考虑共同作用地基的沉降计算

针对目前结构设计中将上部结构与地基基础分开考虑，忽略上部结构刚度对基础内力及沉降的影响的现状，提出一种考虑上部结构与地基共同作用时基础沉降的计算方法，据此可进一步考虑基础沉降差在上部结构中引起的附加内力。     

格式基础计算与沉降差控制

本文提出一种考虑格式基础-土体系共同工作的计算方法.它将格式基础离散为杆元,把土作为有限压缩层分层弹性体;导出该体系共同工作平衡方程;通过方程求解和回代,得到地基沉陷、基底应力和基础内力.该法遵循现行地基基础规范,接近格式基础实际工作情况,并且不难将上部结构介入,为考虑上部结构-格基-土体系共同工作开拓了道路.同时,基于这一算法,在地基强度许可条件下,以控制沉降差来确定基础底板尺寸.从而可以有效地减小基础挠曲,降低基础内力,进而减小由沉降差引起的上部结构次内力,使整个结构体系的变形与受力趋于合理,从而优化了设计.     

控制沉降差的设计法

本文提出一种设想，在地基强度许可的条件下，调整相邻基础底板尺寸，以控制沉降差，从而降低基础梁内力，进而减小由沉降差引起的上部结构次内力，使整个结构的变形和内力趋于合理。     

超高层框-筒结构施工过程的数值模拟

采用有限元程序ANSYS,建立超高层钢框架-核心筒结构的上部结构与地基基础共同作用的整体三维模型,利用ANSYS程序中生死单元技术,模拟分析上部结构逐层施工的过程,研究施工过程中筏板基础的沉降、内力及基底反力的变化规律,并分析了上部结构刚度对筏板基础受力及沉降的影响。考虑上部结构共同作用时,筏板基础的弯矩和差异沉降都将减小,有利于筏板基础受力。     

框架、筏基和土系统共同作用机理的探讨

本文采用不同的上部结构截面刚度,不同的筏基厚度和不同的有效应力弹性模量来探讨置于非均质土层上的筏基空间框架结构对共同作用分析的影响。通常,对置于非均质土层上筏基空间框架结构的共同作用分析需大容量的电子计算机,费用十分昂贵。本文采用了非常经济的简化方法。此简化方法是由金（King）和本文作者姚在英国“结构工程师”（The Structural Engineer）杂志一九八三年九月刊所介绍的。文中分析了一典型结构,得到了一些对设计非常有用的结论:第一,当上部结构的截面刚度改变时,对地基的沉降差影响很小,而对上部结构本身内力则影响很大。第二,适当改变筏基的刚度,对基础的沉降差和上部结构内力均有较大的影响。但不适当地增加过多,则影响很小,相反造成经济上的不合理。随筏基厚度的增加,筏基中的内力增加很大。第三,当土的有效应力弹性模量变化时,对建筑物的总沉降影响很大,但对上部结构和筏基中的内力及沉降差则影响很小。     

考虑共同作用时上部结构刚度对基础沉降与内力的影响

利用大型通用有限元软件ANSYS14.0建立了框架结构–桩筏基础–地基共同作用的整体有限元分析模型。通过改变上部结构的刚度来研究考虑共同作用后筏板的沉降和筏板内力的变化规律。计算结果表明,随着上部结构刚度的增加,上部结构刚度对建筑物基础沉降的影响越来越小。上部结构刚度较小时,筏形基础主要以整体弯曲变形为主,上部结构刚度较大时,筏板中的应力呈增长趋势。随着上部结构刚度的增加,筏板弯曲变形的增长幅度减弱。     

基础差异沉降对上部结构的影响

阐述了地基应力分布及基础沉降的一般规律;应用结构力学方法和MIDAS Gen软件计算了上部结构考虑基础差异沉降产生的内力,并与恒载作用下结构中产生的内力进行对比,指出按照《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)考虑上部结构、基础和地基相互作用的必要性;分析了实际工程中采用沉降后浇带、变刚度调平等措施减小差异沉降对结构受力的有利作用。     

桩筏基础-土-上部结构非线性共同作用程序实现

基于子结构法提出了桩筏基础-土-上部结构非线性共同作用分析方法,介绍了相应的计算程序的实现过程,给出了程序计算框图。通过算例分析,验证了程序的正确性。研究了非线性共同作用中基础沉降和上部结构次应力的变化。考虑共同作用将减小基础沉降的最大值和沉降差,尤其对降低沉降差有明显作用,而优化布桩对沉降与沉降差的影响要比共同作用的影响大。采用不利布桩方式时,基础产生较大的盆形沉降,上部结构中产生了可观的次应力。提出了零差异沉降控制地基基础的理论和方式。     

地基变形时框架结构竖向刚度的计算

结构的竖向刚度是考虑基础和上部结构共同工作的重要参数。考虑上部结构刚度对于减小基础的内力和沉降差以及调整上部结构的内力是不可忽视的。框架结构的竖向刚度是依靠框架梁的抗剪刚度提供的,并随着柱的轴变刚度增加而增强。推导当地基发生非线性变形时,上部框架梁两端的相对竖向变形随高度的衰减系数ψ的计算公式,从而得出框架的竖向刚度及框架结构承受的整体弯矩。对一般规则框架制成ψ值表,可供工程设计应用。     

上部结构分步施工对高层建筑上下部共同作用计算的影响研究

目前,在高层建筑结构上下部共同作用分析中,很少考虑上部结构分步施工的影响.对土质地基上框架结构的研究表明,上下部共同作用效应明显的体系,上部结构的分步形成对共同作用分析有较显著的影响.相对于不考虑上部结构分步施工的情况,考虑上部结构分步形成时,上部结构对基础变形的约束作用略有减小,基础差异沉降增大,基础内力增加;底层柱轴力出现与基础差异沉降相反的加卸荷现象;尤其上部框架梁的弯矩有较大不同,越到上部楼层,参与上下部结构共同变形的程度越低,共同作用对其内力的影响越小.