2019岩土工程师基础知识点：地基基础和上部结构

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地基基础和上部结构共同作用的概念

(一)基本概念

建筑结构常规设计是将上部结构、基础与地基三者分离出来作为独立的结构体系进行力学分析。分析上部结构时用固定支座来代替基础，并假定支座没有任何变形，以求得结构的内力和变形以及支座反力;然后将支座反力作用于基础上，用材料力学的方法求得线形分布的地基反力，进而求得基础的内力和变形;再把地基反力作用于地基或桩基上来验算承载力和沉降。这种方法忽视了地基、基础和上部结构在接触部位的变形协调条件，其后果是底层和边跨梁柱的实际内力大于计算值，而基础的实际内力则比计算值小很多。因此，合理的设计方法应将三者作为一个整体，考虑接触部位的变形协调来计算其内力和变形，这种方法称为上部结构和地基基础的共同作用分析。

(二)地基基础和上部结构共同作用分析方法的主要考虑因素

1.上部结构刚度对共同作用的影响

上部结构刚度是指上部结构对基础不均匀沉降或弯曲的抵抗能力，包括水平刚度、竖向刚度和抗弯刚度的综合。结构刚度和施工条件有着密切的关系，共同作用分析时要考虑刚度的形成方式。

结构刚度能大大改善基础的纵向弯曲程度，如考虑刚度“一次形成”，其纵向弯曲约为绝对柔性基础的十分之一;对于框架结构的柱荷载，考虑共同作用时边柱荷载随层数增加而增大，例如8跨框架增加到15层时，边柱荷载增加了40%，而内柱则普遍卸载;对于剪力墙结构，底层两端的板墙均出现应力集中的现象;随着建筑物层数的增加，箱基和上部结构作为一个整体的中性轴逐渐上移，箱形基础顶板钢筋应力从压应力逐渐向拉应力转化。

2.地基土性质与计算模型的影响

基础与地基土之间的相对刚度不同会影响接触面的反力与变形。基础刚度较大而地基土较软弱时，地基反力近似于线形分布;如地基土坚硬而基础刚度较小时，荷载与地基反力两者的分布有着明显的一致性，而基础内力很小;实测资料亦表明，软土地基采用弹塑性地基模型的计算结果比线弹性模型更接近于实测结果。

随着地基抵抗变形能力的增强，考虑地基基础和上部结构共同作用的意义将相应降低，对于高压缩性地基土上的框架结构和剪力墙结构，常规设计的结果常使上部结构偏于不安全，而基础设计则偏于不经济。

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