上部结构、十字交叉梁基础和地基共同作用的分析
基础作用及分类
基础作用及分类我们所能见到的所有土木工程：楼房、工厂、公路、铁路、桥梁、大坝等，它们的重量都要传递给地基，由地球表面来承重。
所有的地球的表面——地壳是人类赖以生存的场所，它构成了一切工程建筑的环境和物质基础。
万丈高楼平地起，任何土木工程都建筑在地壳之上。
一、定义及作用：（一）定义1、基础将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构与地基土的下部结构称为基础。
一般用砖、石、混凝土及钢筋混凝土等材料建造。
2、地基指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。
并不是天然就理想的，所以需要地基处理。
3、地基处理指天然地基软弱，不能满足地基承载力和变形设计的要求，需要人工处理后再建造基础，也称基础加固。
4、人工基础指当天然土层的承载力差，对土层必需进行人工处理，（如将坏土挖掉，填以砂或块石混凝土后；或在天然土层内打桩、碾压、夯实），才能在上面建造建筑物或构筑物的土层。
即这种经过人工处理的土层，称人工地基。
（二）作用基础【Foundation】指建筑底部与地基接触的承重构件，它的作用是把建筑上部的荷载传给地基。
（通俗解说：基础就是放在土层或者岩石里(这些土层或者岩石叫做地基)，负责把上面建筑物的各种荷载(重量.包括房子的重量,房子里的机器设备的重量、人的重量、货物的重量等等全部重量)传到地基里去的那部分工程。
就像我们人的脚一样，负责把人和人身上所有东西的重量传到地上一样。
人没有脚就站不起来，房子没有基础也就立不起来。
）二、分类（一）按材料及受力特点分类1、刚性基础由刚性材料制作的基础称为刚性基础。
一般指抗压强度高，而抗拉、抗剪强度较低的材料就称为刚性材料。
常用的有砖、灰土、混凝土、三合土、毛石等。
为满足地基容许承载力的要求，基底宽B一般大于上部墙宽，为了保证基础不被拉力、剪力而破坏，基础必须具有相应的高度。
通常按刚性材料的受力状况，基础在传力时只能在材料的允许范围内控制，这个控制范围的夹角称为刚性角，用α表示。
砖、石基础的刚性角控制在(1：1.25)~(1：1. 50) (26o~33o) 以内，混凝土基础刚性角控制在1：1（45o）以内。
浅析基础的分类和地基处理的方法
较差 的材料建造 的基础为 刚性 基础 。刚性基础多用 于墙下条形 基础和荷载不 大的柱下独立基础。《 建筑地基规范 》 规定 ： 刚性基 础可用于 ６层和 ６层 以下 的民用建 筑和墙承重 的厂房 。柔性基 础的抗弯和抗剪性能好 ， 可在 竖向荷载较大 、 地基承载力不 高以
土体 的抗 剪强度有关， 也与基础型式 、 小和埋深等影 响因素有 大 关。 （） ２ 变形 问题 ， 地基变 形主要与荷载大小 和地 基土体的变形 特性有关 ， 也与基础型式 和基础尺寸大小等影响因素有关 。
２ 各类 建筑 物和构 筑 物对地 基 的要求
（） １稳定 问题， 地基 的稳 定性 ， 或地基承载力大小， 主要与地基
给基础选择可靠的持力层 。结构物荷载大小和性质不 同， 对地基 土的要求也不同 ， 因而会影响基础埋置深度 的选择 。在保证 建筑 物 基础安全稳定 、 耐久使 用 的前 提下 ， 应尽量浅 埋 ， 以便节 省投 资， 方便施工 。刚性基础是指用抗压性能较好， 而抗拉 、 抗剪性能
（） ３渗透 问题 ， 地基渗 透问题主要与地基 中水力 比将大小和 土体的渗透 性高低有关 ， 当天然地基不满足建 （ ） 如 构 筑物在上述 ３ 个方而 的要求时 ， 需要对天然地基进行地基处理。在土木工程
高等基础工程学试题
