基础工程-第三章.ppt

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1、1第第 三三 章章连续基础连续基础2 3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念（一）、基本概念（一）、基本概念（一）、基本概念（一）、基本概念 常规设计法是把上部常规设计法是把上部结构、基础与地基三者作结构、基础与地基三者作为彼此离散的独立结构单为彼此离散的独立结构单元进行力学分析。元进行力学分析。不难看出常规设计法不难看出常规设计法有不合理之处，因为地基、有不合理之处，因为地基、基础和上部结构沿接基础和上部结构沿接触面分离后，虽然满足触面分离后，虽然满足静力平衡静力平衡但却完全忽略了三者但却完全忽略了三者之间受荷前后的之间受荷前后的变形连续性变形连续性。3

2、 其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成其实，地基、基础和上部结构三者是相互联系成整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按整体来承担荷载而发生变形的。这时，三部分都将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括体系的内力（包括柱脚和基底的反力）和变形（包括基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱、结构物对基础沉降）发生变化。显然，当地基软弱、结构物对不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的不均匀沉降敏感时，上述常规分析结果与实际情况的差别就愈大。差别就愈大。由此可见，合理的分析方法，由此

3、可见，合理的分析方法，原则上应该以地基、原则上应该以地基、原则上应该以地基、原则上应该以地基、基础、上部结构之间必须同时满足基础、上部结构之间必须同时满足基础、上部结构之间必须同时满足基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡静力平衡静力平衡静力平衡和和和和变形协变形协变形协变形协调调调调两个条件为前提。两个条件为前提。两个条件为前提。两个条件为前提。只有这样，才能揭示它们在外荷只有这样，才能揭示它们在外荷作作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到作作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。安全、经济的设计目的。3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部

4、结构相互作用的概念4（二）、地基和基础的相互作用（二）、地基和基础的相互作用（二）、地基和基础的相互作用（二）、地基和基础的相互作用1 1、基础刚度对基底压力的影响、基础刚度对基底压力的影响、基础刚度对基底压力的影响、基础刚度对基底压力的影响(1).柔性基础柔性基础 柔性基础的抗弯刚度很小。它柔性基础的抗弯刚度很小。它好比放在地上的柔软薄膜，可以随好比放在地上的柔软薄膜，可以随着地基的变形而任意弯曲。基础上着地基的变形而任意弯曲。基础上任意一点的荷载传递到基底时不可任意一点的荷载传递到基底时不可能向旁边扩散分布，就像直接作用能向旁边扩散分布，就像直接作用在地基上一样。基底反力分布与作在地基上一

5、样。基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致，用于基础上的荷载分布完全一致，均布荷载下柔性基础的基底沉降是均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大中部大、边沿小边沿小。(a)(b)3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念56-3(2).刚性基础刚性基础 刚性基础具有非常刚性基础具有非常刚性基础具有非常刚性基础具有非常大的抗弯刚度，受荷后大的抗弯刚度，受荷后大的抗弯刚度，受荷后大的抗弯刚度，受荷后基础不挠曲，因此，原基础不挠曲，因此，原基础不挠曲，因此，原基础不挠曲，因此，原来是平面的基底，沉降来是平面的基底，沉降来是平面的基底，沉降来是平面的基底，沉降后仍然

6、保持后仍然保持后仍然保持后仍然保持平面平面平面平面。此处。此处。此处。此处把刚性基础能跨越基底把刚性基础能跨越基底把刚性基础能跨越基底把刚性基础能跨越基底中部，将所承担的荷载中部，将所承担的荷载中部，将所承担的荷载中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边相对集中地传至基底边相对集中地传至基底边相对集中地传至基底边缘的现象叫做基础的缘的现象叫做基础的缘的现象叫做基础的缘的现象叫做基础的“架越作用架越作用架越作用架越作用”。3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念63.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念(3).基础相对刚度的

