上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法體系及實(shí)用軟件研究.pdf

1、第一部分共同作用的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論研究1.在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，過(guò)分的鋼筋配筋率造成資金和資源的巨大浪費(fèi)。大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示：基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力的實(shí)測(cè)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，本論文對(duì)各種可能影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析后得出結(jié)論：現(xiàn)行設(shè)計(jì)計(jì)算方法不合理是造成基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力實(shí)測(cè)值小于設(shè)計(jì)值的根本原因，能否考慮上部結(jié)構(gòu)參加工作是最主要的影響因素。當(dāng)高層建筑的高度接近或超過(guò)基礎(chǔ)的長(zhǎng)和寬尺寸時(shí)，其整體工作性狀更接近于深梁。計(jì)算分析結(jié)果表

2、明：每個(gè)樓層的結(jié)構(gòu)梁和板的應(yīng)力是由“整體彎曲”和“局部彎曲”共同作用產(chǎn)生。據(jù)此，提出利用簡(jiǎn)支深梁計(jì)算基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力和減少實(shí)配鋼筋面積的簡(jiǎn)化方法，并與一些工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比。2.本論文通過(guò)5個(gè)工程實(shí)測(cè)結(jié)果和兩個(gè)算例，定量地分析了結(jié)構(gòu)形式為框剪、框架、剪力墻和簡(jiǎn)體的上部剛度對(duì)基礎(chǔ)變形、地基反力及底板鋼筋應(yīng)力的影響范圍，進(jìn)一步論證上部結(jié)構(gòu)剛度的增長(zhǎng)有一個(gè)臨界高度(層數(shù))，上部剛度-層數(shù)關(guān)系曲線能客觀地反映上部結(jié)構(gòu)剛度由增加到趨于極

3、限的過(guò)程。簡(jiǎn)支深梁差異變形、底部最大水平應(yīng)力及差異水平應(yīng)力隨梁高變化曲線上存在三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。利用高層建筑與深梁工作性狀的一致性，可以將H=0.3L、0.5L、0.7L(H為基礎(chǔ)底板以上結(jié)構(gòu)高度，L為基礎(chǔ)長(zhǎng)度)作為判別剪力墻、框剪、框架結(jié)構(gòu)剛度影響范圍的界限高度；對(duì)于筒體及其它形式的超高層結(jié)構(gòu)，還需進(jìn)一步研究，目前，可將基礎(chǔ)長(zhǎng)度小于60m的筒體結(jié)構(gòu)剛度影響界限高度初定為H=1.5～2.0L，基礎(chǔ)長(zhǎng)度大于60m的筒體結(jié)構(gòu)剛度影響界限

4、高度初定為H=l.0～1.5L，最多不超過(guò)100m。確定上部結(jié)構(gòu)剛度的影響范圍，既能豐富對(duì)共同作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，又能減少整體計(jì)算的工作量。3.利用工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的有限地質(zhì)數(shù)據(jù)，合理地構(gòu)造三維地質(zhì)模型，可為上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)整體計(jì)算創(chuàng)造基本條件。本論文通過(guò)水平方向和深度方向的連續(xù)化處理，將整個(gè)場(chǎng)區(qū)的土體分割成連續(xù)的三棱杜體，可以通過(guò)線性差值，自動(dòng)獲得半無(wú)限空間內(nèi)任意位置的土體物理力學(xué)指標(biāo)，并能夠自動(dòng)構(gòu)造出標(biāo)準(zhǔn)鉆孔。第二

5、部分共同作用的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法體系研究1.本部分系統(tǒng)地論述上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用整體設(shè)計(jì)的有限元方法，并作重要補(bǔ)充。提出解決“現(xiàn)行規(guī)范中基礎(chǔ)內(nèi)力和變形計(jì)算采用的荷載組合不統(tǒng)一”問(wèn)題的具體方法，可以協(xié)調(diào)一致地整體計(jì)算基礎(chǔ)變形與內(nèi)力。2.提出上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，計(jì)算整體彎曲可采用“簡(jiǎn)化深梁法”，計(jì)算局部彎曲可采用“改進(jìn)倒梁法”。還對(duì)常規(guī)的基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明，提出一個(gè)自動(dòng)判別鋼筋混凝土內(nèi)筒區(qū)域的方

6、法，可幫助計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成內(nèi)筒筒體對(duì)基礎(chǔ)底板的沖切和剪切承載力計(jì)算。3.將基礎(chǔ)施工圖設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)放在提高計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的智能化和效率上，以減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。本論文在基礎(chǔ)梁選筋歸并、配筋平面圖表示方法和基礎(chǔ)梁模板自動(dòng)布圖三個(gè)方面提出獨(dú)特思路。第三部分共同作用的地基基礎(chǔ)輔助設(shè)計(jì)軟件研究1.比較系統(tǒng)地說(shuō)明建立計(jì)算模型時(shí)應(yīng)考慮的內(nèi)容和需要設(shè)置的軟件功能。分析目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的相關(guān)軟件特點(diǎn)及數(shù)據(jù)接口內(nèi)容，為技術(shù)人員合理地選擇

7、提供參考。2.為提高上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用整體分析的效率，提出一個(gè)快速迭代方法，可以消除地基剛度矩陣滿陣和不對(duì)稱給計(jì)算帶來(lái)的不便。對(duì)影響計(jì)算結(jié)果的計(jì)算參數(shù)也進(jìn)行說(shuō)明。3.對(duì)后處理中的計(jì)算結(jié)果可視化和參數(shù)化繪圖等問(wèn)題進(jìn)行研究。總之，本論文的研究工作為上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用理論進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，提供比較全面、實(shí)用的方法體系和相應(yīng)的軟件，期望早日用之實(shí)踐。關(guān)鍵詞：地基 基礎(chǔ) 上部結(jié)構(gòu) 共同作用 設(shè)計(jì)理論 設(shè)計(jì)方法 軟件