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在通常的房屋结构设计过程中,常规设计方法先把上部结构隔离出来,并用固定支座来代替基础,求得上部结构的内力和变形以及支座反力;接着把支座反力作用于基础上,用材料力学的方法求得地基反力,从而得到基础的内力和变形;再把地基反力作用在地基或桩上来设计桩基础或校核地基强度和变形。这种设计方法忽略了计算上部结构时基础的变形和位移,也忽略了计算基础时上部结构的刚度,人为地把基础和上部结构分开计算。通过工程实践检验,发现上部结构实际内力往往与常规设计理论值有很大差距,基础的内力则比常规设计理论值小得多。因此,上部结构与地基基础共同作用问题在工程实践中被提出。
上部结构与地基基础共同作用,是把上部结构、基础和地基(有桩基础包括桩)三者看成一个整体,并要满足地基、基础与上部结构三者在接触部位的变形协调条件。利用共同作用来分析这三者的内力和变形的方法就称为共同作用分析方法。
本文引入了一个工程实例——湖北工业大学分析测试中心(框架结构)。首先使用现行规范方法即不考虑共同作用方法对该房屋的部分独立基础进行了沉降计算,然后提出共同作用方法及其基本计算原理,介绍了如何使用子结构法考虑共同作用的措施,并介绍了子结构法在大型有限元软件SATWE中的运用,应用SATWE软件进行了整栋房屋的模拟计算,得到共同作用下地基的沉降情况。在房屋施工过程中和使用初期我们对该房屋进行了沉降观测,得到了房屋沉降的真实数据。将上述两种计算结果与实测结果进行比较后,得到理论上我们所要求的结果——考虑共同作用的计算结果与实测值较为接近,从而验证了共同作用方法的科学性。
本文从沉降角度论证了共同作用方法,同时提出了今后在房屋建筑结构设计中值得注意和改进的地方,为房屋建筑结构设计提供了一定的参考和建议。今后可继续考虑针对不同的地基模型,采用共同作用方法整体计算上部结构内力、基础内力、地基内力及沉降;针对不同的结构型式(框架剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等),进一步验证共同作用方法的准确性。在建筑物主裙楼基础连接等方面也应采用共同作用方法作进一步探讨。