考 试 试 卷一、问答题（共40分）1、详述箱型基础内力的计算方法（共15分）2、详述静力载荷试验（共10分）3、简述一种上下部结构共同作用的分析方法（教材上的方法除外）（共15分）二、证明题（共10分）如图1所示，一无限长梁上局部受均布荷载，证明梁上A 点的挠度为)cos cos (221021a e a e bk qy a a λλλλ---=。
图 1三 、计算题（共50分）1、十字交叉基础，某中节点承受荷载P =200kN ，一个方向基础宽度b x =1.5m ，抗弯刚度EI x =750MPa·m 4，另一个方向基础宽度b y =1.2m ，抗弯刚度EI y =500 MPa·m 4，基床系数k =4.5MN/m 3，试计算两个方向分别承受的荷载P x ，P y 。
（注：441bkEIS ==λ）（6分） 2、均质粘土地基，其孔隙比e =0.89，土的重度γ=19kN/m 3，在如图2所示的框架结构中拟修建柱下筏形基础，按正常使用极限状态下的荷载效应标准组合时，传至各柱室内地面专业 学号 姓名2(±0.00)标高的荷载如图2所示，室外算起的基础埋深d =1.50m ，室外标高-0.30m ，地基土承载力特征值f ak =106kPa ，试计算图2横向中间带柱下荷载分配值和地基反力值，并绘出其板带受力图。
(注：图中柱荷载单位为kN ，柱采用C50现浇混凝土，截面尺寸为600mm×600mm ，柱外边缘悬挑跨度自定。
) （15分）图 23、某教学楼的预制桩桩径为400mm ，桩长10m ，穿越厚度l 1=3m,液性指数I L =0.75的粘土层；进入密实的中砂层，长度l 2=7m 。
桩基同一承台中采用3根桩，桩顶离地面1.5m 。
试确定该预制桩的竖向极限承载力标准值和基桩竖向承载力设计值。
（注：kPa 501=k s q ，kPa 802=k s q ，kPa 6000=pk q ，安全系数K 取2）（5分）4、如3所示，无限长梁上一组集中力作用下，求A 点的挠度 y 和弯矩 M 。
基础工程学-第4章 柱下十字交叉基础
当上部荷载较大、地基土较软弱，只靠单向设置柱下条形基础已不能满足地基 承载力和地基变形要求时，可用双向设置的正交格形基础，又称十字交叉基础。十 字交叉基础将荷载扩散到更大的基底面积上，减小基底附加压力，并且可提高基础 整体刚度、减少沉降差。因此这种基础常做为多层建筑或地基较好的高层建筑的基 础，对于较软弱的地基，还可与桩基连用。
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六个未知量、六个方程，所有未知量可解！
3
柱下十字交叉基础
单柱荷载分配
荷载分配原则：基础节点上应满足力平衡和变形协调条件
荷载分配方法： 一般分配方法 实用简化分配方法
实用荷载简化分配方法
所谓简化，即不考虑弯矩的分配。弯矩只作用于其 各自方向上的梁上。
荷载分配方法： 一般分配方法 实用简化分配方法
实用荷载简化分配方法
所谓简化，即不考虑弯矩的分配。弯矩只作用于其 各自方向上的梁上。
弹性地基梁 法（文克尔 地基梁法）
yx i
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yix f (Fi x )
yiy f (Fi y )
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Fx i
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f (Fi x ) f (Fi y )
Fi
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其中 Fi x Kix Fi
