高层建筑上部结构、厚筏基础与地基共同工作的分析与研究
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摘要
随着高层建筑越建越高，采用筏形基础或桩筏基础时，筏板的厚度也不断增大。由于工程界中对于厚筏基础缺少研究，不了解其具体的受力特性，在厚筏基础设计方面缺乏成熟的设计理论和计算方法，厚筏基础仍按常规筏基的设计方法进行设计，往往造成筏板过厚，使基础造价过高，产生很大的浪费。
本文根据高层建筑上部结构、基础和地基共同作用的基本原理，提出一种厚筏基础的计算方法，考虑了多种因素影响，比较符合基础的实际受力状况。然后，通过建立结构模型，用数值计算的方法研究了上部结构、筏板厚度、地基压缩模量、筏板悬挑宽度和筏板砼等级五个因素对基础沉降、基底反力和筏板内力的影响，分析了厚筏基础的基本受力特性。另外，通过对一超高层建筑桩(厚)筏基础进行原位实测，取得了比较完备的实测资料，分析了基础沉降的特点和桩顶反力、桩间土反力和筏板钢筋应力的分布特点和规律，同时用有限元法进行了近似计算，与实测结果基本吻合。
本文对筏形基础提出了“外弱内强”的地基方案，对桩筏基础提出了“外弱内强”的布桩方式，从理论上这两种方法可以使筏基达到优化设计的目标，直接结果使筏板可以大大减薄，降低基础造价。
With the increase of height of tall buildings in our country, the thickness of raft become larger and larger when raft foundation or pile-raft foundation is adopted. Owning to lack of research on properties of thick-raft foundation, the appropriate designing principles and calculation methods are lacked in engineering field. Instead the traditional design methods that lack accuracy are used in designing thick-raft foundation. It usually results in too thick raft, and makes the cost of foundation very high.
In this paper, on the base of the interactive principles of superstructure, base and soil, a computation method of thick-raft foundation is brought forward in which many factors are considered. The method corresponds to real foundation working conditions. By research done on a structural model with numerical calculation method, the effects of some factors, such as superstructure stiffness, thickness of raft, compressive modular constant of soil, suspended width of raft and raft concrete intensity, on the working behavior of thick-raft foundation are analyzed. And in coordination with data obtained from an engineering test on site, the regularities of foundation settlement and the distribution properties of pile reaction, soil reaction and steel stress in raft, of the pile-(thick)raft tested are analyzed. In the same time, the calculating results with finite element method almost correspond with measured results.
And in the paper, the optimized design proposals of raft foundation and pile-raft foundation are presented, which can make the raft become thinner and the cost of foundation can decreases much more.
本文根据高层建筑上部结构、基础和地基共同作用的基本原理，提出一种厚筏基础的计算方法，考虑了多种因素影响，比较符合基础的实际受力状况。然后，通过建立结构模型，用数值计算的方法研究了上部结构、筏板厚度、地基压缩模量、筏板悬挑宽度和筏板砼等级五个因素对基础沉降、基底反力和筏板内力的影响，分析了厚筏基础的基本受力特性。另外，通过对一超高层建筑桩(厚)筏基础进行原位实测，取得了比较完备的实测资料，分析了基础沉降的特点和桩顶反力、桩间土反力和筏板钢筋应力的分布特点和规律，同时用有限元法进行了近似计算，与实测结果基本吻合。
本文对筏形基础提出了“外弱内强”的地基方案，对桩筏基础提出了“外弱内强”的布桩方式，从理论上这两种方法可以使筏基达到优化设计的目标，直接结果使筏板可以大大减薄，降低基础造价。
With the increase of height of tall buildings in our country, the thickness of raft become larger and larger when raft foundation or pile-raft foundation is adopted. Owning to lack of research on properties of thick-raft foundation, the appropriate designing principles and calculation methods are lacked in engineering field. Instead the traditional design methods that lack accuracy are used in designing thick-raft foundation. It usually results in too thick raft, and makes the cost of foundation very high.
