上部结构基础与地基共同作用的概念.

1、单位：石家庄铁道大学单位：石家庄铁道大学主讲人：汤劲松主讲人：汤劲松 教授教授 上部结构基础与地基共同作用的概念上部结构基础与地基共同作用的概念 天然地基上的浅基础设计 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念建筑物基础的内力、基底反力大小与分布以及地基沉降量，除了与地基的特性密切相关外，还受基础本身与上部结构刚度大小所制约。1 1 基础刚度的影响基础刚度的影响p 柔性基础柔性基础柔性基础可随地基的变形而可随地基的变形而任意弯曲任意弯曲。柔性基础柔性基础缺乏刚度缺乏刚度，无力调整基底的不均匀沉降，无力调整基底的不均匀沉降，不可能使传至基底荷载改变原来的分布情况不可能使传

2、至基底荷载改变原来的分布情况。柔性基础的柔性基础的基底反力基底反力分布，与作用在基础上的分布，与作用在基础上的荷载荷载分布相同分布相同。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念均布荷载下柔性基础的均布荷载下柔性基础的基底基底沉降沉降量量中部大，边缘小中部大，边缘小，如，如图所示；要使沉降均匀，应图所示；要使沉降均匀，应使边缘荷载增大。使边缘荷载增大。1 1 基础刚度的影响基础刚度的影响p 刚性基础刚性基础刚性基础具有具有极大的抗弯刚度极大的抗弯刚度，在荷载作用下基础，在荷载作用下基础不产生挠曲不产生挠曲。刚性基础基底平面沉降后仍保持平面，刚性基础基底平面沉降后仍保持平

3、面，中心荷载中心荷载作作用下用下均匀下沉均匀下沉，基底保持水平；，基底保持水平；偏心荷载偏心荷载作用下沉作用下沉降后，基底为一降后，基底为一倾斜平面倾斜平面。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念刚性基础底面积和埋深较刚性基础底面积和埋深较大，大，上部中心荷载不大上部中心荷载不大时时基底反力呈基底反力呈马鞍形分布马鞍形分布。1 1 基础刚度的影响基础刚度的影响p 刚性基础随着随着上部荷载增大上部荷载增大，邻近基底边缘的塑性区逐渐扩，邻近基底边缘的塑性区逐渐扩大，基底应力重新分布。所增大的上部荷载依靠基大，基底应力重新分布。所增大的上部荷载依靠基底中部反力增大来平衡。

4、因此，基底反力图由马鞍底中部反力增大来平衡。因此，基底反力图由马鞍形逐渐变成形逐渐变成抛物线形抛物线形。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念刚性基础基底反力分布刚性基础基底反力分布与与荷载分布情况无关荷载分布情况无关，仅与，仅与荷载合力大小与作用点位荷载合力大小与作用点位置置相关。相关。2 2 地基软硬的影响地基软硬的影响p 软土地基在淤泥或淤泥质土这类在淤泥或淤泥质土这类软土地基软土地基中，当中，当基础的相对基础的相对刚度较大刚度较大时，基底反力分布可按时，基底反力分布可按直线直线计算。计算。中心荷载中心荷载作用下，基底反力作用下，基底反力均匀分布均匀分布。偏心

5、荷载偏心荷载作用下，基底反力作用下，基底反力梯形分布梯形分布。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念2 2 地基软硬的影响地基软硬的影响p坚硬地基坚硬地基坚硬地基包括包括岩石岩石、密实卵石密实卵石、坚硬黏性土坚硬黏性土地基。地基。坚硬地基坚硬地基上设置上设置抗弯刚度很小的基础抗弯刚度很小的基础，当基础上作，当基础上作用用集中荷载集中荷载时，仅传递到时，仅传递到荷载附近的地基荷载附近的地基中，远离中，远离荷载的地基不受力。荷载的地基不受力。若为若为相对柔性的基础相对柔性的基础，在，在远离集中荷载作用点处基远离集中荷载作用点处基底反力不仅为零，且可能与地基悬空底反力不仅