Fi y Kiy Fi
8
柱下十字交叉基础
荷载修正(补充内容)
为什么进行荷载修正？ 节点荷载分配完毕后，纵、横两个方向上的梁独立进行计算。 在柱节点下的那块面积在纵、横向梁计算时都被用到，即重复利用了 节点面积。节点面积往往占交叉条形基础全部面积的2030%，重复 利用使计算结果误差较大，且偏于不安全。
基础工程习题与答案
第二章浅基础设计基本原理一、单项选择题1、根据《建筑地基基础设计规范》的规定，计算地基承载力设计值时必须用内摩擦角的什么值来查表求承载力系数？A设计值 B 标准值 C 平均值2、砌体承重结构的地基允许变形值是由下列哪个值来控制的？A 沉降量B 沉降差C 局部倾斜3、在进行浅基础内力计算时，应采用下述何种基底压力？A 基底净反力B 基底总压力C 基底附加压力4、当建筑物长度较大时，，或建筑物荷载有较大差异时，设置沉降缝，其原理是？A 减少地基沉降的措施B 一种施工措施C 减轻不均匀沉降的建筑措施5、下列何种结构对地基的不均匀沉降最敏感？A 框架结构B 排架结构C 筒体结构6、框架结构的地基允许变形值由下列何种性质的值控制？A 平均沉降B 沉降差C局部倾斜7、高耸结构物的地基允许变形值除了要控制绝对沉降量外，还要由下列何种性质控制？A 平均沉降B沉降差C倾斜8、当基底压力比较大、地基土比较软弱而基础的埋置深度又受限制时，不能采用？A 筏板基础B 刚性基础C扩展式基础9、沉降计算时所采用的基底压力与地基承载力计算时所采用的基底压力的主要差别是？A 荷载效应组合不同及荷载性质（设计值或标准值）不同B 荷载性质不同及基底压力性质不同（总应力或附加应力）C 荷载效应、荷载性质及基底压力性质都不同10、防止不均匀沉降的措施中，设置圈梁是属于A 建筑措施B 结构措施C 施工措施11、刚性基础通常是指A 箱形基础B 钢筋混凝土基础C 无筋扩展基础12、砖石条形基础是属于哪一类基础？A 刚性基础B 柔性基础C 轻型基础13、沉降缝与伸缩缝的区别在于A 伸缩缝比沉降缝宽B 伸缩缝不能填实C 沉降缝必须从基础处断开14、补偿基础是通过改变下列哪一个值来减小建筑物的沉降的？A 基底的总压力B 基底的附加压力C 基底的自重压力15、对于上部结构为框架结构的箱形基础进行内力分析时，应按下述何种情况来计算？A 局部弯曲B 整体弯曲C 同时考虑局部弯曲和整体弯曲16、全补偿基础地基中不产生附加应力，因此，地基中.A 不会产生沉降B 也会产生沉绛C 会产生很大沉降17、按照建筑《地基基础设计规范》规定，需作地基承载力验算的建筑物的范围是。
基础工程简答题与参考答案（完整版）
基础工程简答题与参考答案（完整版）1、地基基础设计应满足哪些原则？2、基础设计时，合理分析方法与常规分析方法的主要区别是什么？3、什么叫基础的“架越作用”？其影响因素是什么？4、考虑上部结构刚度的影响，将建筑结构分几类？5、简述无筋扩展基础（刚性基础）的特点。
6、什么是地基、基础？什么叫天然地基？7、验算建筑物沉降是否在容许范围内，为什么首先要区分变形特征？8、当拟建相邻建筑物之间轻（低）重（高）悬殊时，应采取怎样的施工顺序？为什么？9、设计刚性基础时，地基承载力越大，刚性角是越大还是越小？为什么？10、天然地基上浅基础有哪些类型？11、什么叫地基土的冻胀性？冻胀对建筑物有什么危害？地基土冻胀性分类所考虑的因素是什么？确定基础埋深则，是否必须把基础底面放到冰冻深度之下？12、基础平均压力、基底平均附加压力、基底平均净反力在基础工程设计中各用在什么情况？13、地下水位变化对浅基础工程有何影响？14、什么是地基承载力特征值？15、什么是地基土的标准冻深？16、试述刚性基础和柔性基础的区别。
