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1、箱型基础与箱型基础与地基的共同作用地基的共同作用 1，独立基础2，条形基础 3，十字交叉基础4，筏板基础5，箱型基础6，壳体基础 基础的结构类型基础的结构类型 箱型基础是有钢筋混凝土地板，顶板和纵横交叉的隔墙构成。底板,和隔墙共同工作，具有很大的整体刚度。基础中空部分可作地下室，与实体基础相比可减少基地压力。箱型基础适用于地基较软，平面形状简单的高层建筑的基础箱型基础的概念箱型基础的概念箱型基础构造图箱型基础构造图（1 1）有很大的刚度和整体性。常用于上部结构荷载大，地基软弱）有很大的刚度和整体性。常用于上部结构荷载大，地基软弱且分布不均的情况。当地基特别软弱且复杂时，可采用箱型下桩且分布不均
2、的情况。当地基特别软弱且复杂时，可采用箱型下桩基的方法基的方法 。（2 2）有较好的抗震效果，因为箱型基础将上部结构较好的嵌固于）有较好的抗震效果，因为箱型基础将上部结构较好的嵌固于基础，基基础，基 础埋置的又较深，因而可降低建筑物的重心，从而增础埋置的又较深，因而可降低建筑物的重心，从而增加建筑物的整体性。加建筑物的整体性。（3 3）有较好的）有较好的补偿性补偿性，箱型基础的埋置深度一般比较大，基础底，箱型基础的埋置深度一般比较大，基础底面处的土自重应力和水压力在很大程度上补偿了由于建筑物自重面处的土自重应力和水压力在很大程度上补偿了由于建筑物自重和荷载产生的基底压力。和荷载产生的基底压力。
3、箱型基础的特点箱型基础的特点 如果箱型基础有足够埋深，使得基底上自重应力等于基底接触应力，从理论上讲，基底的附加应力等于零，在地基中就不会产生附加应力，因而也就不会产生地基沉降，也不存在地基承载力问题，按照这种观念进行地基基础设计的称为补补偿性设计偿性设计补偿性设计补偿性设计 地基模型是研究土体在受力状态下土体内应力地基模型是研究土体在受力状态下土体内应力- -应变关系。合理应变关系。合理选择地基模型是共同作用分析中非常重要的问题。它不仅直接影响地基反选择地基模型是共同作用分析中非常重要的问题。它不仅直接影响地基反力的分布和基础的沉降。而且影响基础和上部结构内力和变形分布。因此，力的分布和基础
4、的沉降。而且影响基础和上部结构内力和变形分布。因此，在共同作用分析时，首先必须了解各种地基模型的适用条件在共同作用分析时，首先必须了解各种地基模型的适用条件 。选择比较接。选择比较接近所分析的场地的地基模型。同时也应注意施工条件对地基特性的影响。近所分析的场地的地基模型。同时也应注意施工条件对地基特性的影响。 有代表性的地基模型有下列几种有代表性的地基模型有下列几种（1 1）线性弹性地基模型；）线性弹性地基模型；（2 2）非线性弹性地基模型；（）非线性弹性地基模型；（3 3）弹塑性地基模型；（）弹塑性地基模型；（4 4）粘弹性地基模型；）粘弹性地基模型；（5 5）粘塑性地基模型；（）粘塑性地基
5、模型；（6 6）准弹性地基模型；（）准弹性地基模型；（7 7）其它地基模型。）其它地基模型。共同作用分析的地基模型共同作用分析的地基模型 线性弹性地基模型认为地基土在荷载作用下，它的应力应变线性弹性地基模型认为地基土在荷载作用下，它的应力应变关系为直线关系。线性弹性地基模型有线弹性地基模型，弹性半无限关系为直线关系。线性弹性地基模型有线弹性地基模型，弹性半无限体地基模型，分层地基模型以及层状横向各向同性弹性半无限体地基体地基模型，分层地基模型以及层状横向各向同性弹性半无限体地基模型。模型。 下面简要介绍一下文克尔地基模型：下面简要介绍一下文克尔地基模型： 文克尔地基模型假定地基是由许多独立的且