7、影响基础相对刚度的影响6-66-7结结论论：基基础础相相对对刚刚度度越越大大，架架越越作作用用越越明明显显，基基底底压压力力分分布布与与上上部部荷荷载载分分布布越越不不一一致致。7(1).地基压缩性不均匀的影响地基压缩性不均匀的影响2 2、地基非均质性的影响、地基非均质性的影响、地基非均质性的影响、地基非均质性的影响3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念6-8基础弯矩图基础弯矩图基础弯矩图基础弯矩图8(2).不均匀地基上荷载分布不同的影响不均匀地基上荷载分布不同的影响3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念图6-9基基基

8、基础础础础弯弯弯弯矩矩矩矩图图图图9（三）、上部结构刚度的影响（三）、上部结构刚度的影响（三）、上部结构刚度的影响（三）、上部结构刚度的影响 上部结构刚度：上部结构刚度：上部结构刚度：上部结构刚度：整个上部结构对基础不均匀沉降或整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力，或称整体刚度。挠曲的抵抗能力，或称整体刚度。1 1、柔性结构、柔性结构、柔性结构、柔性结构 如排架结构等，由于屋架铰如排架结构等，由于屋架铰接于柱顶，整个承重体系对基础接于柱顶，整个承重体系对基础的不均匀沉降有很大的顺从性，的不均匀沉降有很大的顺从性，故基础的沉降差不会引起主体结故基础的沉降差不会引起主体结构的附加应力，传给

9、基础的柱荷构的附加应力，传给基础的柱荷载也不因此而有所变动。结构与载也不因此而有所变动。结构与地基变形之间并不存在彼此制约、地基变形之间并不存在彼此制约、相互作用的关系。这类结构相互作用的关系。这类结构最适最适合按常规方法设计合按常规方法设计。3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念102 2、敏感性结构、敏感性结构、敏感性结构、敏感性结构 最常见的最常见的砖石砌体承重结构砖石砌体承重结构和和钢筋混凝土框架结钢筋混凝土框架结构构，对基础不均匀沉降的反应都很灵敏，故称之为敏，对基础不均匀沉降的反应都很灵敏，故称之为敏感性结构。此类结构应考虑相互作用的影响。感性

10、结构。此类结构应考虑相互作用的影响。3 3、刚性结构、刚性结构、刚性结构、刚性结构 烟囱、水塔、高炉、筒仓这类的高耸结构物之下烟囱、水塔、高炉、筒仓这类的高耸结构物之下整体配置的独立基础与上部结构浑然一体，使整个体整体配置的独立基础与上部结构浑然一体，使整个体系具有很大的刚度，当地基不均匀时，基础转动倾斜，系具有很大的刚度，当地基不均匀时，基础转动倾斜，但几乎不会发生相对挠曲。这类结构也可采用常规设但几乎不会发生相对挠曲。这类结构也可采用常规设计。计。3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念地基、基础与上部结构相互作用的概念11 3.6 3.6 柱下条形基础柱下条形基础柱下条形基础柱下条形基

11、础柱下条形基柱下条形基础时常用于常用于软弱地基上框架或排架弱地基上框架或排架结构的一种基构的一种基础类型。型。优点点：刚度大、度大、调整不均匀沉降能力整不均匀沉降能力强。缺点缺点：造价：造价较高。在一般情况下，柱下高。在一般情况下，柱下应优先考先考虑扩展基展基础。遇下述情况遇下述情况时，可以考，可以考虑采用柱下条形基采用柱下条形基础：（1）当地基）当地基较软弱，承弱，承载力力较低，而荷低，而荷载较大大时，或地基，或地基压缩性不均匀（如地基中由局部性不均匀（如地基中由局部软弱弱夹层、土洞等）、土洞等）时；（2）当荷）当荷载分布不均匀，有可能分布不均匀，有可能导致致较大的不均匀沉降大的不均匀沉降时

