圆形（框筒）和方形荷载作用下大底盘框架厚筏基础反力及变形特征研究
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摘要
大底盘框架厚筏基础作为地下车库通常布置规则的柱网,而圆形框筒结构主楼荷载在基础和地基上近似于径向传力,两种结构体系并不一致,基础上荷载差异较大,其整体工作性能较为复杂。目前对其研究较少。
本文通过室内模型试验和数值计算,对圆形框筒结构主楼和方形主楼布置于同一大底盘框架厚筏基础与地基共同作用问题进行了研究。试验结果表明:圆形框筒结构主楼荷载的有效扩散范围为距主楼外边缘周向一跨,这一区域内筏板的反力和变形较大,同时变形较为均匀,基础反力呈环状向外衰减;对于主楼周向外挑两跨的情况,基础的薄弱部位为主楼角端至基础筏板的角端,呈明显的柔性板特征。
本文以最小势能原理为基础,编制了有限压缩层地基上的三维框架-厚筏有限元程序,能够近似的计算竖向荷载作用下局部区域不规则的框架厚筏基础的基底反力和变形。
The large-area frame-thick raft foundation as underground garage is usually set as regular column grid, while the circular frame-corewall structure load on the basis and foundation is similar to the spread of radial. Because of variances of the two structural system and great differences between the rigidity and load, working performance of the whole structure is very complicated. So far research on this topic is very rare.
This paper researches on the interaction of soil and large-area frame-thick raft foundation under the circular frame-corewall superstructure and square-shape superstructure based on model test and numerical calculation. According to the test result, the effective spreading region of circular frame-corewall load is the annexes region from the superstructure of one span with large contact pressure and homogeneous settlement and the contact pressure attenuates as circle ; The annexes between multi-towers show limited rigidity influenced by multi-towers load ; As frame-thick raft are cantilevered out for two span , the region between the main buildings corner and the raft corner is the weakest part and shows obvious flexible plate characteristics.
In this paper, computer program for space frame-thick raft on limited compression soil layer using finite element method was compiled by means of the energy principle and the calculating results are consistent with the test results. The program can be applied to approximately calculate contact pressure and settlement of frame-thick raft foundation under irregular vertical load.
本文通过室内模型试验和数值计算,对圆形框筒结构主楼和方形主楼布置于同一大底盘框架厚筏基础与地基共同作用问题进行了研究。试验结果表明:圆形框筒结构主楼荷载的有效扩散范围为距主楼外边缘周向一跨,这一区域内筏板的反力和变形较大,同时变形较为均匀,基础反力呈环状向外衰减;对于主楼周向外挑两跨的情况,基础的薄弱部位为主楼角端至基础筏板的角端,呈明显的柔性板特征。
本文以最小势能原理为基础,编制了有限压缩层地基上的三维框架-厚筏有限元程序,能够近似的计算竖向荷载作用下局部区域不规则的框架厚筏基础的基底反力和变形。
The large-area frame-thick raft foundation as underground garage is usually set as regular column grid, while the circular frame-corewall structure load on the basis and foundation is similar to the spread of radial. Because of variances of the two structural system and great differences between the rigidity and load, working performance of the whole structure is very complicated. So far research on this topic is very rare.
This paper researches on the interaction of soil and large-area frame-thick raft foundation under the circular frame-corewall superstructure and square-shape superstructure based on model test and numerical calculation. According to the test result, the effective spreading region of circular frame-corewall load is the annexes region from the superstructure of one span with large contact pressure and homogeneous settlement and the contact pressure attenuates as circle ; The annexes between multi-towers show limited rigidity influenced by multi-towers load ; As frame-thick raft are cantilevered out for two span , the region between the main buildings corner and the raft corner is the weakest part and shows obvious flexible plate characteristics.
In this paper, computer program for space frame-thick raft on limited compression soil layer using finite element method was compiled by means of the energy principle and the calculating results are consistent with the test results. The program can be applied to approximately calculate contact pressure and settlement of frame-thick raft foundation under irregular vertical load.