6、互不影响的弹文克尔地基模型假定地基是由许多独立的且互不影响的弹簧组成，即地基任一点所受的压力强度簧组成，即地基任一点所受的压力强度P P只与该点的地基变形只与该点的地基变形S S成正比，成正比，且且P P不影响该店以外地基的变形。不影响该店以外地基的变形。 P=KSP=KS式中；式中；K-K-地基基床系数，表示产生单位变形所需的压力强度（地基基床系数，表示产生单位变形所需的压力强度（KN/ KN/ ）P-P-地基上任一点所受的压力强度（地基上任一点所受的压力强度（KN/ KN/ ）S-PS-P作用位置上的地基变形（作用位置上的地基变形（m m）线性弹性地基模型线性弹性地基模型1，文克尔地基模型
7、，文克尔地基模型(a)(b)(c) (a)侧面无摩阻力的土柱体系（b)弹簧模型（c）文克尔地基上的刚性基础文克尔地基模型的适用条件：文克尔地基模型的适用条件： 抗剪强度很低的半液态土（如淤泥，软粘土）地基抗剪强度很低的半液态土（如淤泥，软粘土）地基或塑性区相对较大土层上的柔性基础。或塑性区相对较大土层上的柔性基础。 基本假定：假定地基为半无限弹性体，当荷载作用在半基本假定：假定地基为半无限弹性体，当荷载作用在半无限弹性体表面时，某点的沉降不仅与作用在该点的压力大无限弹性体表面时，某点的沉降不仅与作用在该点的压力大小有关，同时也和邻近处作用的荷载有关。小有关，同时也和邻近处作用的荷载有关。 半无
8、限弹性体空间模型虽然具有能够扩散应力和变形的半无限弹性体空间模型虽然具有能够扩散应力和变形的优点，但是它的扩散能力往往超过地基的实际情况。优点，但是它的扩散能力往往超过地基的实际情况。 适用条件：用于压缩层深度较大的一般土层上的柔性基适用条件：用于压缩层深度较大的一般土层上的柔性基础，并要求地基上的弹性模量和泊松比值较为准确。当作用础，并要求地基上的弹性模量和泊松比值较为准确。当作用在地基上的荷载步是很大，地基处于弹性变形状态时，用这在地基上的荷载步是很大，地基处于弹性变形状态时，用这种方法计算较为合适。种方法计算较为合适。2，弹性半无限体地基模型，弹性半无限体地基模型 实际工程设计计算中如何
9、选择相适应的地基模型是一个实际工程设计计算中如何选择相适应的地基模型是一个比较困难的问题，它涉及到材料特性，荷载施加，整体几何关系比较困难的问题，它涉及到材料特性，荷载施加，整体几何关系和环境影响这四个相互影响地方面。甚至对同一个工程，从不同和环境影响这四个相互影响地方面。甚至对同一个工程，从不同的角度分析时，可能要采用不同的地基模型。因此，从工程应用的角度分析时，可能要采用不同的地基模型。因此，从工程应用出发，只能提出应予以考虑的诸多因素来综合评判。这些因素主出发，只能提出应予以考虑的诸多因素来综合评判。这些因素主要有：土的变形，屈服特征和外载荷在地基中所起的应用水平；要有：土的变形，屈服特
10、征和外载荷在地基中所起的应用水平；基础与上部结构的刚度及其形成过程；基础的埋置深度；土层的基础与上部结构的刚度及其形成过程；基础的埋置深度；土层的分布情况；荷载的种类（动，静荷载）和施加方式；时效的考虑；分布情况；荷载的种类（动，静荷载）和施加方式；时效的考虑；施工过程（开挖，回填，降水，施工速度等）施工过程（开挖，回填，降水，施工速度等） 当地基采用线性弹性模型时，随着结构刚度的增加，基底反力不断当地基采用线性弹性模型时，随着结构刚度的增加，基底反力不断向边、端部集中，基底边缘发生过大反力是不可避免的。按此地基反力向边、端部集中，基底边缘发生过大反力是不可避免的。按此地基反力算得基础中点弯矩
