基础工程第4部分柱下条形基础筏形和箱形基础-精选.ppt
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基础工程
（第4章 柱下条形基础、筏形和箱形基础）
第4章 柱下条形基础、筏形和箱形基础
4.1 概述 4.2 地基、基础与上部结构的共同作用 4.3 地基模型 4.4 弹性地基上梁的分析 4.5 柱下条形基础 4.6 筏形基础与箱形基础设计简介
2
4.1 概 述
1. 柱下条形基础、筏形和箱形基础概念 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。 这几类基础的结构形式如图4-1~4-4（p. 77）。
23
取网格j的集中力为Fj，如网格j中点受单位集中力作
用即Fj =l时，在网格i中点引起的竖向变形为δij（i=l，
2，…，n；j=l，2，…，n），则各网格中点的竖向F121 F222
Sn F1n1 F2n2
Fn1n
Fn
2
11
4.2 上部结构、基础与地基的共同作用
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。
基础的变形情况对地基反力有重要影响，例如对于绝对 刚性和绝对柔性的基础，其地基反力的分布有极大的差异。 反过来，地基的变形和地基反力的分布又会对基础和上部结 构的内力产生影响。这就是通常所说的上部结构、基础和地 基的相互作用，也就是3者的共同作用问题。
5
6
7
8
2009年9月24日下午16时，我国第三代核电自主化依 托项目之一的山东海阳核电站一号机组核岛筏基第一罐混 凝土开始浇注。标志着海阳核电站一期工程提前实现工程
建设的一项重大里程碑节点目标。
10
2. 柱下条形基础、筏形和箱形基础的特点 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。
x
j
d
y
o
x
c
22
利用上述公式对整个荷载区域积分，可以求得地基表面任
意点i（x，y）的竖向位移为：
si (1E2)
c 0
b 0
pdd (x)2(y)2
当p为常数时，地基表面任意点i（x，y）的竖向位移为：
si p(1 E 2)
c 0
b 0
dd (x)2(y)2
求解时应注意公式的奇异点。
当荷载分布复杂时，通常可对积分进行离散化求解。如将 荷载区域划分为若干个网格，每个网格的分布荷载可视为一个 作用于网格中心的小集中荷载，然后按下述方法求解。
pks
（4-1）
Winkler地基模型适用于地基土软弱或压缩层较薄的情
形，因为这两种情况与模型的假设条件比较近似。
Winkler地基模型只有一个参数k，称为基床系数。k可
由地基载荷试验或地区经验求得。
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图4-9 Winkler 地基模型
20
2. 弹性半空间地基模型
该模型将地基视为均匀的弹性半无限体，当地基表面一点 作用有竖向集中荷载F时，地基表面任意点的竖向位移为：
常规设计方法仅满足了力的平衡关系。本章介绍的三类 基础的平面尺寸均比高度大得多，从力学上看均属于柔性基 础，而且由于基础的平面尺寸很大，基础的变形状态对于地 基反力的分布有重要影响，故不应采用常规方法设计。
15
图4-5
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在实际工作中，为了简化计算，对大量建筑物通常采用 简化方法进行设计，即计算时只考虑地基和基础的共同作用， 而在构造措施上体现整个系统共同作用的特点。
n
Fnnn
（4-3）
写为矩阵形式： {S}=[δ]{F}
（4-4）
（4-3）或（4-4）即为所求的弹性半空间地基模型。
弹性半空间地基模型假定地基是各向均匀同性体，这
是其不足之处，但该模型克服了Winkler地基模型的主要
缺点，比Winkler地基模型合理。
24
3. 有限压缩层地基模型
天然地基不但在水平方向不均匀，在竖直方向还是成层 分布的。有限压缩层地基模型（分层地基模型）能考虑土的 上述特点。
3
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来源：163.20.72.9/introduce/leading.asp?
