基础工程（第4章柱下条形基础、筏形和箱形基础）

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1、基础工程（第4章柱下条形基础、筏形和箱形基础）第4章柱下条形基础、筏形和箱形基础4.1概述4.2地基、基础与上部结构的共同作用4.3地基模型4.4弹性地基上梁的分析4.5柱下条形基础4.6筏形基础与箱形基础设计简介24.1概述1.柱下条形基础、筏形和箱形基础概念在实际工程中，当荷载较大、地基较软或上部结构对基础的整体性有较高要求时可将柱下独立基础或墙下条形基础连接起来，形成柱下条形基础和筏形基础，当需要进一步增强基础的整体刚度时，可将基础在立面上设置成一层或若干层，这就成为了箱形基础。这几类基础的结构形式如图4-1~4-4（p.77）。3来源：http://163.20.7

2、2.9/introduce/leading.asp?skeyword=%E8%AB%8B%E8%BC%B8%E5%85%A5%E9%97%9C%E9%8D%B5%E5%AD%97&id={7A394DE1-2D34-4FFD-9E66-8FBB2F23B979}3124456782009年9月24日下午16时，我国第三代核电自主化依托项目之一的山东海阳核电站一号机组核岛筏基第一罐混凝土开始浇注。标志着海阳核电站一期工程提前实现工程建设的一项重大里程碑节点目标。102.柱下条形基础、筏形和箱形基础的特点与柱下独立基础相比，柱下条形基础、筏形基础和箱形基础具有更好的整体性、更高

3、的承载力和更强的调节地基基础变形的能力。筏形基础和箱形基础还可结合考虑地下空间的开发利用。然而这3类基础的设计较为复杂，施工难度相对较大，造价也相对较高。3类基础适用于规模大、层数多、结构和地基条件较为复杂的工程。114.2　上部结构、基础与地基的共同作用上部结构、地基和基础是建筑体系中的3个有机组成部分。在荷载的作用下，3者不但要保持力的平衡，在变形上也必须协调一致。也就是说，这3部分之间不但要满足力的平衡关系，也需要满足变形协调条件。基础的变形情况对地基反力有重要影响，例如对于绝对刚性和绝对柔性的基础，其地基反力的分布有极大的差异。反过来，地基的变形和地基反力的分布又会

4、对基础和上部结构的内力产生影响。这就是通常所说的上部结构、基础和地基的相互作用，也就是3者的共同作用问题。121314上部结构、基础和地基的相互作用在建筑体系中是广泛存在的现象，但不同的结构体系有显著的差异。当结构的体型较小，或地基的差异变形对结构的内力分布不会产生显著影响时，也没有必要完全按照共同作用的思想进行设计。常规设计方法的思想如图4-5所示。考虑3者共同作用的设计方法则需要采用迭代法，通常计算工作量很大，所以目前仅用于重要和大型的建筑物。常规设计方法仅满足了力的平衡关系。本章介绍的三类基础的平面尺寸均比高度大得多，从力学上看均属于柔性基础，而且由于基础的平面尺寸很

5、大，基础的变形状态对于地基反力的分布有重要影响，故不应采用常规方法设计。15图4-516在实际工作中，为了简化计算，对大量建筑物通常采用简化方法进行设计，即计算时只考虑地基和基础的共同作用，而在构造措施上体现整个系统共同作用的特点。174.3　地基模型考虑地基、基础和上部结构共同作用的关键是确定地基模型。所谓地基模型是指地基表面的荷载强度与地基表面的沉降之间的关系。目前工程中使用的地基模型主要是线性模型。下面介绍3类有代表性的线性模型，其中主要是Winkler地基模型。181.Winkler地基模型Winkler将地基离散为一系列互不相干的弹簧，也就是将地基分解为一系列竖直

6、的土柱并略去了土柱之间的剪力，由此得出了地基表面的沉降与压力成正比而且地基表面各点之间互不相干的结论。Winkler地基模型的数学表达式为：Winkler地基模型适用于地基土软弱或压缩层较薄的情形，因为这两种情况与模型的假设条件比较近似。Winkler地基模型只有一个参数k，称为基床系数。k可由地基载荷试验或地区经验求得。（4-1）19图4-9Winkler地基模型202.弹性半空间地基模型该模型将地基视为均匀的弹性半无限体，当地基表面一点作用有竖向集中荷载F时，地基表面任意点的竖向位移为：式中各符号的含义见p.82。当地基表面作用有矩形分布荷载时，以荷载的某一角点为坐标原

7、点建立坐标系，则任意微元面积上的荷载在地基表面任意点引起的沉降可根据（4-2）改写为：（4-2）21yddx22利用上述公式对整个荷载区域积分，可以求得地基表面任意点i（x，y）的竖向位移为：当p为常数时，地基表面任意点i（x，y）的竖向位移为：求解时应注意公式的奇异点。当荷载分布复杂时，通常可对积分进行离散化求解。如将荷载区域划分为若干个网格，每个网格的分布荷载可视为一个作用于网格中心的小集中荷载，然后按下述方法求解。23取网格j的集中力为Fj，如网格j中点受单位集中力作用即Fj=l时，在网格i中点引起的