高层建筑基础分析与设计解析
高层建筑结构与设计
浅议高层建筑结构分析与设计王优敏 陕西金钼集团金堆城花园建设工程指挥部摘 要：高层建筑是近代工业化高度发达的产物，是衡量一个国家科技进步的重要指标。
由于高层建筑结构的复杂性，对其结构设计的研究成为结构工程师的热点话题。
本文对高层建筑结构设计遇到的问题进行了必要的介绍，同时归纳总结了结构设计要点和分析方法。
关键词：高层建筑；结构分析；方法1 前言高层建筑是人类向空间索取生存空间的一项创举，由于其具有优良的动、静工作性能，且能节约大量钢筋，经济效益显著，同时也是展示一个国家科技技术水平，城市繁荣富强的重要标志，因此日益成为各国所追宠的建筑结构形式。
由于其建筑形式多样，受力复杂，地震、强风等灾害对其结构安全有重大的影响，故需要建筑工程师对其进行合理科学化设计，由于现在计算机技术的发展为高层建筑结构的结构分析提供了技术支撑，加之新的施工设备和方法也在不断出现，从而为其的广泛应用提供了必要的技术支撑。
本文主要对高层建筑结构设计出遇到的问题进行简要介绍，同时对其的受力特点、结构形式进行了必要的分析总结。
2 设计高层建筑结构时需注意的问题2.1 把握好结构强度与延性设计[1]高层建筑结构设计时要保证在遭遇强自然灾害时能够具有很强的变形能力，避免倒塌发生。
因此在设计中一方面要保证其具有足够的强度，同时也要保证其具有必要的延性，从而避免脆性破坏。
好的延性能够使结构进入弹塑性工作状态，通过塑性变形能够更好的吸收能量，抵御高烈度的地震。
在高层建筑结构所用混凝土强度等级和截面尺寸确定之后，使各种非受力钢筋和受力钢筋满足恰当的配筋率，防止截面含钢量超标，这是控制结构刚度、强度和裂缝的重要手段。
高层建筑构件的含钢量如果超出适当范围（低或是高），则会对结构的体系、布置或是刚度产生不利影响，应对结构重新进行调整设计。
2.2 把握好高层建筑结构的稳定性为了保证高层结构的稳定性，避免发生倾覆事故，《高层建筑混凝土结构技术规范》对结构的高宽比 H/B 的比值进行了限值[2]。
湿陷性黄土地区高层建筑地基基础设计分析
2022年第2期（总第410期）一般情况下，黄土在内部附加应力和其上部覆盖层的重力作用下，水会破坏黄土内部的机构，导致下沉现象，减少黄土强度。
并不是所有的黄土都具备湿陷性的特征，具有湿陷性的黄土一般都是距离地表较近的黄土土质类型，大约为几十米。
同时黄土的湿陷性特征是导致其发生变形的重要原因，很容易造成地基沉降和变形、地面开裂等严重问题，在上部建造的建筑物安全也会受到影响。
由此在湿陷性黄土地质区域建设高层建筑期间，一定要严格勘测当地的地基特征，分析黄土的类型和强度，选择合适的地基处理方法，进而减少黄土湿陷性特征，提升建筑物建设的稳定性。
1影响黄土湿陷性的相关因素1.1黄土微粒的影响在黄土微粒中，其所含有的微粒含量和胶结作用呈现的是正比关系。
黄土表现出湿陷性特征主要是微粒含量少，粒径在2μm 以下颗粒含量少就可导致湿陷性黄土的出现，并且如果微粒数量少，其内部也不能产生立体镶嵌的形式，整个结构胶结强度也会随之降低，造成较为严重的湿陷性状况。
1.2可溶盐的影响目前所了解的黄土地质类型中，易溶盐和难溶盐属于其熔盐的主要成分，二者和黄土内部水分量存在着直接的关系。
如果黄土内部水分含量少，那么此时易溶盐会以固态的形式呈现，以骨架支撑的形式提升黄土内部的强度。
此时的黄土强度也会随之提升[2]。
随着黄土内部水分含量的提升，表现出极强的湿陷性特征，此时难溶盐会增强胶结的作用，以骨架支撑的方式提升黄土强度。