skeyword=%E8%AB%8B%E8%BC%B8%E
5%85%A5%E9%97%9C%E9%8D4%B5%E5 %AD%97&id={7A394DE1-2D34-4FFD-9E66-8FBB2F23B979}
42
sF(12) F(12) Er E x2y2
（4-2）
式中各符号的含义见p.82。
当地基表面作用有矩形分布荷载时，以荷载的某一角点为坐 标原点建立坐标系，则任意微元面积上的荷载在地基表面任意 点引起的沉降可根据（4-2）改写为：
ds p(12)dd E (x)2(y)2
21
y
F
or
z
s b
x
y
d i
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4.3 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。目前工程中使用的地基模型主要是 线性模型。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。
18
1. Winkler地基模型
Winkler将地基离散为一系列互不相干的弹簧，也就是 将地基分解为一系列竖直的土柱并略去了土柱之间的剪力， 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：
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14
上部结构、基础和地基的相互作用在建筑体系中是广泛 存在的现象，但不同的结构体系有显著的差异。当结构的体 型较小，或地基的差异变形对结构的内力分布不会产生显著 影响时，也没有必要完全按照共同作用的思想进行设计。常 规设计方法的思想如图4-5所示。考虑3者共同作用的设计方法 则需要采用迭代法，通常计算工作量很大，所以目前仅用于 重要和大型的建筑物。
（第4章 柱下条形基础、筏形和箱形基础）
第4章 柱下条形基础、筏形和箱形基础
4.1 概述 4.2 地基、基础与上部结构的共同作用 4.3 地基模型 4.4 弹性地基上梁的分析 4.5 柱下条形基础 4.6 筏形基础与箱形基础设计简介
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4.1 概 述
1. 柱下条形基础、筏形和箱形基础概念 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。 这几类基础的结构形式如图4-1~4-4（p. 77）。
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取网格j的集中力为Fj，如网格j中点受单位集中力作
用即Fj =l时，在网格i中点引起的竖向变形为δij（i=l，
2，…，n；j=l，2，…，n），则各网格中点的竖向F121 F222
Sn F1n1 F2n2
Fn1n
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4.2 上部结构、基础与地基的共同作用
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。
基础的变形情况对地基反力有重要影响，例如对于绝对 刚性和绝对柔性的基础，其地基反力的分布有极大的差异。 反过来，地基的变形和地基反力的分布又会对基础和上部结 构的内力产生影响。这就是通常所说的上部结构、基础和地 基的相互作用，也就是3者的共同作用问题。
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2009年9月24日下午16时，我国第三代核电自主化依 托项目之一的山东海阳核电站一号机组核岛筏基第一罐混 凝土开始浇注。标志着海阳核电站一期工程提前实现工程
建设的一项重大里程碑节点目标。
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2. 柱下条形基础、筏形和箱形基础的特点 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。
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利用上述公式对整个荷载区域积分，可以求得地基表面任
意点i（x，y）的竖向位移为：
si (1E2)
c 0
b 0
pdd (x)2(y)2
当p为常数时，地基表面任意点i（x，y）的竖向位移为：
si p(1 E 2)
c 0
b 0
dd (x)2(y)2
求解时应注意公式的奇异点。
当荷载分布复杂时，通常可对积分进行离散化求解。如将 荷载区域划分为若干个网格，每个网格的分布荷载可视为一个 作用于网格中心的小集中荷载，然后按下述方法求解。
pks
（4-1）
Winkler地基模型适用于地基土软弱或压缩层较薄的情
形，因为这两种情况与模型的假设条件比较近似。
Winkler地基模型只有一个参数k，称为基床系数。k可
由地基载荷试验或地区经验求得。
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图4-9 Winkler 地基模型
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2. 弹性半空间地基模型
该模型将地基视为均匀的弹性半无限体，当地基表面一点 作用有竖向集中荷载F时，地基表面任意点的竖向位移为：
常规设计方法仅满足了力的平衡关系。本章介绍的三类 基础的平面尺寸均比高度大得多，从力学上看均属于柔性基 础，而且由于基础的平面尺寸很大，基础的变形状态对于地 基反力的分布有重要影响，故不应采用常规方法设计。
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图4-5
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在实际工作中，为了简化计算，对大量建筑物通常采用 简化方法进行设计，即计算时只考虑地基和基础的共同作用， 而在构造措施上体现整个系统共同作用的特点。
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Fnnn
（4-3）
写为矩阵形式： {S}=[δ]{F}
（4-4）
（4-3）或（4-4）即为所求的弹性半空间地基模型。
弹性半空间地基模型假定地基是各向均匀同性体，这
是其不足之处，但该模型克服了Winkler地基模型的主要
缺点，比Winkler地基模型合理。
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3. 有限压缩层地基模型
天然地基不但在水平方向不均匀，在竖直方向还是成层 分布的。有限压缩层地基模型（分层地基模型）能考虑土的 上述特点。
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来源：163.20.72.9/introduce/leading.asp?
skeyword=%E8%AB%8B%E8%BC%B8%E
5%85%A5%E9%97%9C%E9%8D4%B5%E5 %AD%97&id={7A394DE1-2D34-4FFD-9E66-8FBB2F23B979}
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sF(12) F(12) Er E x2y2
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式中各符号的含义见p.82。
当地基表面作用有矩形分布荷载时，以荷载的某一角点为坐 标原点建立坐标系，则任意微元面积上的荷载在地基表面任意 点引起的沉降可根据（4-2）改写为：
ds p(12)dd E (x)2(y)2
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s b
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4.3 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。目前工程中使用的地基模型主要是 线性模型。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。
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1. Winkler地基模型
Winkler将地基离散为一系列互不相干的弹簧，也就是 将地基分解为一系列竖直的土柱并略去了土柱之间的剪力， 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：
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上部结构、基础和地基的相互作用在建筑体系中是广泛 存在的现象，但不同的结构体系有显著的差异。当结构的体 型较小，或地基的差异变形对结构的内力分布不会产生显著 影响时，也没有必要完全按照共同作用的思想进行设计。常 规设计方法的思想如图4-5所示。考虑3者共同作用的设计方法 则需要采用迭代法，通常计算工作量很大，所以目前仅用于 重要和大型的建筑物。