高 层 建 筑 基 础第七章 高层建筑 与地基基础共同作用的分析方法

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2. 简化分析存在的一些主要问题：
只满足总荷载与总反力的静力平衡条件；
未考虑上部结构与基础之间连接点以及基础底面
与地基土之间接触点上的位移连续性条件； 各支座反力的分配和地基反力的分布状态与实际 不符，导致上部结构内力与变形以及基础内力与变 形与实际情况也不相符。 实践表明，简化分析方法计算所得的理论值与上部 结构的实际内力往往有很大差距，底层梁、柱和边 跨梁、柱尤为明显，甚至出现严重开裂。基础的内 力则比常规设计理论值小得多。
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(3)当地基持力层为土质均匀、厚，则沉降将小 而均匀，基础不致产生相对挠曲，相互作用与情况 (1)相同，也无需考虑。 (4)不论地基状况如何，也不论上部结构及基础的刚 度如何，如能将荷载调整得当，使地基表面的沉降 完全均匀，则基础与结构也不会产生整体弯曲变形， 也不会产生整体弯曲应力。此时也无需考虑相互作 用的问题。 除上述几种特殊情况以外，考虑相互作用问题是符 合整体结构实际工作状态的。因此，共同作用分析 法使上部结构和基础的设计计算更趋合理。

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考虑地基与基础共同作用的分析步骤：
先不考虑上部结构共同作用（仅在绝对柔性与
绝对刚性之间作定性估计），将按结构力学方 法求出的柱底固端力作为作用于基础上的外荷 载。 在基础底面与地基土之间满足静力平衡条件、 位移连续与变形协调的原则下，进行两者的共 同作用分析。 经过几何和物理上的简化，用数学、力学方法 求解基础和地基的内力和变形。
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仅考虑基础与上部结构的共同作用或地基与基础 的共同作用，目前常规设计的水准。
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弹性地基梁、板理论
如果上部结构为理想柔性体系，对基础变形无约束作 用，整体弯曲应力全部由基础承担。此时仅需考虑基 础与地基的共同作用，可按弹性地基梁板的理论进行 分析。 考虑地基与基础共同作用的典型问题就是弹性地基梁、 板理论。假定地基是弹性体，基础是置于这一弹性体 上的梁或板。 将地基和基础作为一个整体来研究，而把它与上部结 构隔断开来。 上部结构仅仅作为一种荷载作用在基础上，基础底面 和地基表面在受荷而变形的过程中始终是贴合的。
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1. 简化分析步骤：
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， 但是支座是没有任何变形的（图a）； 接着把支座反力作用于基础上，用结构力学方法 求得地基反力，假定地基反力是线性分布的，从 而得到基础的内力和变形（图b）； 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（图c）。
第七章 高层建筑与地基基础共同作用 的分析方法
第一节 概 述 高层建筑基础分析方法发展历程
不考虑共同作用的阶段
仅考虑基础与地基共同作用的阶段
考虑上部结构与地基基础共同作用的阶段
常规设计方法目前一般还处于前两个阶段 的设计水平。
一、不考虑共同作用的简化分析方法
1. 简化分析步骤
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第二节 考虑上部结构与地基、基础 共同作用的分析方法 ——子结构分析方法原理
基础内力和地基变形除与基础刚度、地基土性质
等有关外，还与上部结构的荷载和刚度有关。 在荷载作用下还要满足变形协调条件，即原来互 相连接或接触的部位，在各部分荷载、位移和刚 度的综合影响下，一般仍然保持连接或接触。 考虑上部结构与地基基础相互影响并满足变形协 调条件的设计方法称为共同作用设计方法，它是 地基基础设计的发展方向，共同作用设计方法尚 未推广使用于工程设计中。
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所谓“几何和物理上的简化”
所谓几何和物理上的简化，常常是将整个箱形或
筏形基础简化成一根梁或一块板，或者从中取一 单位宽度（常常是取lm）的“截条”，按“平面 间题”进行计算。 梁的长度有“有限长”或“无限长”；梁的刚度 又分为“有限刚度”及“绝对刚性”的假定。 最重要的简化则是地基的简化，也就是将地基简 化成什么样的“地基模型”是至关重要的。采用 不同的地基模型进行计算，基础梁、板将会得到 不同的内力和变形，它不仅影响内力的大小，甚 至会改变内力的正负号。
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二、仅考虑基础与地基共同作用的分析方法
正是因为不考虑共同作用的简化分析方法存在
上述的诸多问题，考虑上部结构与地基基础共 同作用问题在工程实践中被提出。 地基土属于半无限体，高层建筑与地基基础的 共同作用通常都是三维空间问题（图2-2a），计 算工作量非常大。 地基土是三相体，由于水的存在，使地基土物 理力学性质与钢和混凝土力学性质截然不同， 这就使高层建筑与地基基础共同作用分析难度 大大增加，故分析是相当复杂的。
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4. 可以不考虑共同作用的典型情况:
(1)当地基为坚硬岩石时，箱、筏基础和上部结构在
施工和受力全过程中将不产生整体弯曲变形，不发 生整体弯曲应力。在只承受竖向静荷载时，无论箱、 筏基础和上部结构的刚度大小如何，都不会改变三 者相互作用的性质，三者都是简单的受压状态，压 力分布与静荷载分布相同，无需考虑共同作用的问 题。 (2)当基础或者上部结构二者之一为理想绝对刚体时， 建筑物只能产生均匀沉降或整体倾斜，而不产生整 体弯曲变形。整体弯曲应力由绝对刚性体承担，因 而也不需要考虑共同作用的问题。
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3. 简化分析的工程应用情况
尽管简化计算方法存在上述的一些缺点，但许多
设计人员仍乐于使用。原因就在于简单、方便， 而且力学概念相对清楚。 在实际应用中，设计人员还会根据工程实践经验 采取一些措施，例如，调整或增大某些部位的地 基反力，增加一些构造钢筋等，以保证基础的安 全和正常使用。 如果整个体系在受力全过程中不产生整体弯曲和 不均匀沉降时，则上部结构、基础与地基三者的 相互作用将是简单的，可以不考虑共同作用。