如果难溶盐在黄土内部的含量较高，那么黄土则不会出现十分明显的湿陷性特征。
1.3含水率的影响在黄土地质情况下，如果其本身天然的含水量较低，在吸水之后就会产生较大的形变，此时黄土湿陷性较弱[3]。
在天然状态下如果黄土含水量高，此时其内部应力会保持长期平衡的状态，降低湿陷性。
如果其含水量超出25%，并且黄土高度低于地下水位，也不会出现十分明显的湿陷性特征。
1.4干重度的影响黄土孔隙状况可被表示为干重度。
干重度与黄土湿陷性程度成反比，即干重度越大，孔隙越小，黄土吸水性弱，其本身的湿陷性也不会十分明显[4]。
合理设计高层建筑基础筏板厚度
合理设计高层建筑基础筏板厚度在当今城市的天际线中，高层建筑如林立的巨人般矗立。
而这些高楼大厦的稳固性和安全性，很大程度上取决于其基础的设计，其中基础筏板的厚度设计更是至关重要。
基础筏板，作为高层建筑基础的重要组成部分，承担着将上部结构传来的巨大荷载均匀分散到地基中的关键任务。
如果筏板厚度设计不合理，就可能导致建筑物不均匀沉降、倾斜甚至倒塌等严重后果。
因此，合理设计高层建筑基础筏板厚度是一项极其重要的工作。
要设计出合理的筏板厚度，首先需要充分了解建筑物的上部结构特点和荷载情况。
上部结构的类型、高度、使用功能以及结构体系等因素都会对基础产生不同的荷载要求。
例如，高层住宅和商业写字楼的荷载分布就可能存在较大差异。
住宅通常以均匀分布的活荷载和恒荷载为主，而写字楼可能会因为局部的集中荷载（如大型设备、会议室等）而对基础产生特殊的要求。
同时，地质条件也是决定筏板厚度的关键因素之一。
不同的地质土层具有不同的承载力和压缩性。
如果地基土的承载力较高、压缩性较小，那么筏板厚度可以相对较薄；反之，如果地基土软弱、承载力低、压缩性大，就需要增加筏板厚度来提高基础的稳定性和抵抗变形的能力。
在实际工程中，地质勘察报告是了解地质条件的重要依据。
勘察人员会通过钻探、取样和试验等手段，获取土层的物理力学性质指标，为基础设计提供准确的数据支持。
此外，建筑物所在地区的抗震设防要求也会影响筏板厚度的设计。
在地震作用下，基础需要具备足够的刚度和整体性，以抵抗地震力的影响。
抗震规范通常会对基础的设计提出一些特殊要求，例如增加基础的埋深、提高基础的抗弯和抗剪能力等。
这些要求可能会导致筏板厚度的增加。
在计算筏板厚度时，需要运用到一系列的力学分析方法和设计理论。
常见的有弹性地基梁法、有限元法等。
弹性地基梁法是一种较为传统的计算方法，它将地基视为弹性体，通过求解梁的内力和变形来确定筏板的厚度。
有限元法则是一种更为精确的数值分析方法，它可以模拟地基和筏板的复杂受力状态，得到更为准确的结果。
某高层建筑结构设计解析
高混凝土强度和加大竖向构件 （ 框支柱、落地剪力墙 ） 尺寸
等 措 施 来 提 高 楼 层 的 抗 侧 移 刚 度 ，使 转 换 层 上 下 层 等 效 侧 向
刚 度 比 （７ｅ）宜接 近 １ 不 大于 １ 。 且 ３
—
．
．Ｌ ＿ ２
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公 式 中 ：Ｇｉ Ｇ＋ … ， ｉ１ 凝土受压弹性模量 ），Ｍ Ｐａ；
求 有 较 大 空 间 ，纵 向 外 框 架 有
半 左 右柱 子 不 能 落 到 基 础 ，