17、何谓基础的埋置深度？影响基础埋深的因素有哪些？18、何谓补偿基础？19、确定地基承载力的方法有哪些？20、何谓软弱下卧层？试述验算软弱下卧层强度的要点。
21、什么情况下需进行地基变形验算？变形控制特征有哪些？22、何谓上部结构与地基基础的共同作用？23、由于地基不均匀变形引起的建筑物裂缝有什么规律？24、减轻建筑物不均匀沉降危害的措施有哪些？三、简答1、答（1）在防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应有足够的安全度。
（2）控制地基的特征变形量不超过规范允许值，（3）满足基础结构的强度、刚度和耐久性。
2、答常规分析方法仅考虑了地基、基础和上部结构之间满足静力平衡条件，忽略了彼此之间的变形协调条件；而合理的分析方法以三者同时满足静力平衡和变形协调两个条件为前提。
3、答刚性基础能跨越基础底中部，将所承担的荷载相对集中地传至基底边缘的现象叫作基础的“架越作用”。
高层建筑试题及答案
第一章 概论（一）填空题1、我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)规定：把10层及10层以上或房屋高度大于28m 的建筑物称为高层建筑，此处房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。
2．高层建筑设计时应该遵循的原则是安全适用，技术先进，经济合理，方便施工。
3．复杂高层结构包括带转换层的高层结构，带加强层的高层结构，错层结构，多塔楼结构。
4．8度、9度抗震烈度设计时，高层建筑中的大跨和长悬臂结构应考虑竖向地震作用。
5．高层建筑结构的竖向承重体系有框架结构体系，剪力墙结构体系，框架—剪力墙结构体系，筒体结构体系，板柱—剪力墙结构体系；水平向承重体系有现浇楼盖体系，叠合楼盖体系，预制板楼盖体系，组合楼盖体系。
6．高层结构平面布置时，应使其平面的质量中心和刚度中心尽可能靠近，以减少扭转效应。
7．《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002适用于10层及10层以上或房屋高度超过28m 的非抗震设计和抗震设防烈度为6至9度抗震设计的高层民用建筑结构。
9 三种常用的钢筋混凝土高层结构体系是指框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构。
第二章 高层建筑结构设计基本原则(一)填空题1．地基是指支承基础的土体，天然地基是指基础直接建造在未经处理的天然土层上的地基。
2．当埋置深度小于基础底面宽度或小于5m ，且可用普通开挖基坑排水方法建造的基础，一般称为浅基础。
3，为了增强基础的整体性，常在垂直于条形基础的另一个方向每隔一定距离设置拉梁，将条形基础联系起来。
4．基础的埋置深度一般不宜小于0.5m ，且基础顶面应低于设计地面100mm 以上，以免基础外露。
5．在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础，其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18—1/20。
6．当高层建筑与相连的裙房之间设置沉降缝时，高层建筑的基础埋深应大于裙房基础的埋深至少2m 。
建筑结构地基与基础的关系
建筑结构地基与基础的关系摘要随着我国经济的快速发展，高层建筑如雨后春笋般大量涌现。
由于高层建筑的受力复杂，对基础的强度、刚度和稳定性的要求更加严格。
因此，上部结构和基础、地基的共同工作问题，成为高层建筑分析中人们所关注的问题。
本文对建筑基础分类及构造，基础埋深及地基和基础的关系作了一定的阐述。
