greatly. Secondly，for a main building and annex，that their layers and construction configurations are different from each other，usually，we select different configurable foundations，cautiously contrast them with interaction analysis and connect the base of a main building and annex with superstructure as a complete thing，to fulfill requirements in architecture function. Thirdly，taking advantage of interaction analysis to design soil and foundation rationally，reduce the internal force，settlement and cost of foundation to the smallest possible degree. As a design method of structure，interaction analysis should be made a study because its theory analysis and engineering practice are still in the primary stage.Based on serially discussing method of calculation of soil，foundation and superstructureand by the background of the Building Block ，the mechanics analysis model of the nonlinear whole finite element is established by the authors，and the model is calculated and analyzed largely in the method of simulation by finite-element program “ANSYS”. According to the theory of the interaction among superstructure，foundation and soil，the subsoil，foundation and upper structure are researched and meshed as a whole in this paper. By the comparative and comprehensive analysis，we will reduce，（1）degree that conventional design method is different from interactional one in level displace of superstructure and internal force of frame column，to supply references to safety and economy of structural design，（2）that characteristic under stress of superstructure，soil and foundation is analyzed with respectively changing the stiffness of each one，（3）that settlement deformation of raft on elasto-plastic base is assayed with the condition of merely transforming stiffness of superstructure，soil and foundation and increasing vertical load，number of floor and span.Key words：superstructure；raft foundation；soil；theory of interaction；internal force目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................ I I 目录 (1)第1章绪论 (1)1.1 课题背景与研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文研究的主要内容 (6)第2章结构与土共同作用的原理 (7)2.1上部结构刚度对基础受力状况的影响 (7)2.2基础刚度对基底反力分布的影响 (8)2.2.1绝对柔性基础 (8)2.2.2绝对刚性基础 (8)2.2.3半刚性基础 (9)2.2.4基底反力分布的一些定性规律 (10)2.3地基条件对基础受力状况的影响 (11)2.3.1地基土的压缩性及其分布的影响 (11)2.3.2基础与地基界面处的边界条件及其影响 (12)2.4上部结构、基础和地基共同作用的概念 (12)第3章共同作用的分析模型 (13)3.1 引言 (13)3.2上部结构的子结构分析方法 (14)3.3地基计算模型 (17)3.4筏板计算理论 (19)3.4.1概述 (19)3.4.2中厚板计算理论 (20)第4章工程实例与分析 (26)4.1 工程概况 (26)4.2 有限元模型的建立 (27)4.2.1 单元的选择 (27)4.2.2地基土模型建立 (27)4.2.3框架模型 (28)4.2.4 加载及网格划分 (28)4.3 共同作用结果分析 (30)4.3.1 刚度对各部分受力性能的影响 (30)4.3.2 各参数对基础的沉降变形的影响 (38)4.3 小结 (43)第5章考虑共同作用的结构设计 (45)5.1 引言 (45)5.2 上部结构的水平位移的差异 (45)5.3 框架柱内力的差异 (48)5.4 小结 (55)第6章结论与展望 (57)参考文献 (60)致谢 (68)第1章绪论1.1 课题背景与研究意义目前，建筑结构设计常把上部结构和地基基础作为两个独立系统分别考虑。
框架-核心筒结构、筏基和地基共同作用的有限元分析
框架-核心筒结构、筏基和地基共同作用的有限元分析
肖强;丁翠红
【期刊名称】《重庆建筑》
【年(卷),期】2010(009)003
【摘要】利用有限元软件ANSYS建立了框架一核心筒、筏基和地基共同作用体系的三维分析模型.进行了竖向荷载作用下的共同作用分析,比较了常规方法与考虑共同作用的方法计算的上部结构内力的差异、筏基内力与沉降的差异,并讨论了筏板厚度变化对共同作用体系的影响.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】肖强;丁翠红
【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,杭州,310032;浙江工业大学建筑工程学院,杭州,310032
【正文语种】中文
【中图分类】TU471
【相关文献】
1.关于高层框架结构与桩筏基础共同作用有限元分析 [J], 吕明
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5.框架结构-桩筏基础-地基共同作用的剪力和位移分析 [J], 张富钧;田丹丹
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上部结构-筏板基础-地基共同作用分析的开题报告
上部结构-筏板基础-地基共同作用分析的开题报告一、研究背景基础是建筑物的重要组成部分，它承受着建筑物的荷载并将其传递到地基上。
常见的基础形式包括钢筋混凝土桩基础、承台基础、框架基础等。
其中，筏板基础因其结构简单、施工方便、承载能力强等优点，被广泛应用于建筑物的基础设计中。
然而，在实际工程中，基础与地基之间的相互作用关系非常复杂，这对于基础的稳定性和承载能力都有着直接的影响。
因此，对基础与地基间的共同作用关系进行研究极为重要。
尤其是在筏板基础中，上部结构会直接影响到其承载性能，因此需要深入探究上部结构-筏板基础-地基之间的相互作用关系。
二、研究目的本研究旨在探究上部结构-筏板基础-地基之间的共同作用关系，并研究上部结构对筏板基础承载性能的影响。
三、研究内容及方法（一）研究内容1. 上部结构对筏板基础承载性能的影响：通过建立数值模型模拟上部结构和筏板基础相互作用的过程，分析上部结构对筏板基础承载性能的影响，并揭示其机理。
2. 基础与地基之间的共同作用关系：采用数值模拟法研究筏板基础与地基之间的共同作用关系，探究基础的承载机理，并分析其对地基的影响。
（二）研究方法1. 数值分析方法：采用有限元分析方法，建立上部结构-筏板基础-地基的三维有限元模型，对各结构体系的承载性能进行分析。
2. 实验室模型试验：选取不同条件下的筏板基础和地基材料，进行试验室模型试验，验证数值分析结果的准确性。
四、预期研究结果通过本研究，预计可以解答以下问题：1. 上部结构对筏板基础承载性能的影响机理是什么？2. 基础与地基之间的共同作用关系是什么？他们之间的相互作用对基础稳定性的影响如何？3. 本研究结果可为工程设计提供参考，为筏板基础建设提供基础性理论支持。
