2019巖土工程師基礎知識點：地基基礎和上部結構

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地基基礎和上部結構共同作用的概念

(一)基本概念

建筑結構常規(guī)設計是將上部結構、基礎與地基三者分離出來作為獨立的結構體系進行力學分析。分析上部結構時用固定支座來代替基礎，并假定支座沒有任何變形，以求得結構的內力和變形以及支座反力;然后將支座反力作用于基礎上，用材料力學的方法求得線形分布的地基反力，進而求得基礎的內力和變形;再把地基反力作用于地基或樁基上來驗算承載力和沉降。這種方法忽視了地基、基礎和上部結構在接觸部位的變形協(xié)調條件，其后果是底層和邊跨梁柱的實際內力大于計算值，而基礎的實際內力則比計算值小很多。因此，合理的設計方法應將三者作為一個整體，考慮接觸部位的變形協(xié)調來計算其內力和變形，這種方法稱為上部結構和地基基礎的共同作用分析。

(二)地基基礎和上部結構共同作用分析方法的主要考慮因素

1.上部結構剛度對共同作用的影響

上部結構剛度是指上部結構對基礎不均勻沉降或彎曲的抵抗能力，包括水平剛度、豎向剛度和抗彎剛度的綜合。結構剛度和施工條件有著密切的關系，共同作用分析時要考慮剛度的形成方式。

結構剛度能大大改善基礎的縱向彎曲程度，如考慮剛度“一次形成”，其縱向彎曲約為絕對柔性基礎的十分之一;對于框架結構的柱荷載，考慮共同作用時邊柱荷載隨層數(shù)增加而增大，例如8跨框架增加到15層時，邊柱荷載增加了40%，而內柱則普遍卸載;對于剪力墻結構，底層兩端的板墻均出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象;隨著建筑物層數(shù)的增加，箱基和上部結構作為一個整體的中性軸逐漸上移，箱形基礎頂板鋼筋應力從壓應力逐漸向拉應力轉化。

2.地基土性質與計算模型的影響

基礎與地基土之間的相對剛度不同會影響接觸面的反力與變形?；A剛度較大而地基土較軟弱時，地基反力近似于線形分布;如地基土堅硬而基礎剛度較小時，荷載與地基反力兩者的分布有著明顯的一致性，而基礎內力很小;實測資料亦表明，軟土地基采用彈塑性地基模型的計算結果比線彈性模型更接近于實測結果。

隨著地基抵抗變形能力的增強，考慮地基基礎和上部結構共同作用的意義將相應降低，對于高壓縮性地基土上的框架結構和剪力墻結構，常規(guī)設計的結果常使上部結構偏于不安全，而基礎設計則偏于不經濟。

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