因此 在技 术 设 备层 处设 置 了 转换 梁 来 进行 竖 向荷 载传 递 。 转 换 梁 设 在 技 术 设 备 层 ， 梁 高 等 于 技 术 层 层 高 （ ５ ），是 跨 度 为 ９０ ｍ的 多跨 连 续 梁 。 各 跨 的跨 中 作 ５８ ｍ ７ 用 着 由上 部 柱 子 传 来 的 集 中 力 ，加 之 梁 在 水 平 面 内 呈 弧 形 ， 并 开 口有 较 大 的 洞 口 ， 因此 受 力 相 当复 杂 。 为 此 进 行 了有 限 元 分 析 。 弧 形 深 梁 的 受 力 本 是 一 个 三 维 问 题 ，考 虑 到 深 梁 的
框 架 楼 层 最 上 一 层 及 全 墙 楼
层 最 下 一层 的混 凝 土 剪 力弹 性 模 量 （ Ｇ＝０ ４３Ｅｃ， Ｅｃ 混 为
Ａｉ １ ，Ａｉ —— 框架楼层最 上一层 及全墙楼层最下一层 ＋
图１
沿计算方向的折算水平抗剪截面面积 （ Ａ Ａ＝ ｗ＋０１ Ａｃ） ．２ ，
梯和两部观光 电梯。井筒与主楼之 间以短廊相连 ，主楼沿弧
线 的最 大 长 度 超 过 １ ０ 。 ４米 主 楼 的 大 部 分 是 客 房 层 ， 内 部 隔 墙 较 多 ，根 据 这 一 特 点 ，采 用 了 以剪 力 墙 为主 的框 架 — — 剪 力墙 结 构 体 系 。横 向
高层住宅建筑技术难点分析
高层住宅建筑技术难点分析随着城市化进程的加速，高层住宅建筑在城市中越来越常见。
高层住宅建筑不仅能够有效地利用土地资源，还能提供更多的居住空间，满足人们的居住需求。
然而，高层住宅建筑的建设并非易事，其中涉及到诸多技术难点。
一、基础工程高层住宅建筑由于其高度和重量较大，对基础的承载能力和稳定性要求极高。
首先，在地质勘察方面，需要详细了解地下土层的分布、性质和承载力等情况，以确定合适的基础形式，如桩基础、筏板基础等。
地质条件的复杂性可能导致勘察结果不准确，从而影响基础设计的合理性。
其次，在基础施工过程中，桩基础的施工质量控制是一个关键问题。
灌注桩的成孔质量、钢筋笼的制作与安装、混凝土的灌注等环节都需要严格把控，任何一个环节出现问题都可能导致桩身质量缺陷，影响基础的承载能力。
另外，基础的防水处理也是不容忽视的。
地下水位的变化、地下水的腐蚀性等因素都会对基础的防水性能提出挑战。
如果防水处理不当，地下水可能渗入地下室，影响建筑物的使用功能和结构安全。
二、结构设计高层住宅建筑的结构设计需要考虑多种因素，如风荷载、地震作用、温度变化等。
在风荷载作用下，建筑物的表面会受到较大的压力和吸力，需要通过合理的结构外形和加强措施来保证结构的稳定性。
地震作用是高层住宅建筑结构设计中的重要控制因素，需要根据建筑物所在地区的抗震设防烈度进行抗震计算和设计，确保结构在地震作用下具有足够的承载能力和变形能力。
结构体系的选择也是结构设计中的关键问题。
常见的高层住宅建筑结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。
不同的结构体系在受力性能、经济性和施工难度等方面存在差异，需要根据具体情况进行综合考虑。
在结构设计中，还需要考虑混凝土的收缩和徐变、钢材的疲劳等因素对结构性能的影响。
同时，为了保证建筑物的使用功能和美观要求，结构构件的尺寸和布置需要与建筑设计相协调。
三、施工技术1、垂直运输高层住宅建筑施工中，垂直运输是一个重要的问题。
由于建筑物高度较高，需要使用塔吊、施工电梯等设备进行材料、人员的运输。
高层建筑结构设计要点分析
高层建筑结构设计要点分析摘要：本文介绍了高层建筑结构体系，分析了高层建筑结构设计的原则，对高层建筑结构设计的要点进行了探讨。
关键词：高层；建筑；结构；设计；要点中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：高层建筑结构不但承受着由于外界的风产生的水平方向的荷载，同时也承受着在垂直方向的荷载，并且对于地震的抵抗能力也有要求。