考虑上部结构和筏板相互作用时的有限元分析
第25卷第1期湖南文理学院学报(自然科学版) V ol. 25 No. 1 2013年03月 Journal of Hunan University of Arts and Science(Natural Science Edition) Mar. 2013doi: 10.3969/j.issn.1672-6146.2013.01.014考虑上部结构和筏板相互作用时的有限元分析俞轩∗, 郭小刚(湘潭大学土木工程与力学学院, 湖南湘潭, 411105)摘要:常规设计时, 一般把上部结构与基础隔开, 柱底固结, 然后计算上部结构的荷载, 进行内力分析与梁柱设计, 但是, 这与实际工程不符, 地基、基础的刚度会影响到上部结构的内力. 本文针对一个框架-筏板基础-Winkler地基模型来分析基础与上部结构的相互作用, 研究考虑和不考虑上部结构与基础共同作用时柱子的弯矩和轴力、梁的弯矩和剪力及筏板的沉降与变形. 结果显示: 常规设计与考虑共同作用相比, 常规设计时,上部结构边柱设计偏于不安全, 中柱偏于浪费; 对于筏板的内力与差异沉降计算值偏大, 筏板设计偏于浪费.关键词:框架-筏板; 相互作用; 内力; 变形; 有限元中图分类号:TU 348文章编号: 1672-6146(2013)01-0054-05 Finite element analysis of interation between the superstructure andraft foundationYU Xuan, GUO Xiao-gang(Department of Civilengineering and Mechanics, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China)Abstract: The conventional design method, usually separate the upper structure and foundation, then consolidate bottom of the column, and next load statistics of the upper structure, analysis the internal force and design the beams and columns, but this method is inconsistent with the actual engineering, the stiffness of foundation and soil also affects internal force of superstructure. In this paper a framework - raft foundation –Winkler soil model is built to analyze the interaction between superstructure and foundation. The comparison considering and not considering the interaction of bending moment, axial force of columns and bending moment and shear force of the beams are carried out; settlement and deformation of raft are also compared. The conclusion indicates that: taking conventional design method, the side column is unsafe, but the middle column is partial to safety; while the conventional design for internal force and the difference settlement of raft is larger, the design of raft tends to waste when compared.Kew words: frame-raft system; interation; internal force; deformation; finite element上部结构与基础相互作用的问题由来已久, 1947年Meyerhof[1]首先提出了框架与土相互作用的概念, 后来根据上部结构中任一节点附近构件的变形协调条件, 推导出一个框架结构的等效近似公式. 