2021年巖土工程師基礎(chǔ)考試知識點：地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)

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2021年巖土工程師基礎(chǔ)考試知識點：地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)

地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用的概念

(一)基本概念

建筑結(jié)構(gòu)常規(guī)設(shè)計是將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基三者分離出來作為獨立的結(jié)構(gòu)體系進行力學(xué)分析。分析上部結(jié)構(gòu)時用固定支座來代替基礎(chǔ)，并假定支座沒有任何變形，以求得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形以及支座反力;然后將支座反力作用于基礎(chǔ)上，用材料力學(xué)的方法求得線形分布的地基反力，進而求得基礎(chǔ)的內(nèi)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(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)在接觸部位的變形協(xié)調(diào)條件，其后果是底層和邊跨梁柱的實際內(nèi)力大于計算值，而基礎(chǔ)的實際內(nèi)力則比計算值小很多。因此，合理的設(shè)計方法應(yīng)將三者作為一個整體，考慮接觸部位的變形協(xié)調(diào)來計算其內(nèi)力和變形，這種方法稱為上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的共同作用分析。

(二)地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用分析方法的主要考慮因素

1.上部結(jié)構(gòu)剛度對共同作用的影響

上部結(jié)構(gòu)剛度是指上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)剛度和施工條件有著密切的關(guān)系，共同作用分析時要考慮剛度的形成方式。

結(jié)構(gòu)剛度能大大改善基礎(chǔ)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(chǔ)的十分之一;對于框架結(jié)構(gòu)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(nèi)柱則普遍卸載;對于剪力墻結(jié)構(gòu)，底層兩端的板墻均出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象;隨著建筑物層數(shù)的增加，箱基和上部結(jié)構(gòu)作為一個整體的中性軸逐漸上移，箱形基礎(chǔ)頂板鋼筋應(yīng)力從壓應(yīng)力逐漸向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化。

2.地基土性質(zhì)與計算模型的影響

基礎(chǔ)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。基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)內(nèi)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(jié)果比線彈性模型更接近于實測結(jié)果。

隨著地基抵抗變形能力的增強，考慮地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用的意義將相應(yīng)降低，對于高壓縮性地基土上的框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，常規(guī)設(shè)計的結(jié)果常使上部結(jié)構(gòu)偏于不安全，而基礎(chǔ)設(shè)計則偏于不經(jīng)濟。

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