6、为零，且可能与地基悬空。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念2 2 地基软硬的影响地基软硬的影响p软硬悬殊地基软硬相差悬殊地基软硬相差悬殊地基对基础梁对基础梁挠曲和内力的影响很大挠曲和内力的影响很大。条形基础下，地基的条形基础下，地基的中部软中部软、两边硬两边硬，则，则加剧条基加剧条基的挠曲程度的挠曲程度。地基地基中部硬中部硬、两边软两边软，则可能使条形基础的正向挠，则可能使条形基础的正向挠曲曲变为反向挠曲变为反向挠曲。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念3 3 上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响p上部结构完全柔性以以屋架、柱、基础

7、为承重体系的木结构屋架、柱、基础为承重体系的木结构和和土堤、土土堤、土坝等填土工程坝等填土工程，可认为是，可认为是完全柔性结构完全柔性结构；钢筋混凝钢筋混凝土排架结构土排架结构也可视为也可视为柔性结构柔性结构。上部柔性结构的变形与地基的变形一致，上部柔性结构的变形与地基的变形一致，地基的变地基的变形对上部结构不产生附加应力形对上部结构不产生附加应力，上部结构没有调整上部结构没有调整地基不均匀变形的能力地基不均匀变形的能力，对基础的挠曲没有制约作，对基础的挠曲没有制约作用，即用，即上部结构不参与地基、基础的共同工作上部结构不参与地基、基础的共同工作。在木结构柱顶荷载作用下，独立基础发生在木结构柱

8、顶荷载作用下，独立基础发生沉降差，沉降差，不会引起主体结构的次应力不会引起主体结构的次应力，传递给基础的柱荷载，传递给基础的柱荷载也不会因此而发生变化。也不会因此而发生变化。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念3 3 上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响p上部结构绝对刚性烟囱、水塔、高炉这类烟囱、水塔、高炉这类高耸结构高耸结构，置于整体大厚度，置于整体大厚度的的钢筋混凝土独立基础钢筋混凝土独立基础上，整个体系为上，整个体系为绝对刚性绝对刚性。在在中心荷载中心荷载作用下，均匀地基的作用下，均匀地基的沉降量相同沉降量相同，基础，基础不发生挠曲不发生挠曲。刚性上部结构具

9、有。刚性上部结构具有调整地基应力调整地基应力、使使沉降均匀沉降均匀的作用。的作用。一般一般体型简单体型简单、荷载均匀荷载均匀、长高比很小长高比很小、采用、采用剪力剪力墙结构的高层建筑墙结构的高层建筑，配置相应的，配置相应的箱形基础箱形基础，可，可按刚按刚性结构设计计算性结构设计计算。 上部结构上部结构基础与地基共同作用的概念基础与地基共同作用的概念3 3 上部结构刚度的影响上部结构刚度的影响p上部结构为敏感性结构低层砖石低层砖石砌体承重结构砌体承重结构和单层和单层钢筋混凝土框架结构钢筋混凝土框架结构，对地基不均匀沉降反应灵敏，均为对地基不均匀沉降反应灵敏，均为敏感性结构敏感性结构。由于砖石材料为由于砖石材料为刚性材料，抗拉强度低刚性材料，抗拉强度低，当地基局，当地基局部倾斜较大时，部倾斜较大时，墙体将发生裂缝墙体将发生裂缝。框架结构构件之间的刚性连接在调整地基不均匀沉框架结构构件之间的刚性连接在调整地基不均匀沉降的同时，也降的同时，也引起上部结构的次应力引起上部结构的次应力：在横向为三：在横向为三柱独立基础的情况下，往往使柱独立基础的情况下，往往使中柱荷载减少中柱荷载减少，向边向边柱转移柱转移；同时，两侧的独立基础向外转动，引起梁；同时，两侧的独立基础向外转动，引起梁柱挠曲，柱挠曲，发生次应力发生次应力