此后许多学者进行了相关研究[2—3], 取得了许多研究成果, 由于其有一定的复杂性, 考虑因素比较多, 理论方面还没有完善. 随着计算机的发展, 特别是有限元理论[4], 为共同作用分析提供了一个方向.本文针对一个十层框架-筏板的模型, 利用有限元软件, 分别建立了考虑与不考虑上部结构与筏板的模型, 分别进行了梁柱的内力比较、筏板的内力与变形比较, 为工程分析和设计提供参考.1 共同作用的原理实际的结构中上部结构、地基和基础是一个相互作用的整体, 而常规设计则把上部结构、地基和基∗通讯作者email: 409645075@. 收稿日期: 2012-03-05第1期 俞 轩, 等: 考虑上部结构和筏板相互作用时的有限元分析 55础割裂开来分别设计, 假设柱底固结, 再把力反作用在筏板上, 但是实际并非如此.根据平衡条件, 上部结构-基础-地基相互作用的方程[5]为:{}{}{}st f s st f []K K K U F F ++=+, (1)式中: st []K 为凝聚于基础上部结构的刚度矩阵; f []K 为基础的刚度矩阵; sp []K 为凝聚于基础上土的刚度矩阵; {}st F 、{}f F 分别为凝聚于基础上的上部结构及基础的荷载.上部结构、筏板和地基刚度变化引起式(1)中st []K 、f []K 、sp []K 值的变化, 进而使基础位移向量{}U 发生变化, 使整个结构的内力变化, 因此, 三者是相互作用的, 而不能像常规设计中视三者为相互独立.2 数值分析 2.1 模型的建立框架结构采用十层梁柱体系, 结构平面如图1所示, 筏板外伸1 m, 柱网尺寸为6 m × 6 m.图1 结构平面图(单位: mm) 图2 考虑相互作用的整体有限元计算模型梁采用beam 4单元, 筏板采用shell 63单元, 柱子的截面为600 mm × 600 mm, 梁的截面为400 mm × 600 mm, 筏板的厚度为500 mm, 土体采用Winkler 模型, 土质为松软土, 地基刚度为10 kPa, 混凝土梁柱弹性模量为30 GPa, 泊松比为0.2, 密度为2 500 kg/m 3. 筏板的尺寸为38 m × 38 m, 网格大小为1 m × 1 m, 共划分1 444 (38 × 38 = 1 444)个单元. 建立考虑相互作用的整体有限元模型[6](图2); 建立常规设计时(不考虑相互作用)柱子底部固结的模型(图3(a)), 求出柱底反力, 然后将反力反向加载到筏板上, 筏板模型如图3(b)所示.(a) 底部固结的柱子模型 (b) 施加反力的筏板模型图3 不考虑相互作用的有限元计算模型2.2 上部结构内力分析2.2.1 柱子轴力进入后处理分析中, 根据ANSYS 中单元说明, 建立单元表(命令ETABLE), 然后利用单元表得到56 湖南文理学院学报(自然科学版) 2013年柱子的轴力图(命令PLESOL).本文以G 轴框架为例, 分析考虑与不考虑上部结构与基础相互作用时(即常规设计)柱子的轴力, 2种情况下G 轴柱子的轴力分别如图4(a)和图4(b)所示.(a) 考虑共同作用 (b) 不考虑共同作用图4 G 轴柱子的轴力比较通过对图4(a)、4(b)对比分析可知: 考虑共同作用时, 出现边柱加载, 中柱卸载的现象. 考虑共同作用时G 轴中柱的最大轴力为708.9 kN, 比不考虑共同作用时的最大轴力805 kN 减小11.9%. 这是由于筏板出现了盆型沉降, 筏板的变形对上部结构柱子的影响, 而常规设计中只考虑力的平衡, 而没有考虑变形协调, 具体的筏板盆型沉降分析在本文2.3节中介绍. 2.2.2 柱的弯矩图5(a)、(b)为分别考虑与不考虑共同作用时柱子的弯矩图. 考虑共同作用时, 边柱的弯矩为131 kN ⋅m, 它是不考虑共同作用时弯矩18 kN ⋅m 的7.3倍. 由此可见, 在进行框架结构设计时要加强边柱承载力, 而适当降低中柱承载力.(a) 考虑共同作用 (b) 不考虑共同作用图5 G 轴柱子的弯矩比较2.2.3 梁的弯矩由图6(a)、(b)比较分析可知: 考虑共同作用时, 底层边跨梁靠近结构外缘的弯矩与不考虑共同作用时的弯矩相比有较大差异, 甚至反向. 这是因为当考虑筏板基础时, 引起上部结构的内力重新分布, 限于篇幅, 在此只列出底层弯矩, G 轴底层在2种情况下的梁弯矩详见表1.考虑共同作用时, 边跨的梁端弯矩在左端、跨中及右端的变化比中跨的变化要大. 