一般情况下，建筑结构受到低层建筑结构水平方向上的影响比较弱，然而在高层建筑中，外界地震的影响和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。
随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。
一、高层建筑结构体系1、框架结构体系由梁、柱构件通过节点连接构成承载结构。
框架结构体系可较灵活配合建筑平面布置、安排需要较大的空间。
随着结构高度增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。
因此在使用层数上受限。
2、剪力墙体系剪力墙一般用于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。
在承受水平力的作用时，剪力墙相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。
其水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成。
高层建筑剪力墙特点是结构层间位移随楼层增高而增加。
剪力墙结构比框架结构刚度大、空间整体性好，用钢量较省，结构顶点水平位移和层间位移通常较小，能够满足抗震设计变形要求。
3、框架-剪力墙体系此种体系是把框架和剪力墙两种结构组合在一起形成的体系。
房屋的竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担，而水平作用主要由抗侧刚度较大的剪力墙承担。
这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛应用于高层办公建筑和旅馆建筑中。
该体系中的框架和剪力墙共同承担水平力。
高层房屋建筑中桩基础施工技术存在的问题与措施分析
高层房屋建筑中桩基础施工技术存在的问题与措施分析随着城市化进程的不断推进，越来越多的高层建筑如雨后春笋般拔地而起。
而高层建筑的稳定性和安全性与其桩基础的施工质量密不可分。
桩基础施工技术在高层房屋建筑中存在着一些问题，严重影响了建筑物的安全和稳定。
本文将分析高层房屋建筑中桩基础施工技术存在的问题，并提出相应的解决措施。
一、桩基础施工技术存在的问题1. 施工工艺不规范在高层建筑桩基础施工过程中，很多施工单位在工艺上存在一定的不规范性。
施工人员不按照设计要求进行打桩、灌注混凝土等操作，严重影响了桩基础的承载能力和稳定性。
2. 施工人员素质参差不齐桩基础施工需要高素质的工人进行操作，但是目前施工人员的素质参差不齐，技术水平参差不齐，这很容易导致桩基础施工技术存在问题。
一些施工人员可能对桩基础施工技术不够熟悉，没有清晰的操作流程和规范，导致施工质量无法保障。
3. 施工材料质量参差不齐桩基础施工所使用的材料对整个工程的质量影响很大。
目前一些施工单位在采购施工材料时，存在一定的质量问题，这导致了桩基础施工技术存在问题。
二、解决措施1. 加强监理为了保证高层建筑桩基础施工质量，需要加强监理。
监理人员应该对施工工艺、人员素质和施工材料进行严格把关，确保施工按照设计要求进行，提高施工质量和效率。
2. 加强施工人员培训施工单位应该加强对桩基础施工一线工人的培训，提高他们的专业水平和技术素质。
只有这样，才能保证施工人员能够熟练掌握桩基础施工技术，确保施工质量。
