上部結構與地基基礎共同作用的地基基礎設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設計理論研究1.在地基基礎設計中，過分的鋼筋配筋率造成資金和資源的巨大浪費。大量現(xiàn)場測試結果顯示：基礎底板鋼筋應力的實測值要遠遠小于鋼筋強度設計值，本論文對各種可能影響因素進行詳細分析后得出結論：現(xiàn)行設計計算方法不合理是造成基礎底板鋼筋應力實測值小于設計值的根本原因，能否考慮上部結構參加工作是最主要的影響因素。當高層建筑的高度接近或超過基礎的長和寬尺寸時，其整體工作性狀更接近于深梁。計算分析結果表

2、明：每個樓層的結構梁和板的應力是由“整體彎曲”和“局部彎曲”共同作用產生。據(jù)此，提出利用簡支深梁計算基礎底板鋼筋應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個工程實測結果和兩個算例，定量地分析了結構形式為框剪、框架、剪力墻和簡體的上部剛度對基礎變形、地基反力及底板鋼筋應力的影響范圍，進一步論證上部結構剛度的增長有一個臨界高度(層數(shù))，上部剛度-層數(shù)關系曲線能客觀地反映上部結構剛度由增加到趨于極

3、限的過程。簡支深梁差異變形、底部最大水平應力及差異水平應力隨梁高變化曲線上存在三個轉折點。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為基礎底板以上結構高度，L為基礎長度)作為判別剪力墻、框剪、框架結構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構，還需進一步研究，目前，可將基礎長度小于60m的筒體結構剛度影響界限高度初定為H=1.5～2.0L，基礎長度大于60m的筒體結構剛度影響界限

4、高度初定為H=l.0～1.5L，最多不超過100m。確定上部結構剛度的影響范圍，既能豐富對共同作用機理的認識，又能減少整體計算的工作量。3.利用工程地質勘察報告提供的有限地質數(shù)據(jù)，合理地構造三維地質模型，可為上部結構與地基基礎整體計算創(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任意位置的土體物理力學指標，并能夠自動構造出標準鉆孔。第二

5、部分共同作用的地基基礎設計方法體系研究1.本部分系統(tǒng)地論述上部結構與地基基礎共同作用整體設計的有限元方法，并作重要補充。提出解決“現(xiàn)行規(guī)范中基礎內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)調一致地整體計算基礎變形與內力。2.提出上部結構與地基基礎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)的基礎構件設計方法進行說明，提出一個自動判別鋼筋混凝土內筒區(qū)域的方

6、法，可幫助計算機自動完成內筒筒體對基礎底板的沖切和剪切承載力計算。3.將基礎施工圖設計研究的重點放在提高計算機輔助設計的智能化和效率上，以減輕設計人員的工作強度。本論文在基礎梁選筋歸并、配筋平面圖表示方法和基礎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輔助設計軟件研究1.比較系統(tǒng)地說明建立計算模型時應考慮的內容和需要設置的軟件功能。分析目前國內應用較多的相關軟件特點及數(shù)據(jù)接口內容，為技術人員合理地選擇

7、提供參考。2.為提高上部結構與地基基礎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。對影響計算結果的計算參數(shù)也進行說明。3.對后處理中的計算結果可視化和參數(shù)化繪圖等問題進行研究?？傊?，本論文的研究工作為上部結構與地基基礎共同作用理論進行地基基礎設計，提供比較全面、實用的方法體系和相應的軟件，期望早日用之實踐。關鍵詞：地基 基礎 上部結構 共同作用 設計理論 設計方法 軟件