In this paper, on the base of the interactive principles of superstructure, base and soil, a computation method of thick-raft foundation is brought forward in which many factors are considered. The method corresponds to real foundation working conditions. By research done on a structural model with numerical calculation method, the effects of some factors, such as superstructure stiffness, thickness of raft, compressive modular constant of soil, suspended width of raft and raft concrete intensity, on the working behavior of thick-raft foundation are analyzed. And in coordination with data obtained from an engineering test on site, the regularities of foundation settlement and the distribution properties of pile reaction, soil reaction and steel stress in raft, of the pile-(thick)raft tested are analyzed. In the same time, the calculating results with finite element method almost correspond with measured results.
And in the paper, the optimized design proposals of raft foundation and pile-raft foundation are presented, which can make the raft become thinner and the cost of foundation can decreases much more.
引文
[1]宰余珉、宰余璋，高层建筑基础分析与设计—土与结构物共同作用的理论与应用，中国建筑工业出版社，1993年。
[2]董建国、赵锡宏，高层建筑地基基础—共同作用理论与实践，同济大学出版社，1996年。
[3]龚晓南，土工计算机分析，中国建筑工业出版社，2000年。
[4]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年。
[5]彭安宁，天然地基筏形基础工程应用的分析与研究，建筑结构学报，2001年第1期。
[6]王明贵，筏板基础的计算研究与工程应用，建筑结构，2001年第2期。
[7]朱炳寅，高层建筑筏基设计方法的分析与探索，建筑结构，1999年第4期。
[8]彭安宁，筏板基础力学性状的实验研究，建筑结构学报，1999年第6期。
[9]中华人民共和国行业标准，高层建筑箱形与筏形基础技术规范(JGJ6—99)，中国建筑工业出版社，1999年。
[10]肖志荣、孙炳楠，高层建筑基础厚板的三维有限元分析，建筑结构，2001年第11期。
[11]王明贵、赵宁，考虑弹性支撑的厚板转换层实用计算方法，建筑科学，2000年第5期。
[12]曲庆璋，弹性板理论，人民交通出版社，2000年。
[13]彭安宁、钱力航，《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》讲座(二)，建筑结构，2000年第7期。
[14]华南理工大学等编，基础与地基，中国建筑工业出版社，1991年。
[15]姜福香、王玉田，上部结构—厚筏基础—土共同作用分析，土工基础，1998年第3期。
[16]林本海、刘玉树，筏板基础选型和设计方法的研讨，建筑结构，1999年第12期。
[17]史佩栋、高大钊、桂业琨，高层建筑基础工程手册，中国建筑工业出版社，2000年。
[18]史佩栋、高大钊、钱力航，21世纪高层建筑基础工程，中国建筑工业出版社，2000年。
[19]中华人民共和国国家标准，建筑地基基础设计规范(GBJ7—89)，中国建筑工业出版社，1989年。
[20]中华人民共和国行业标准，钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JCJ3—89)，中国建筑工业出版社，1989年。
[21]丁大均，关于高层建筑中箱基和上部框架的共同作用，建筑结构，2002年第8期。
[22]朱百里、曹铭葆、魏道垛，框架结构与地基基础共同作用的数值分析—线性与非线性地基，同济大学学报，1982年第4期。
[23]孙更生、郑大同，软土地基与地下工程，中国建筑工业出版社，1984年。
[24]张保良、赵锡宏、姜宏伟，上部结构—筏—桩—地基共同作用的分析，建筑结构学报，1997年第2期。
[25]赵锡宏等，上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理论，同济大学出版社，1989年。
[26]王莺歌，简体结构、桩筏基础与地基共同作用的理论研究及数值分析，西安建筑科技大学硕士学位论文，2002年。
[27]杨敏、王树娟、王伯钧、周融华，考虑极限承载力下的桩筏基础相互作用分析，岩土工程学报，1998年第5期。
[28]严平、龚晓南，桩筏基础在上下部共同作用下的极限分析，土木工程学报，2000年第4期。
[29]杨敏、王树娟，桩筏基础相互作用下土中应力场的变化规律，岩土工程学报，1999年第1期。
[30]刘金砺、迟铃泉，桩土变形计算模型和变刚度调平设计，岩土工程学报，2000年第3期。
[31]C.S.Desai, Numerical design-analysis for piles in sands, Proc. ASCE J Geotech. Engry.,Vol. 100, GT6, June, 1974。
[32]M. Ottavianni, Three-dimensional finite analysis of vertically loaded pile groups, Geotechnique, Vol25, No. 2,1975.
