考虑上部结构、地基基础共同作用的基础分析

专业软件讲座 Building Structure 考虑上部结构、地基基础共同作用的基础分析 高晓军 杨国平 熊定坤 陈驰 林立香 王林 （北京理正软件设计研究院有限公司） 1 前言 基础分析计算是建筑设计的重要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 之一。由于基础所 处的地质等环境复杂，所支承的上部结构的多样性，都给基 础的分析计算带来困难。 基础计算主要分为刚体静力平衡计算方法及共同作用 分析计算方法。 通常地基模型有 winkler 地基模型、弹性半空间模型、 （有限压缩层的）分层总和模型等；上部结构的作用根据考 虑方式不同也分为若干种方法，如贡献刚度法、子结构法、 上部结构直接参与计算方法等。 本文以理正基础共同作用分析软件（FCAD-I）为基础， 介绍考虑上部结构、基础、地基共同作用的基础分析计算方 法，地基模型采用有限压缩层分层总和法模型。 2 计算模型 将建筑物简化成下面的模型，如下图： 图 1 原型 再将模型简化为理正上部结构、基础、地基共同作用的 计算模型，如下图： 图 2 计算模型 计算 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式 [ ]{ } { }PKKK =++ asoilfundationstruc (2-1) 地基柔度矩阵采用基于布辛涅斯克解的有限压缩层分 层总和法算法得到，柔度矩阵求逆得到其刚度矩阵。对于不 均匀地基，地基的柔度矩阵是一个非对称的满阵。 沉降的计算表达式为： ∑ −= = −− n i iiii si s αzαzE p ψs 1 11 0 )( (2-2) 上部结构的刚度为用户所选择的参与计算的结构层数 所形成的刚度；基础刚度为基础层的梁板所形成的刚度。 结构采用平板壳单元与空间梁单元相结合的模型。节点 自由度定义为： ｝｛ zyxwvu ψψψ (2-3) 平板壳元是由含转角自由度的膜元与厚薄板通用单元 合成的厚薄壳通用单元，可以完全消除薄板状态时的剪切闭 锁现象。 3 工程实例计算的沉降及地基反力 考虑上部结构共同作用基础分析计算软件分析过很多 工程，下面仅列两个工程实例的沉降计算结果，分析地基处 理和上部层数对沉降的影响。 （1）某具有两个筒框建筑的计算结果 天然地基下，沉降等值线如下图： 图 3 天然地基下的沉降等值线 局部地基处理后的沉降等值线结果： 图 4 局部地基处理后的沉降等值线 26 We learn we go Building Structure 专业软件讲座 从上面两个图形可以看出，经过地基处理后，最 大沉降变小，其数值对比如下表所示。 地基类型 最小沉降/mm 最大沉降/mm 沉降差/mm 天然地基 60.38 199.79 139.11 地基处理 23.91 71.74 47.83 上部结构层数对沉降结果的影响如下表。 层数 最小沉降/mm 最大沉降/mm 沉降差/mm 0 53.8 235.46 181.66 1 58.3 210.71 152.41 2 59.09 206.57 147.48 3 60.10 203.85 143.75 4 60.38 201.46 141.08 5 60.38 199.79 139.11 6 60.43 198.19 137.76 7 60.44 196.84 136.4 8 60.44 195.59 135.15 9 60.47 194.4 133.93 10 60.49 193.28 132.79 上部结构刚度影响沉降曲线 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 上部层数 沉 降 （ mm ） 最小沉降 最大沉降 沉降差 图 5 考虑上部的层数与沉降关系曲线 注：沉降结果的最小值、最大值、沉降差为图 3 所示结构中间直线 纵剖面的结果 （2）某框架结构的沉降计算结果 图 6 沉降等值线 注：以上工程的地勘资料为假设。 4 结论 基础共同作用分析计算涉及的课题还很多。如基础沉降 与时间的关系问题；后浇带的浇筑时间对内力、沉降的影响 问题；上部结构刚度、荷载的形成过程对基础沉降、内力的 影响问题；基础的沉降变形过程对上部结构内力、位移的影 响问题；方程求解的速度、精度等问题，都需要进一步研究， 还需要很多人共同努力去研发。 关于基础内力手工计算与有限元计算结果差异的探讨。 经典算法是以一种理想状态计算的内力值；而有限元方法是 根据实际边界条件利用变形协调计算得到的内力值，有些部 位应力集中，会得到较大的内力。这与经典结果差异较大， 令人不易接受。这种现象就需要设计者先进行判断是否合 理，然后再进行概念处理，增加构造措施，完善设计。 参考文献 [1] Xu Yin, Long Yuqiu and Long Zhifei. A generalized conforming triangular flat shell element with high accuracy. In: Yuqiu Long, eds. The Proceedings of the first International Conference on Structural Engineering. KunMing, China: 1999. 700∼706 [2] 岑松, 龙志飞. 一种新型厚薄板通用三角形广义协调元. 工程力 学, 1998, 15(1) [3] 岑松, 龙驭球, 姚振汉. 位移型板单元内力解的杂交化后处理. 工程力学, 2001, 18 (3) [4] 陈晓明, 龙驭球, 须寅. 面积坐标法构造含转角自由度的四结点 膜元. 工程力学, 2003, 20(6) [5] 岑松, 龙驭球. 采用面积坐标的四边形厚薄板通用单元. 工程 力学. 1999, 16(2) [10] 刘金砺.带裙房高层建筑地基、基础与上部结构共同工作计算方法。 【注】 有关 FCAD-I 软件的更多信息可登 www.lizheng.com.cn。作者联 系电话：010- 68002096/98，Email：CAD@lizheng.com.cn。 杭州江东大桥曲线顶推工艺填补国内空白 日前，中交路桥建设公司在杭州江东大桥(钱塘江九桥)成 功实施“变曲率五段连续曲线”钢箱梁顶推施工工艺，该施工 工艺在国内尚属首次采用。检测数据表明，顶推就位的钢箱梁 纵向误差为 3mm，横向误差为 2mm，吊索锚管处误差小于 5mm， 均远远小于设计允许偏差值。 江东大桥位于杭州市区东北角，全长 4332m，总投资 18.9 亿元，是目前钱塘江上在建投资规模最大的桥梁项目。中交路 桥建设承建的第二 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 段全长 1905m，桥梁部分长 1802.7m。大 桥结构别致、一桥多型、工艺复杂、技术难度高，同时应用了 大量新工艺。其中主通航孔桥造型独特，为三跨空间缆索自锚 式悬索桥，寓意“钱江帆影”。该悬索桥主跨 260m，采用独柱 桥塔、分离式钢箱加劲梁、空间缆索、边跨不设吊索，这种形 式的悬索桥在国内尚无先例。 自锚式悬索桥的施工特点是先梁后缆，其钢箱梁一般采 用顶推法进行安装。江东大桥钢箱梁顶推施工最独特之处就是 钢箱梁在安装架设阶段采用“五段连续曲线”的结构形式，该 结构形式使得顶推工艺变得非常复杂。这种顶推施工及悬索桥 上部空间缆索的体系转换技术，目前仅在法国米约桥和我国杭 州江东大桥得以成功实施。 27 We learn we go