引文
1.黄熙龄.地基基础工程科学发展五十年.建筑结构,1999年第10期
2.《高层建筑箱型与筏型基础技术规范》(JGJ 6-99).中国建筑工业出版社,1999
3.黄熙龄.高层建筑厚筏反力及变形特征试验研究.岩土工程学报,Vol.24(2),2002,131-136
4.郑刚.高等基础工程学.机械工业出版社,2007
5.H.F.温特科恩,方晓阳主编.基础工程手册(中译本).中国建筑工业出版社,1983
6.华南理工大学,东南大学等.地基与基础.中国建筑工业出版社,1998
7.顾晓鲁,钱鸿缙等.地基与基础(第二版).中国建筑工业出版社,1993
8.《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002).中国建筑工业出版社,2002
9.黄义,何芳社.弹性地基上的梁、板、壳.科学出版社,2005
10.哥尔布诺夫—伯沙道夫著.华东工业建筑设计院译.《弹性地基上构筑物的计算》,第一版中译本,中国工业出版社,1957
11.宰金珉,宰金璋.高层建筑基础分析与设计.中国建筑工业出版社,1993
12.Meyerhof,G.G..Some Recent Foundation Research and Its Application to Design.The Structural Engineer.Vol.31,No.6,1953,151-167
13.Chamecki,S..Structural Rigidity in Calculating Settlements.Jour.Soil Mech.And Found.Div.,A.S.C.E..Vol.82,SM1,1956,1-9
14.Cheung,Y.K.and Zienkiewicz,O.C..Plates and Tanks on Elastic Foundation —An Application of Finite Element Method.Jour.of Solids and Structures.Vol.1,1965,451-461
15.M.J.Haddadin.Mats and Conbined Footings Analysis by the Finnite Element Methods.J.ACI.Vol.68(12),1971
16.张问清,赵锡宏.逐步扩大子结构法计算高层结构刚度的基本原理.建筑结构学报.Vol.1(4),1980,66-70
17.方世敏.上部结构与地基基础共同工作的子结构分析法.建筑结构学报.Vol.1(4),1980,71-79
18.钱力航,黄绍铭等.上部结构刚度对箱形基础整体弯矩影响的探讨.建筑结构学报.Vol.2(1),1981,69-77
19.朱百里,曹名葆等.框架结构与地基基础共同作用的数值分析.同济大学学报.Vol.9(4),1981,15-31
20.姚祖恩,张季容.框架、筏基和土系统共同作用机理的探讨.岩土工程学报.Vol.6(6),1984,30-41
21.宰金珉,张问清等.高层空间剪力墙结构与地基共同作用三维问题的双重扩大 子结构有限元—有限层分析.建筑结构学报.Vol.4(5),1983,57-70
22.裴捷,张问清等.考虑砖填充墙的框架结构与地基基础共同作用的分析方法.建筑结构学报.Vol.5(4),1984,58-69
23.郭天强.框架下筏式基础的反力及其在极限状态下的性状.中国建筑科学研究院硕士研究生论文.1988
24.陈祥福著.沉降计算理论及工程实例.科学出版社.2005
25.董建国,赵锡宏著,高层建筑地基基础—共同作用理论与实践.同济大学出版社,1997
26.J.S.普齐米尼斯基著,王德荣等译.矩阵结构分析理论.国防工业出版社,1975
27.A.P.S.赛尔瓦杜雷著,范文田等译.土与基础相互作用的弹性分析.中国铁道出版社,1984
28.龙驭球.弹性地基梁的计算.人民教育出版社.1981
29.陈晓平.基础工程设计与分析.中国建筑工业出版社.2005
30.何颐华.大基础地基压缩层深度确定法的探讨.地基基础论文集.中国建筑科学研究院地基基础研究所.1994
30.陈惠发.混凝土和土的本构方程.中国建筑工业出版社.2004
31.袁勋.高层建筑局部竖向荷载作用下大底盘框架厚筏变形特征及基底反力研究.中国建筑科学研究院博士研究生论文.1996
32.宫剑飞.多塔楼荷载作用下大底盘框筏基础反力及沉降计算.中国建筑科学研究院博士研究生论文.1999
33.邸道怀.圆形框筒高层结构大底盘框筏基础反力及变形特征研究.中国建筑科学研究院博士研究生论文,2004
34.朱红波.L形高层建筑下大底盘框架厚筏基础反力及变形特征研究.中国建筑科学研究院博士研究生论文,2007
35.包世华、方鄂华.高层建筑结构设计.清华大学出版社,1990.