3. 严格把关施工材料对桩基础施工所使用的材料进行严格把关，确保施工材料的质量和规范，提高整个工程的质量和安全性。
4. 强化文明施工管理施工单位应该加强对桩基础施工过程的文明施工管理，确保施工现场的整洁和安全。
只有这样，才能创造出良好的工作环境，提高施工效率和质量。
5. 加强施工验收对桩基础施工完成后进行严格的验收，确保施工质量符合设计要求，提高建筑物的稳定性和安全性。
高层建筑的结构设计与施工
高层建筑的结构设计与施工高层建筑是现代城市的标志性建筑，其结构设计与施工至关重要。
本文将就高层建筑的结构设计和施工方法进行探讨，以展示其关键要素和技术要求。
一、高层建筑的结构设计高层建筑的结构设计是确保其安全稳定运行的基础。
以下是高层建筑结构设计的关键要素：1. 综合考虑力学与建筑物性能：在设计高层建筑结构时，需要整合力学原理，并兼顾建筑物的性能要求，如抗震、抗风和抗火等。
设计师需保证结构稳定性和安全性，并满足建筑物的使用功能。
2. 合理的荷载分析和设计：高层建筑需要经受各种荷载，如自重、人员载荷、风荷载和地震荷载等。
结构工程师在设计过程中必须对这些荷载进行详细的分析，确保结构能够承受并分散这些荷载。
3. 材料选择和优化：高层建筑结构需要使用高强度、高耐久的材料，如钢材和混凝土等。
设计师必须根据建筑物的需求和环境条件来选择最适合的材料，并进行材料的强度和稳定性优化。
4. 结构系统和构造方案设计：高层建筑的结构系统应根据楼层高度、功能和环境特点进行合理设计。
常见的结构系统包括框架结构、剪力墙结构和桁架结构等。
构造方案的设计应合理考虑结构可行性和施工便利性。
二、高层建筑的施工方法高层建筑的施工方法和技术是保证其成功建造的关键。
以下是高层建筑施工的要点：1. 施工管理和组织：高层建筑的施工涉及多个工种和任务，需要进行科学合理的管理和组织。
施工企业应制定详细的施工方案，并建立有效的沟通和协调机制，确保施工进度和质量。
2. 装备和机械使用：高层建筑的施工需要大量的机械设备和施工装备。
施工企业应根据项目规模和要求选择合适的机械设备，并确保其正常运行和安全使用。
3. 施工工艺和技术要求：高层建筑的施工工艺和技术要求高度专业化。
施工企业应遵守相关施工规范和标准，采用合理的工艺流程，并确保施工人员具备足够的技术技能。
4. 安全措施和监测：高层建筑施工需要严格遵守安全规定，并采取有效的安全措施。
施工企业应设置安全监测系统，实时监测施工工艺和结构稳定性，确保施工过程的安全性和可控性。
高层建筑结构的分析与设计
ｌ， ５对多塔结构 的振 型数不应小于塔楼 的９ ， 倍 且计算振型数应使 振型参 建筑 设计 应 符合 抗 震概 念设 计 的要 求 ， 廊 采Ｊ 严 藿不 规 则 的 不 ｝ ｝ ｊ 与质量不 小于总质量 的９ ％。必须指 出的是， 的振型组合数并 不是 ０ 结构 设计 方案 。实 际上， 结构 的概念设 计 建筑 师 的方 案设计 也足 相互影 越大越好， 大值不能超过结构的总 自由度数 。例如对 采用刚性板假 其最
一
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振周期Ｔ（ 。 用于风振计算） 可按下列公式估算： ａ ５ ｘ １ Ｉ／ ０ ： ．５ ．３ ０ Ｉ
ｂ 、钢筋混凝土剪力墙（ 包括筒 中筒 剪力墙 ） 结构
， ： ０ ｏ 十 ０ ０ ｘ １ ｒ｝ ． ３ ． ３ １ｔ
１ 认真做好结构方案的概念设 计 ．