关键词地基；基础；构造；关系1 基本概念1）基础是建筑物地面以下的承重构件，它承受建筑物上部结构传下来的全部荷载，并把这些荷载与基础自身荷载一起传给地基。
基础是建筑物的组成部分；2）地基是基础下面承受荷载的土层，承受着基础传来的全部荷载。
地基不属于房屋组成部分；3）地耐力。
地基每平方米所能够承受的最大压力，称为地基允许承载力。
地基基础的投资一般占整个建筑物总投资的10%~20%。
2 天然地基和人工地基天然地基：当地基有足够承载力，不需要经过人工加固，可直接在其上建造房屋，称为天然地基；2）人工地基：土层的承载力较差，或虽然土层较好，但上部荷载较大时，为了使地基具有足够的承载力，对土层进行人工加固和改良，这种经过人工处理的土层，称为人工地基。
3 基础的埋置深度1）影响基础埋深的因素：建筑物上部荷载的大小、地基土质的好坏、地下水位的高低、土的冰冻的深度以及新旧建筑物的相邻交接关系等。
2）类别深基础——埋置深度大于4m ；浅基础——埋置深度小于0.5m~4m 之间；不埋基础——直接做在地表面上的基础。
为了防止冻融时土内所含的水的体积发生变化会对基础造成不良影响，基础底面应埋在冰冻线（结冰的土层厚度处）以下200mm。
3）基础埋深：基础埋深是指室外地坪到基础底面的距离4 基础的分类及构造4.1刚性基础构造1）毛石基础。
抗压、冻、抗水、抗腐蚀性能好适用于地下水位较高或冻结深度较深的多层民用建筑。
2）砖基础：因砖易受潮，抗冻性差，在砖基下面放置垫层，垫层地材料可用3 ：7 灰土、碎砖三合土或砂等；适用于地基土质好，地下水位较低的低层建筑（5 层以内）。
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中图分类号 ： Ｕ ７ ．２ Ｔ ４ １１
文献标识码 ： Ａ
上部结构和地基基础的共 同作用一直是岩土工 程学科的研究重点 ， 国内外许多学者¨ 。已进行了大 量的研究 ， 其主要 问题集中在基础的反力分布规律 和共同作用对地基 内力分布的影响． 十字交叉梁基 础通常用于多层框架结构和部分地质条件好的高层 建筑 ， 由于其抗扭刚度 比抗弯刚度小得多 ， 可以认为 弯矩 ， 作用 在相 应 方 向的梁 上 ， 因此 问题 的关 键是如何计算节点集 中力在 ， 方 向的分配 ， Ｙ 由于
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华 南 理 工 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
第３ ４卷 第 ７期 ２０ ０６年 ７月
Ｊ ｕ ｎａ ｆＳｏ ｔ ｏ ｒ ｌｏ ｕ ｈ Ｃｈｉ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｌ ｙ ｎａ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｃ ｎｏｏｇ
Ｖ Ｏ ． ４ ＮＯ． １３ ７ Ｊ ｙ ２ ６ ｕｌ ００
（ ａｕａ ＳｉｎｅＥ ｉｏ ） Ｎ ｔｒｌ ｃ ｃ ｄｔ ｎ ｅ ｉ
文章编号 ： ００５５ （０６０ － ８－６ １０－ Ｘ ２０ ）７０ ８０ ６ ０
上部结构 、 十字交叉梁基础和地基共 同作 用的分析 木
何春保 蔡 健 林 凡
共同作用的变分法， 但计算复杂 ， 且对于地基土不能 考虑其分层特性 ， 李志飙等 采用有限单元法分析 了上部结构 一 十字交叉梁基础和分层地基的共 同作 用， 但由于有限单元法 自由度多 ， 较难考虑土的半无
限性 ， 因此 ， 实 际应用 中 比较 困难 ． 在 本研 究 在 已有 文献 的基 础 上 ， 用半 解 析半 数 采 值 方法 ， 考虑 上部 结 构 刚度 时 十 字 交叉 梁 基 础 与地