12、；（3）当上部）当上部结构构对基基础沉降比沉降比较敏感，有可能敏感，有可能产生生较大的次大的次应力或影响使用功能力或影响使用功能时。12一、一、一、一、柱下柱下钢筋混凝土条形基筋混凝土条形基础的构造的构造柱下条形基柱下条形基础一般采用倒一般采用倒 T 形截面，由肋梁和翼板形截面，由肋梁和翼板组成。成。1、柱下条形基、柱下条形基础梁的高度宜梁的高度宜为柱距的柱距的1/41/8。翼板。翼板厚度不厚度不应小于小于200mm。当翼板厚度大于。当翼板厚度大于250mm时，宜采，宜采用用变厚度翼板，其坡度宜小于或等于厚度翼板，其坡度宜小于或等于1:3；2、条形基、条形基础的端部宜向外伸出，其的端部宜向外伸

13、出，其长度宜度宜为第一跨距第一跨距的的0.25倍倍；133、现浇柱与条形基柱与条形基础梁的交接梁的交接处，其平面尺，其平面尺寸不寸不应小于下小于下图的的规定；定；一、柱下钢筋混凝土条形基础的构造一、柱下钢筋混凝土条形基础的构造144、条形基、条形基础梁梁顶部和底部的部和底部的纵向受力向受力钢筋除筋除满足足计算算要求外，要求外，顶部部钢筋按筋按计算配筋算配筋全部全部贯通通，底部通，底部通长钢筋筋不不应少于底部受力少于底部受力钢筋截面筋截面总面面积的的1/3；5、柱下条形基、柱下条形基础的混凝土的混凝土强度等度等级，不，不应低于低于C20。二、二、二、二、柱下条形基柱下条形基础内力的各种内力的各种

14、计算方法算方法不不论采用何种采用何种计算方法，都必算方法，都必须以下面两以下面两条件作条件作为根本的出根本的出发点点:1静力平衡条件静力平衡条件2变形形协调条件条件一、柱下钢筋混凝土条形基础的构造一、柱下钢筋混凝土条形基础的构造15二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法三种三种计算方法算方法:（一）（一）简化化计算方法算方法（二）（二）弹性地基梁性地基梁计算算（三）（三）考考虑上部上部结构构刚度的度的计算方法算方法16（一）（一）、简化化计算方法算方法 根据上部根据上部结构构刚度的大小，度的大小，简化化计算法可分算法可分为静力分析法静力分析法和和倒梁法倒梁法两种。

15、两种。这两种方法均假两种方法均假设基底反力基底反力为直直线（平面）（平面）分布分布。静力分析法：静力分析法：计算算时先按直先按直线分布假定求分布假定求出基底出基底净反力，然后将柱荷反力，然后将柱荷载直接作用在基直接作用在基础梁上。梁上。这样基基础梁上所有的作用力都梁上所有的作用力都已确定，故可按静力平衡条已确定，故可按静力平衡条件件计算出任一截面算出任一截面 i 上的弯上的弯矩矩 Mi和剪力和剪力Vi。二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法17静力分析法缺点静力分析法缺点：静力分析法假定上部静力分析法假定上部结构构为柔性柔性结构，即不考构，即不考虑上部上部结构构刚

16、度的有利影响，所以在荷度的有利影响，所以在荷载作作 用下基用下基础梁将梁将产生整体弯曲。与其他方法比生整体弯曲。与其他方法比较，这样计算算所得的基所得的基础不利截面上的弯矩不利截面上的弯矩绝对值可能偏大很多。可能偏大很多。倒梁法：倒梁法：将上部柱子作将上部柱子作为支座，地基的支座，地基的净反力作反力作为基基础梁的荷梁的荷载，它将地基梁看作是一根倒置的，它将地基梁看作是一根倒置的连续梁，而梁，而柱子看成倒置的支座。柱子看成倒置的支座。二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法18（二）（二）、地基上梁、地基上梁计算方法算方法 考考虑地基、基地基、基础的相互作用，以静的相