[33]J.A. Hooper, Elastic analysis of circular raft in adhesive contact with transversely isotropic medium, J. Geotechnique, No. 4,1975.
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[36]F. Basile, Meng, Non-linear analysis of pile groups, Geotechnical Engineering, 20001, 000(4M)
[37]Makris, N. Gazetas, G. Dells, E. Dynamic soil-pile-foundation-structure interaction:Records and predictions, Geotechnique, 1996,46(1)
[38]周国然、赵锡宏，桩一厚筏基础共同作用分析，上海高层建筑桩筏与桩箱基础设计理
论，同济大学出版社，1989年。
[39]中华人民共和国行业标准，建筑桩基技术规范(JGJ94-94)，中国建筑工业出版社，1995年。
[40]倪新华，筏基—群桩—土体共同作用的数值分析，同济大学博士学位论文，1990年。
[41]方世敏，上部结构与地基基础共同作用的子结构分析方法，建筑结构学报，1980年 第4期。
[42]阳吉宝、钟正雄，超长桩的荷载传递机理，岩土工程学报，1998年第6期。
[43]周正茂、赵福兴、侯学渊，桩筏基础设计方法的改进及其经济价值，1998年第6期。
[44]郭宏磊、郑晓冰，按正常极限状态确定桩筏基础中筏板厚度的方法，建筑结构，1999年第5期。
[45]金亚兵，弹性理论在群桩优化中的应用研究，工程勘察，1993年第2期。
[46]茜平一，高层建筑带桩基础优化设计，土工基础，1994年第1期。
[47]张云波，桩基础优化设计，工程力学增刊，1995年。
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[49]阳吉宝、赵锡宏，桩箱(筏)基础的优化与计算，计算力学学报，1997年第1期。
[50]朱伯芳，结构优化设计原理与应用，同济大学出版社，1988年。
[51]杨克己，基础—桩—土共同作用的性状与承载力研究，岩土工程学报，1988年第1期。
[52]宰金珉、王旭东，群桩与承台共同作用分析的简化数值法，第五届土力学及基础工程学术会议论文集，中国建筑工业出版社，1991年。
[53]管自立，软土地基上“疏桩基础”应用实例报告，城市改造中的岩土工程问题学术论文集，1990年。
[54]陈竹昌，桩与承台下地基土共同受力的设计，岩土工程师，1990年第1期。
[55]朱伯芳，有限元原理与应用，水利电力出版社，1979年。
[56]陕西电信网管中心大楼地质勘查报告。
[57]陕西电信网管中心大楼沉降观测报告
[2]董建国、赵锡宏，高层建筑地基基础—共同作用理论与实践，同济大学出版社，1996年。
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[49]阳吉宝、赵锡宏，桩箱(筏)基础的优化与计算，计算力学学报，1997年第1期。
[50]朱伯芳，结构优化设计原理与应用，同济大学出版社，1988年。
[51]杨克己，基础—桩—土共同作用的性状与承载力研究，岩土工程学报，1988年第1期。
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[55]朱伯芳，有限元原理与应用，水利电力出版社，1979年。
[56]陕西电信网管中心大楼地质勘查报告。
[57]陕西电信网管中心大楼沉降观测报告