表1中变化值为负数的表示共同作用比不考虑共同作用弯矩值减小.22 225 98 516 174 808 251 099 327 390 403 681 479 972 556 263 632 555708 846 36 522 12 1904 207 286 292 669 378 051 463 433 548 815 634 198 719 580 804 962 −131 180 −102 029 −72 878 −43 727 −14 576 14 576 43 727 72 878 102 029131 180 −18 164 −14 127 −10 091 −6 055 −2 018 2 018 6 055 10 091 14 12718 164第1期 俞 轩, 等: 考虑上部结构和筏板相互作用时的有限元分析 57(a) 考虑共同作用 (b) 不考虑共同作用图6 G 轴梁的弯矩比较表1 G 轴底层梁弯矩的比较 弯矩/(kN·m)2.2.4 梁的剪力考虑共同作用与不考虑共同作用梁的剪力图如图7(a)、(b)所示.对比分析图7(a)和7(b)可知: 考虑共同作用时, 边梁靠近结构里面的弯矩明显增大, 具体的剪力图见图7(a)、(b). 以G 轴1—2跨处的梁为例, 考虑共同作用时的剪力37.95 kN 是不考虑共同作用时剪力17.68 kN 的2.1倍. 由此可见, 对于边跨梁要加强其弯矩和剪力的分析与设计.不考虑共同作用时, 上部结构梁柱的内力图分布较为对称(图5(b)、6(b)、7(b)), 但实际情况下地基基础的刚度会对上部结构造成影响, 引起上部结构的变形及其内力的变化.(a) 考虑共同作用 (b) 不考虑共同作用图7 G 轴梁的剪力比较2.3 筏板基础分析2.3.1 沉降分析将框架底部固结后(图3(a)), 求出支座反力, 并将反力反加在柱子对应于筏板的位置(图3(b)). 然后作用1—2跨弯矩 2—3跨弯矩 3—4跨弯矩左端 跨中 右端 左端 跨中 右端 左端 跨中 右端 考虑共同作用 29.00 2.89 −56.85 −5.91 9.20 −31.64 −12.51 8.47 −23.55 不考虑共同作用 −16.95 8.35 −17.20 −17.78 7.79 −17.51 −17.66 7.76 −17.63 变化/% 71.1 −65.3 230.6 −66.8 18.2 80.7 −29.2 9.1 33.6 −56 835−47 313 −37 773 −28 233 −18 693 −9 153 387.173 9 927 19 467 29 007−22 773−19 190 −15 607−12 024 −8 441 −4 858 −1 2752 308 5 8919 474 −31 950 −24 850 −17 750 −10 650 −3 550 3 550 10 650 17 750 24 85031 950 −19 474 −15 147 −10 819 −6 491 −2 164 2 164 6 491 10 819 15 147 19 47458 湖南文理学院学报(自然科学版) 2013年与共同作用的筏板相比较, 进入ANSYS 后处理中, 筏板沉降如图8(a)、(b)所示.(a) 考虑共同作用 (b) 不考虑共同作用图8 筏板的沉降的比较由图8(a)、(b)分析知: 考虑共同作用时, 筏板的沉降比不考虑共同作用时筏板的沉降更偏于均匀[7],将ANSYS 输出结果导入EXCEL 中, 由图9可知平均沉降由4.17 mm 减小到4.14 mm, 可见共同作用时对于筏板的平均沉降影响不大. 中间最大沉降由4.17 mm 减小到 4.10 mm, 共同作用时最大差异沉降为0.03 mm, 比不考虑共同作用时0.104 mm 要小2个数量级, 因为上部结构的刚度能够调节筏板的不均匀沉降, 而且常规设计时往往加大筏基的刚度, 造成了不必要的浪费. 2.3.2 筏板基础弯矩分析由研究结构的对称性可知, 筏板XY 方向的弯矩应相等, 筏板X 方向的弯矩图如图10(a)、图10(b)所示.常规设计, 即不考虑上部结构作用时筏板的最大弯矩301 kN ⋅m 为考虑上部结构作用时81.0 kN ⋅m 的3.7倍. 从图11可以看出沿筏板方向共同作用的弯矩均比不考虑共同作用时小, 可见常规设计计算出的筏板的弯矩较大, 一般设计成较厚的筏板来提高其刚度, 从而造成了不必要的浪费[8].3 结论与建议通过对一个框架结构-筏板模型-Winkler 地基模型在竖向荷载下, 考虑与不考虑共同作用(即常规设计方法)情况下的工作性状的分析与比较, 得出一些结论和建议如下:a. 考虑共同作用时柱子出现边柱加载, 中柱卸载的情况, 边跨梁的弯矩与剪力均有不同程度的变化, 结构设计时要加以注意.b. 共同作用时, 上部结构的柱子能够调节筏板的差异沉降, 但对平均沉降影响不是很大, 共同作用时筏板的弯矩要比常规设计时弯矩小, 常规设计偏于浪费.