力为
…
．
，
． ．
直接作用在
相应 方 向的梁 上 ； Ｙ两 方 向 梁之 间 在 交 叉 点处 的 ，
…
，
于 是两 个 方 向梁 的 受力 可 简 化 ， 图 ２ 如
收稿 日期 ： ０ ５０ ．４ ２０ ．８１
（ ） （ ） 示． ｂ 、ｃ 所 十字 交 叉 梁 基础 与地 基 的 共 同作 用
．
基的共同作用 ， 即将上部结构刚度等效成一弹性板 ， 而十字交叉梁基础则分为两个方 向的弹性梁 ， 利用
梁 、 的弹 性理 论 ， 过 顶板 、 板 通 柱子 、 弹性 梁 、 地基 的
柱荷 载 Ｆ ， Ｍ ， ＭＹ 的 作 用 ， 设 Ｆ 直 接 假
ｕｘ， ｖ Ｕ
作用在 Ｙ 方向梁上 ， 而弯矩
十字 交叉 梁基 础 内力的计 算涉 及到 与上 部结 构和地 基基 础 的共 同作用 ， 对该 问题 的研 究 比较 复杂． 刘 开 国 提 出 了 上 部 结 构 一十 字 交 叉 梁 基 础
力与 变形协 调来 求解 上部结 构 一十字交 叉梁 基础 一
地基的共同作用． 整体计算模型如图 １ 所示．
将式（ ） （ ） １ 一 ３ 代人式 （ ） 得到竖向应变 为 ４，
Ｉ Ｊ （ ） 一 詈一
第 ｔ 土 的弹性模 量 和泊松 比． 层 上 ，式 （ ） ５ 变为
㈣
式 中 ： Ｘ— ＋（ Ｒ ＝（ ） Ｙ一叼 ＋ Ｅ 和 分 别 为 ） ｚ； 当单位 荷 载作用 在矩形 面 积 （ 一 ） 叼 ） （ 一
基 金项 目： 广东省 自然科学基金 资助项 目（２ ９５ ００ ６ ）
作者简介 ： 春保 （ ９４ ） 男 ， 何 １７ － ， 博士 生 ， 主要从 事 土与结 构物的共同作用 的研 究． ｍａ ： ｃ １３ ＠１３Ｃｍ Ｅ ｉ ｈｂ ２８ ６ ． ｌ Ｏ
就 变 为 ， Ｙ两个 方 向梁 和 地基 、 子 、 板 （ 部 结 柱 顶 上 构） 的共 同作 用 问 题 ， 而 可 以通 过 它们 之 间 的力 从
图 ２ 间 化 后 嗣 计 ＿ 模 型 鼻
ｗｘ ） ∑△ ）＝ 。（ ） ｚ （ （ ｙ＝ 。 ， ∑Ｉ ， ８ ， （， ） ，ｄ ） ）
与 位移 协调求 解．
维普资讯
第７ 期
何 春保 等 ： 上部结构 、 十字交叉 梁基础和地基 共同作用 的分析
８ ９
图 ３ 集 中力 作 用 在 分 层 地 基 上
（） ａ 交叉梁
Ｆ ｇ ３ Ｃｏ ｃ ｎｒ ｔｄ ｆｒ ｅ ａ ｔ ｇ ｏ ａ ｅ ｅ ｏｌｍｅ ｉｍ ｉ． ｎ ｅ ｔ ｅ ｏ ｃ ｃｉ ｎ ａ ｌｙ ｒｄ ｓ ｉ ａ ｎ ｄｕ
（ 华南理 工大 学 建筑学 院 ， 广东 广州 ５ ０４ ） １６ ０
摘
要： 基于弹性梁理论和 Ｂ ｕｓ ｅ ｏｓ ｎｓ ， ｉ ｑ解 将弹性地基上的十字交叉梁基础分为两个方
向的梁 ， 并将上部结构简化为等效刚度板 ， 通过梁与地基以及梁柱板之 间的力与位移平衡
协调分析 ， 得到了考虑上部结构刚度 时十字交叉梁基础与地基共 同作 用的半数值半解析 解， 算例表明， 中方法精度可靠， 文 计算未知量 少， 便于实际工程采用． 关键词 ： 十字交叉梁； 基础 ； 地基 ； 同作用； 共 半数值半解析解
图 １ 整体计 算模 型
Ｆ ｇ １ Ｗ ｈ ｌ ａ ｃ ｌｔ ｎ ｍｏ ｅ ｉ ． ｏ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｉ ｄ ｌ ｏ
１ 计算模 型
假定在 ， Ｙ方向分别有 ／ ，ｒ ￣ ／ 根梁（ ２ ａ ） ｒ￣ 图 （） ，
长度 分别 为 ， ， 受 地 基 反 力 Ｆ 以及交叉点处受 Ｊ ，， Ｊ