11、将比实测地基反力大几倍。算得基础中点弯矩将比实测地基反力大几倍。 当地基采用非线性弹性模型时，地基反力的集中现象就有明显的改当地基采用非线性弹性模型时，地基反力的集中现象就有明显的改善。当地基采用弹性模型时善。当地基采用弹性模型时,即使对于绝对刚性基础，边缘地基反力仍比即使对于绝对刚性基础，边缘地基反力仍比较缓和，与实际情况相接近较缓和，与实际情况相接近由此可见，在由此可见，在“共同作用共同作用”分析计算中，选择合适的地基模型是重分析计算中，选择合适的地基模型是重要的。土性的变化对要的。土性的变化对“共同作用共同作用”计算结果同样产生影响。通常，当地计算结果同样产生影响。通常，当地基土弹性模量
12、较小时，基础对土的相对刚度较大，地基的变形就比较均基土弹性模量较小时，基础对土的相对刚度较大，地基的变形就比较均匀，而地基反力则显得不均匀，相对刚度对地基反力产生了影响。这种匀，而地基反力则显得不均匀，相对刚度对地基反力产生了影响。这种分析是弹性地基的分析结果，用于地基承载力较大的硬土是符合实际的。分析是弹性地基的分析结果，用于地基承载力较大的硬土是符合实际的。 对于地基承载力小的软黏土，箱基边缘的地基反力由于超过地基的对于地基承载力小的软黏土，箱基边缘的地基反力由于超过地基的承载力，引起箱基两端的地基产生塑性变形，使得地基土应力重分布，承载力，引起箱基两端的地基产生塑性变形，使得地基土应力重
13、分布，产生比较均匀平缓的地基反力产生比较均匀平缓的地基反力地基模型和土性变化时对地基模型和土性变化时对“共同作用共同作用”的影响的影响 相邻建筑物对主体建筑相邻建筑物对主体建筑“共同作用共同作用”结果的影响主要结果的影响主要有：有： (1)与主体建筑同步建造的相邻建筑物；与主体建筑同步建造的相邻建筑物； (2)在主体建筑建好后建造的相邻建筑物。在主体建筑建好后建造的相邻建筑物。 如果建筑物已造好，这种影响可以忽略不计。如果建筑物已造好，这种影响可以忽略不计。 相邻建筑物是通过对主体建筑产生附加沉降参与相邻建筑物是通过对主体建筑产生附加沉降参与“共同作用共同作用”的。它是随与主体建筑的距离远近和
14、不的。它是随与主体建筑的距离远近和不同的布局，而产生不同的影响。当相邻建筑与主体建同的布局，而产生不同的影响。当相邻建筑与主体建筑平行布置时，影响筑平行布置时，影响“共同作用共同作用”的效果主要是改变的效果主要是改变横向整体倾斜。对整体倾斜的影响非常之大，并显着横向整体倾斜。对整体倾斜的影响非常之大，并显着改变沉降分布，甚至改变倾斜方向。为此，特别是在改变沉降分布，甚至改变倾斜方向。为此，特别是在小区建设中，必须充分注意相邻建筑对主体建筑的影小区建设中，必须充分注意相邻建筑对主体建筑的影响。响。 相邻建筑物对相邻建筑物对“共同作用共同作用”的影响的影响 基底反力是地基反作用于基础底面的作用力；
15、基底基底反力是地基反作用于基础底面的作用力；基底压力是基础传给地基的压力。基底压力与基底反力大小相压力是基础传给地基的压力。基底压力与基底反力大小相等，方向相反。等，方向相反。 影响基底反力的因素有很多，主要有土的性质，上影响基底反力的因素有很多，主要有土的性质，上部结构和基础的刚度，基础的埋深，荷载的分布和大小，部结构和基础的刚度，基础的埋深，荷载的分布和大小，基底尺寸和性状及相邻基础的影响基底尺寸和性状及相邻基础的影响。 箱型基础基底反力箱型基础基底反力 高层建筑箱型基础基底高层建筑箱型基础基底反力实用计算方法如下：将基反力实用计算方法如下：将基础底面划分成础底面划分成4040个区格（纵向
16、个区格（纵向8 8格横向格横向5 5，如图），第，如图），第i i区格基区格基底反力底反力Pi Pi 按下式确定：按下式确定： P Pi i= =PaPai i/BL/BL式中：式中： P-P-相应荷载效应基本相应荷载效应基本组合式的上部结构竖向荷组合式的上部结构竖向荷 载加箱型基础重（载加箱型基础重（KN)KN)； B,L-B,L-分别为箱型基础分别为箱型基础的宽度和长度（的宽度和长度（m);m); ai-相应于相应于i区格的基底反区格的基底反力系数。力系数。箱型基础基底反力计算方法箱型基础基底反力计算方法 在分析基础内力时，将箱型基础看成静定梁，在基底反力在分析基础内力时，将箱型基础看成静