(下转第81页)4.173 4.174 4.175 4.175 4.176 4.177 4.177 4.178 4.1794.179 4.101 4.125 4.148 4.172 4.196 4.220 4.243 4.267 4.291 4.315沉降/m m0 10 20 30 40沿筏板方向距离/m 图9 筏板沉降值比较考虑共同作用不考虑共同作用−−−弯矩/(k N ⋅m )102030 40 沿筏板方向距离/m 图11 筏板弯矩值的比较 −74 226 −55 703 −37 179 −18 656 −132.773 18 391 36 914 55 437 73 96192 484 −302 231 −263 782 −225 333 −186 884 −148 434 −109 985 −71 536 −33 087 5 36243 811(a) 考虑共同作用(b) 不考虑共同作用 图10 筏板X 方向弯矩的比较第1期王大锋, 等: 烟草化学成分AOTF-近红外在线模型转移研究 81 参考文献:[1]Filho P A da C, V olery P. 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高层建筑上部结构-桩筏基础-地基共同作用的有限元分析的开题报告
高层建筑上部结构-桩筏基础-地基共同作用的有限元分析的开题报告一、研究背景和意义高层建筑是城市现代化建设的标志之一，随着城市化的快速发展，越来越多的高层建筑被建造。
高层建筑的上部结构负责承载建筑所需的荷载，但其安全与稳定与地基的良好配合密切相关。
桩筏基础是一种常用的高层建筑基础形式，由于其具有较强的承载能力和较好的水土环境适应性而得到广泛应用。
然而，如何更准确地预测高层建筑的上部结构与桩筏基础与地基之间的共同作用是一个关键问题，在工程实践中具有广泛的应用价值。
二、研究目的本文旨在通过有限元分析方法，研究高层建筑上部结构与桩筏基础及地基的共同作用机理，探索高层建筑在不同地基条件下的稳定性和安全性。
基于此，提出相应的技术措施和建议，为高层建筑工程实践提供科学依据和技术支撑。
三、研究内容本文将研究以下内容：（1）高层建筑上部结构与桩筏基础及地基的共同作用机理；（2）桩筏基础不同设计参数对高层建筑上部结构的影响；（3）高层建筑在不同地基条件下的稳定性和安全性；（4）采用有限元分析方法，对高层建筑上部结构与桩筏基础及地基的共同作用机理进行模拟分析；（5）总结分析结果，提出相应的技术措施和建议。
四、研究方法本文将采用有限元分析方法，对高层建筑上部结构与桩筏基础及地基的共同作用机理进行模拟分析。
首先，建立高层建筑上部结构、桩筏基础及地基的有限元模型。
然后，模拟不同荷载情况下的高层建筑上部结构与桩筏基础及地基的应力变形状态，并分析其共同作用机理。
最后，结合实际工程情况，总结分析结果，提出相应的技术措施和建议。
五、预期成果本文预期将得到以下成果：（1）深入了解高层建筑上部结构与桩筏基础及地基的共同作用机理；（2）揭示桩筏基础不同设计参数对高层建筑上部结构的影响；（3）探究高层建筑在不同地基条件下的稳定性和安全性；（4）建立高层建筑上部结构、桩筏基础及地基的有限元模型，并基于此进行模拟分析；（5）提出相应的技术措施和建议，为高层建筑工程实践提供科学依据和技术支撑。
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上部结构 筏板基础和地基共同作用的有限元分析
石!坚 武!莹 贺建辉
" 长安大学 建筑工程学院 $ 陕西 西安 !< # ; # # $ ;
摘要 考虑上部结构 筏板基础和地基的 共 同 作 用 运 用 -: 通 过 上 部 结 构 I W I 有 限 元 计 算 方 法 筏板基础和地基之间在连接点处的静力平衡和变形协调条件 分析了上部结构对筏板基础变形 内 力影响以及筏板基础对上部结构变形 内力的影 响 探讨 了 共 同 作 用 的 影 响 规 律计 算 结 果 表 明 考虑共同作用时 上部结构承担了部分筏板基础荷载 使筏板基础内力 变形减小 考虑筏板基础的 刚度时 由于整体弯曲的作用 使上部结构的应力产生重分布 梁产生了附加弯曲应力 增大了上部 结构的内力 因此在工程设计中应考虑共同作用的影响 使工程更安全 更经济 关键词 筏板基础 地基 共同作用 有限元分析 中图分类号 JM > < ;9 ; A!!! 文献标志码 -
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并取得了一 同手段对筏板基础 的 特 性 进 行 了 研 究 $ 些成果 $ 但是这些 成 果 大 都 局 限 于 研 究 筏 板 基 础 与 地基的共同作用 方 面 , 笔 者 根 据 上 部 结 构 筏板基 础和地基共同作用 的 实 际 情 况 $ 利用空间杆件结构 的有限元对上部结 构 进 行 分 析 $ 再应用子结构凝聚 技术将上部结构的有限元和弹性地基上筏板基础的