17、互作用，以静力平衡条件和力平衡条件和变形形协调条件条件为基基础，利用不同的地基利用不同的地基计算模型建立算模型建立满足两足两个条件的方程，求个条件的方程，求解基解基础内力内力。二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法19（三）（三）、考、考虑上部上部结构构刚度的度的计算方法算方法 考考虑上部上部结构、地构、地基、基基、基础的相互作用，的相互作用，符合基符合基础实际作用性作用性状，状，计算算结果果较为满意，但意，但计算复算复杂，工，工作量大。作量大。二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法20主要介主要介绍倒梁法倒梁法和和Winkler地基

18、上梁地基上梁方法，方法，1、倒梁法、倒梁法（1）确定）确定计算算简图（2）计算基底算基底净反力分布，按反力分布，按刚性梁基底性梁基底反力反力线性分布性分布计算算二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法21（3）用弯矩分配法）用弯矩分配法计算弯矩和剪力算弯矩和剪力二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法22（4）调整不平衡力整不平衡力（5）继续计算内力，重复步算内力，重复步骤（4），直至），直至不平衡力在允不平衡力在允许精度内精度内（6）将逐次）将逐次计算算结果叠加，得到内力分布果叠加，得到内力分布二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下

19、条形基础内力的各种计算方法232、Winkler地基上梁地基上梁计算方法算方法1867年捷克温克年捷克温克尔(ZWinkler)提出地基提出地基模型。假定地基上任一点的模型。假定地基上任一点的压力力强度度p与与该点的地基沉降量点的地基沉降量s成正比，即：成正比，即：二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法24文克文克尔地基模型地基模型实质上是把上是把连续的地基分割的地基分割为侧面无摩擦面无摩擦联系的独立土柱，每一土柱的系的独立土柱，每一土柱的变形形仅与作用与作用 在土柱上的在土柱上的竖向荷向荷载有关，并与之成正比，即相当于一个有关，并与之成正比，即相当于一个弹簧的受

20、力簧的受力变形。由此，文克形。由此，文克尔地基上基底地基上基底压力力 的分布与地基沉降具有的分布与地基沉降具有相同的形式，相同的形式，地基中不存在地基中不存在应力的力的扩散，忽略了地基中剪散，忽略了地基中剪应力的存在力的存在。在下述情况下可以考在下述情况下可以考虑采用采用Winkler地基模型：地基模型：（1）地基主要受力）地基主要受力层为软土。由于土。由于软土的抗剪土的抗剪强度低，因而度低，因而能能够承受的剪力承受的剪力值很小。很小。（2）压缩层厚度不超厚度不超过基基础底面底面宽度一半的地基。度一半的地基。这时，地，地基中基中产生附加生附加应力集中力集中现象，剪象，剪应力很小。力很小。二、柱

21、下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法25Winkler地基上梁地基上梁挠曲基本微分方程的建立曲基本微分方程的建立二、柱下条形基础内力的各种计算方法二、柱下条形基础内力的各种计算方法263.7 3.7 柱下交叉钢筋混凝土条形基础柱下交叉钢筋混凝土条形基础柱下交叉钢筋混凝土条形基础柱下交叉钢筋混凝土条形基础由由纵横两个方向的条形基横两个方向的条形基础联结成十字形整体。成十字形整体。从而加从而加强纵横两个方向的横两个方向的联系。增系。增强基基础的空的空间刚度。度。优点点：可以：可以进一步一步扩大基大基础底面底面积外，主要是利外，主要是利用其巨大的空用其巨大的空间刚度以度以调整不均匀沉降。交叉条形整不均匀沉降。交叉条形 基基础宜用于宜用于软弱地基上柱距弱地基上柱距较小的框架小的框架结构，其构造构，其构造要求与柱下条形基要求与柱下条形基础相同。相同。27 柱下交叉钢筋混凝土条形基础柱下交叉钢筋混凝土条形基础28静力平衡条件静力平衡条件 变形形协调条件条件 柱下交叉钢筋混凝土条形基础柱下交叉钢筋混凝土条形基础