计 和施工过 程中， 放坡无需 支护的结 构方案肯 定是最为 经济 的， 直接 但 果 白上而 下也应均 匀变化， 不应有较 大的突变 ， 否则应 检查结构 截面尺 这 样就会 出现基坑 变形变 大， 工周期 长导致 资金的 回报慢 等不利 因 施 寸或 者输 入的数据是否正确 、合理 。 。
素。
２ 柱 、 等竖向受力构件 的计 算轴力Ｎ ． ５ 墙 基本符合柱 、墙受荷 面积
Ａ的与近似应 力ｑ 的乘 积。 ＩＮ ｑ ￣ ＝ Ａ。ｑ １ 为单位 面积重力 荷载， 于框架 对
２ 结构整体计算准确与计算结果分析无误 ．
结构 约为 １～１ ｋ ｍ２对 于框 架一 ２ ４ Ｎ／ ， 剪力墙结构 约为 １～ ５ Ｎ／ 对 于剪 ３ １ ｋ ｍ ２１ 构基本周 期是计 算风荷 载的重 要指标 。周期 的大小 与结构 力墙结构 和简体结 构约为 １～ ６ Ｎ／ 。 ． 结 ４ １ｋ ｍ 在地 震中 的反应有着 密切关 系， 基本 的是 能 与场地 土的卓越 刷期 最 ＾ 致， 否则 会发生共 振 。一般 情况下 ， 多层和高 层钢筋砼 房屋 的基 本 自
高层建筑设计要点分析
浅析高层建筑设计要点分析【摘要】：高层建筑设计多以追求建筑形象的整体美观为目标，每栋高层都想突出特色，而这样做的结果只能使整个城市显得纷繁无序，建筑个体缺乏亲近感。
因此，对高层建筑设计的研究是很有必要的。
【关键词】：高层建筑；基本原则；设计要点引言高层建筑是否与所处的城市空间融洽，其评价标准相当一部分取决于公众的感受，简单地说，就是人处在所创造空间中的感受；所以一位建筑设计者在进行高层建筑设计时要充分考虑所创造出来的空间给予使用者的感受。
一、高层建筑设计的基本原则原则问题可以分为两类：职业规范及国家规范；以人为本的原则。
职业规范就是建筑学教育中所学到的空间组织划分、色彩、功能、形式美的基本规律等基本原则。
虽然绝大多数建筑师具有较高的素养，但是建筑师往往会在一些基本问题上欠考虑。
如色彩、空间关系等问题。
建筑在一个国家安全和国民经济中占有十分重要的作用。
从安全合理、经济适用、可控性、标准化等方面出发，国家出台并颁布了一系列的法规、法律。
建筑师在从业过程中，时时刻刻受规范和标准的约束。
这些规范的制订，保证了建筑设计的基本质量，代表了国家保障绝大多数人民的合法权益。
以人为本的原则；以人为本的原则在建筑设计中应考虑三种人的利益。
首先，甲方，即建设单位的利益。
建筑设计中应充分考虑甲方对项目功能及经济性的要求。
其次，使用者的利益。
使用者有时候是甲方，绝大多数情况下不是。
使用者的职业各不相同，数量也不同。
满足每个使用者的生理及心理需求的建筑师不可推卸责任。
二、高层建筑设计要点1、结构设计要点（1）框架梁箍筋配筋构造应符合下列规定：应沿梁全长设置箍筋；纵向受拉钢；截面高度大于800mm的梁，其箍筋直径不宜小于8mm；其余截面高度的梁不应小于6mm。
在受力钢筋搭接长度范围内，箍筋直径不应小于搭接钢筋最大直径的0.25倍。
（2）框架柱中全部纵向钢筋最小配筋百分率不应小于0.6%。
且柱截面每一侧纵向钢筋的配筋百分率不应小于0.2%。
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其假定vE是常数，同时深度无限延伸， 而实际地基压缩土层都有一定厚度，且E 随深度变化而增加。文克尔地基模型由 于为考虑点外荷载作用而计算偏小。那 么半无限空间模型则夸大了地基深度与 土的压缩性而导致计算偏大。
计算繁琐 工作量大，推广使用很 困难