17、定梁，在基底反力作用下求出各梁上各点的内力（作用下求出各梁上各点的内力（M M，V)V)，然后再求出箱型基础所承，然后再求出箱型基础所承担的弯矩担的弯矩MgMg，此时基底反力用平均反力系数，此时基底反力用平均反力系数i i求得。用平均反力系求得。用平均反力系数计算各段的平均反力：数计算各段的平均反力：箱型基础平均反力系数箱型基础平均反力系数式中：式中： -上部结构传来的轴力（上部结构传来的轴力（KN)； G-箱型基础自重（箱型基础自重（KN). 适用范围L/BL/B一般第四纪黏性土3-41.1960.9730.9210.9104-61.1460.9720.9460.9366-81.1330.9
18、820.9450.940软粘土3-51.0591.1280.9510.862箱型基础纵向平均反力系数箱型基础纵向平均反力系数箱型基础横向平均反力系数箱型基础横向平均反力系数适用范围一般第四纪黏性土1.0721.0720.9560.9560.9440.944软粘土0.8560.8561.0611.0611.1661.166箱型基础埋藏与地下，承受各种荷载。箱型基础荷载计算箱型基础荷载计算箱型基础荷载主要有以下几种：（1）地面堆载 产生的侧压力：（2）地下水位以上土的侧压力：（3）浸于地下水位中（ ）高度土的侧压力：（4）地下水产生的侧压力：（5）地基净反力：（6）顶板荷载q以及上部结构传来的集中
19、力： 箱型基础荷载计算箱型基础荷载计算 1，地基强度校核，地基强度校核 如建设场地具有较稳定的地下水位，高层建筑箱形如建设场地具有较稳定的地下水位，高层建筑箱形基础的地基强度校核应符合下式：（略）基础的地基强度校核应符合下式：（略） 2，箱形基础的沉降计算，箱形基础的沉降计算 箱形基础的沉降可以用规范的分层总和法计算；建箱形基础的沉降可以用规范的分层总和法计算；建议采用根据高层建筑箱形基础实测变形特性，来计算箱议采用根据高层建筑箱形基础实测变形特性，来计算箱基的沉降量。基的沉降量。 3，荷载重心与底板形心的关系，荷载重心与底板形心的关系 上部结构传来的荷载重心应尽量与箱基底板形心重合，上部结构
20、传来的荷载重心应尽量与箱基底板形心重合，这是为了防止发生不利于使用的横向整体倾斜。若重心这是为了防止发生不利于使用的横向整体倾斜。若重心和形心相差太大，可采用箱基底板悬挑或箱基悬挑的方和形心相差太大，可采用箱基底板悬挑或箱基悬挑的方法来解决。底板悬挑长度与底板厚度之比不宜大于法来解决。底板悬挑长度与底板厚度之比不宜大于4。 设计建议设计建议 4，高层框架结构箱基底板钢筋应力的计算，高层框架结构箱基底板钢筋应力的计算 高层框架结构箱基底板钢筋应力计算除采用规高层框架结构箱基底板钢筋应力计算除采用规范方法外，建议采用范方法外，建议采用“共同作用共同作用”整体计算。为了整体计算。为了简化起见，计算单
21、元可采用箱基加上简化起见，计算单元可采用箱基加上13层上部层上部结构来计算底板钢筋应力。这样计算的整体弯曲箱结构来计算底板钢筋应力。这样计算的整体弯曲箱基底板钢筋应力是符合实际的。基底板钢筋应力是符合实际的。 5，上部结构的次应力问题，上部结构的次应力问题 “共同作用共同作用”分析表明，上部结构底下两层的边墙、分析表明，上部结构底下两层的边墙、边柱会出现过大的内力，这就是所谓的边柱会出现过大的内力，这就是所谓的“次应力次应力”问题。因此建议用问题。因此建议用“共同作用共同作用”方法获得边墙、边方法获得边墙、边柱的内力，以进行配筋设计。否则，用常规设计应柱的内力，以进行配筋设计。否则，用常规设计应适当提高其安全系数适当提高其安全系数
