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

1、第一部分共同作用的地基基礎(chǔ)設(shè)計理論研究1.在地基基礎(chǔ)設(shè)計中，過分的鋼筋配筋率造成資金和資源的巨大浪費。大量現(xiàn)場測試結(jié)果顯示：基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力的實測值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋強度設(shè)計值，本論文對各種可能影響因素進行詳細(xì)分析后得出結(jié)論：現(xiàn)行設(shè)計計算方法不合理是造成基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力實測值小于設(shè)計值的根本原因，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基礎(chǔ)的長和寬尺寸時，其整體工作性狀更接近于深梁。計算分析結(jié)果表

2、明：每個樓層的結(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，提出利用簡支深梁計算基礎(chǔ)底板鋼筋應(yīng)力和減少實配鋼筋面積的簡化方法，并與一些工程實例進行對比。2.本論文通過5個工程實測結(jié)果和兩個算例，定量地分析了結(jié)構(gòu)形式為框剪、框架、剪力墻和簡體的上部剛度對基礎(chǔ)變形、地基反力及底板鋼筋應(yīng)力的影響范圍，進一步論證上部結(jié)構(gòu)剛度的增長有一個臨界高度(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、限的過程。簡支深梁差異變形、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轉(zhuǎn)折點。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；對于筒體及其它形式的超高層結(jié)構(gòu)，還需進一步研究，目前，可將基礎(chǔ)長度小于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100m。確定上部結(jié)構(gòu)剛度的影響范圍，既能豐富對共同作用機理的認(rèn)識，又能減少整體計算的工作量。3.利用工程地質(zhì)勘察報告提供的有限地質(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)整體計算創(chuàng)造基本條件。本論文通過水平方向和深度方向的連續(xù)化處理，將整個場區(qū)的土體分割成連續(xù)的三棱杜體，可以通過線性差值，自動獲得半無限空間內(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)計的有限元方法，并作重要補充。提出解決“現(xiàn)行規(guī)范中基礎(chǔ)內(nèi)力和變形計算采用的荷載組合不統(tǒng)一”問題的具體方法，可以協(xié)調(diào)一致地整體計算基礎(chǔ)變形與內(nèi)力。2.提出上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的簡化計算方法，計算整體彎曲可采用“簡化深梁法”，計算局部彎曲可采用“改進倒梁法”。還對常規(guī)的基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計方法進行說明，提出一個自動判別鋼筋混凝土內(nèi)筒區(qū)域的方

6、法，可幫助計算機自動完成內(nèi)筒筒體對基礎(chǔ)底板的沖切和剪切承載力計算。3.將基礎(chǔ)施工圖設(shè)計研究的重點放在提高計算機輔助設(shè)計的智能化和效率上，以減輕設(shè)計人員的工作強度。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)梁模板自動布圖三個方面提出獨特思路。第三部分共同作用的地基基礎(chǔ)輔助設(shè)計軟件研究1.比較系統(tǒng)地說明建立計算模型時應(yīng)考慮的內(nèi)容和需要設(shè)置的軟件功能。分析目前國內(nèi)應(yīng)用較多的相關(guān)軟件特點及數(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，提出一個快速迭代方法，可以消除地基剛度矩陣滿陣和不對稱給計算帶來的不便。對影響計算結(jié)果的計算參數(shù)也進行說明。3.對后處理中的計算結(jié)果可視化和參數(shù)化繪圖等問題進行研究。總之，本論文的研究工作為上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用理論進行地基基礎(chǔ)設(shè)計，提供比較全面、實用的方法體系和相應(yīng)的軟件，期望早日用之實踐。關(guān)鍵詞：地基 基礎(chǔ) 上部結(jié)構(gòu) 共同作用 設(shè)計理論 設(shè)計方法 軟件