36.赵西安.现代高层建筑结构设计.科学出版社,2001
37.林同炎.结构概念和体系.中国建筑工业出版社,1999
38.程懋堃.关于框简结构设计.建筑结构学报.Vol.19(2),1998,2-11
39.《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002).中国建筑工业出版社,2002
40.湖南大学等合编.建筑结构试验.中国建筑工业出版社.2003
41.陈忠汉、胡夏闽等主编.组合结构设计.中国建筑工业出版社.2005
42.杨桂通.弹塑性力学引论.清华大学出版社.2004
43.王勖成,邵敏.有限单元法.清华大学出版社.2003
44.诸德超,王寿梅.结构分析中的有限元素法.国防工业出版社,1981
45.Rao S S.The Finite Element Method in engineering.Oxford;Pergamon Press,1982
46.Strang G,Fix G,An Analysis of The Finite Element Methods.New jersey; prenticehall,1993
47.李南南、吴清等.MATLAB简明教程.清华大学出版社,2006
48.蔡大用、白峰杉.现代计算方法.科学出版社,2000
49.王家文等.MATLAB7.0编程序基础.机械工业出版社,2005
50.徐荣桥.结构分析的有限元法与MATLAB程序设计.人民交通出版社,2006
51.叶于政,孙家乐.高层建筑箱形基础与地基和上部结构共同作用机理的初步探讨和采用弹性杆的简化计算方法.《北京工业大学学报》,1980年第3期
52.孙家乐,张镭.从高层建筑结构与地基基础相互作用研讨连续基础简化计算.中国土木工程学会第四届土力学基础工程学术会议论文选集,中国建筑工业出版社,1986
53.刘开国.高层框架与箱形基础的整体计算—半解析半残数法.《岩土工程学报》,1987年第5期
54.中国建筑科学研究院地基基础研究所.多幢塔楼作用下大底盘框架厚筏基础结构分析与设计.2004
55.袁勋,宫剑飞.高层建筑厚筏基础的简化计算分析.建筑科学,VOL.17,NO.2,2001,1-4
56.宫剑飞.高层建筑与裙房基础整体连接情况下基础的变形及反力分析.土木工程学报,VOL.35,NO.3,2002,46-49
57.曾攀.有限元分析及应用.清华大学出版社,2004
58.王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法(第二版).清华大学出版社.1997
59.黄克智等.板壳理论.清华大学出版社.1987
60.E.Reissner.The effect of transuerse shear deformation on the banding of elastic plates,Journal of Applied Mechanics,Vol.12(2),1945,69-74
61.谢康和、周建.岩土工程有限元分析理论与应用.科学出版社.2002
62.朱伯芳.有限单元法原理与应用.中国水利水电出版社.1998.
63.Timpathi R.Chandrupatla等著,曾攀译.工程中的有限单元法.清华大学出版社.2006
64.土工试验方法标准(GB/T 50123-1999).中国计划出版社.1999
65.X.Yuan,J.F.Gong&X.L.Huang.Research on the Behavior of Large-area Thick Raft Foundation.15th ICSMGE,Volume 1,Istanbul,2001,807-810
66.J.F.Gong,X.L.Huang&Y.J.Teng.Rigidity Characteristic and Deformation Calculation of Large-area Thick Raft Foundation.16th ICSMGE,Osaka,2005
67.滕延京等.地基基础按变形控制设计的理论与实践.武汉理工大学出版社,2001
68.中国建筑科学研究院地基所.大底盘高层建筑基础设计施工技术及灾害防治.2006
69.李庆扬,易大义,王能超编.现代数值分析.高等教育出版社,1995
70.吴家龙编著.弹性力学.同济大学出版社,1987
71.钱力航.高层建筑箱基与筏形基础的设计与计算.中国建筑工业出版社,2003
72.赵锡宏等.带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的设计理论与实践.同济大学出版社,1999
73.王曙光.文克尔地基上四边自由矩形带肋梁板的计算.工程设计CAD与智能建筑.2000年第8期
74.胡海昌.弹性力学的变分原理及其应用.科学出版社.1981,5
75.朱炳寅.高层建筑筏基设计方法的分析与探索.建筑结构.Vol.29(4),1999,54-57
76.黄熙龄,秦宝玖等.地基基础的设计与计算.中国建筑工业出版社.1981
77.刘开国.十字交叉弹性地基梁与空间高层框架相互作用的分析.建筑结构学报.Vol.5(4),1984,70-79
2.《高层建筑箱型与筏型基础技术规范》(JGJ 6-99).中国建筑工业出版社,1999
3.黄熙龄.高层建筑厚筏反力及变形特征试验研究.岩土工程学报,Vol.24(2),2002,131-136
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5.H.F.温特科恩,方晓阳主编.基础工程手册(中译本).中国建筑工业出版社,1983
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7.顾晓鲁,钱鸿缙等.地基与基础(第二版).中国建筑工业出版社,1993
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10.哥尔布诺夫—伯沙道夫著.华东工业建筑设计院译.《弹性地基上构筑物的计算》,第一版中译本,中国工业出版社,1957
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50.徐荣桥.结构分析的有限元法与MATLAB程序设计.人民交通出版社,2006
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54.中国建筑科学研究院地基基础研究所.多幢塔楼作用下大底盘框架厚筏基础结构分析与设计.2004
55.袁勋,宫剑飞.高层建筑厚筏基础的简化计算分析.建筑科学,VOL.17,NO.2,2001,1-4
56.宫剑飞.高层建筑与裙房基础整体连接情况下基础的变形及反力分析.土木工程学报,VOL.35,NO.3,2002,46-49
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68.中国建筑科学研究院地基所.大底盘高层建筑基础设计施工技术及灾害防治.2006
69.李庆扬,易大义,王能超编.现代数值分析.高等教育出版社,1995
70.吴家龙编著.弹性力学.同济大学出版社,1987
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72.赵锡宏等.带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的设计理论与实践.同济大学出版社,1999
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