• 本节中共同作用分析所应用的土体应力应 变关系均作为线弹性处理。
基模型不同，地基表面一点的变形量不
仅取决于作用在改点上的荷载，而且与
全部地面荷载的关系。对于常见情况，
基础宽度比地基土层厚度小，土也并非
十分软，较文克尔地基侧限条件下受压缩，因而可以 比较容易在现场和室内试验中取 得地基土的压缩模量作为地基模 型计算参数。地基计算压缩模量 厚度H仍按分层总和法规定确定
地基仅在荷载作用区域下发生于压力 成正比例的变形，在区域外的变形为 零。基地反力分布图线与地基表面的 竖向位移图形相似。当地基刚度很大 时，受力后不发生挠曲。基底反力成 直线分布，受中心荷载时则均匀分布
用矩阵表示弹性半空间模型中（基地边
缘压力比中间大），地基压力与地基变
形的关系
，它清楚表示与文克尔地
表述简单，应用方便。在柱下条形筏 形和箱形基础设计中广泛应用。
对于常见情况，基础宽度比地基土层厚 度小，土也并非十分软，较文克尔地基 模型更接近实际情况。
原理简明，适应性较好，具有分 层总和法优缺点
实际地基是一个很宽泛的连续介质， 表面上任一点的变形量不仅取决于直 接作用在该点的荷载，且与整个地面 荷载有关。因此严格符合文克尔地基 模型的实际地基不存在，只有对抗剪 强度低，地层薄荷载基本不外扩的情 况比较符合。
高层建筑基础分析与设计
交通岩土 张云飞
第三节 线弹性地基共同作用分析
线弹性地基
文克勒地基模型
弹性半无限空间 地基模型
有限压缩层地基 模型
原理
特点 优点 缺点
文克勒地基模型
弹性半无限空间地基模型 有限压缩层地基模型
假定地基土表面上任一处的变形Si与 改点所承受的压力强度Pi成正比而与 其他点压力无关 即Pi点=k Si (K： 地基抗力系数）文克尔地基模型是把 地基视为再刚性基座上由一系列侧面 无摩擦的土柱组成，并可以用一系列 独立的弹簧模拟
（Kb Ks U b ） Sb Ks S '
• 求解此方程组，可得到考虑上部结构刚度 后的基础位移U b ，然后，对各个子结构进 行回代，即可求得基础和上部结构各节点 的位移和内力。
• 由此可见每次计算仅涉及一个子结构，方 程组的阶数远比原来整个结构少，通过刚 度矩阵的凝聚，最后归结为地基上的基础 梁或板（已考虑上部结构的效应）的计算 问题。因此上部结构与地基基础的共同作 用计算相应的简化。
假定地基是一个均匀连续各向同性的半 无限空间弹簧体。按布辛内斯克课题解 答，弹簧半无限空间地面上作用一竖向 地基当成侧限条件下有限深度土 集中力P，则半空间表面上离作用点半径 层，以分层总和法为基础建立地 为r处的地表变形值为S=（1-v*v)/(3.14E） 基压缩层变形与地基作用荷载关 *P/r v：泊松比 E：弹性模量分布在有限 系。 面积A上强度为P的连续载荷，可以通过 对基本解积分求得表面上各点的变形
k1ab
s2
. .
1 k2ab
.
.
0
R1
R2
.
.
.
sm
0
.
.
1
Rm
kmab
位移列矢量S=（s1 s2 ' ' ' si ' ' 'sj ' ' 'sm)T 反力列矢量R=(R1 R2 ' ' ' Ri ' ' ' Rj ' ' ' Rm)T
文克勒地基模型的改进
1. 考虑水平摩阻力的弹性地基梁非线性分析
依 据 ：文克勒基本假定 附加条件：考虑水平力对梁剪力和弯矩产生的影响
采用位移法推导出弹性地基梁梁单元劲度矩阵的修正项, 形成可以用于计算承受水平力的弹性地基梁梁单元劲度矩阵 编制了相应的有限元计算程序. 计算表明：采用本模型计算承受水平力作用的弹性地基梁, 可以进行合理的结构设计. 来源
非线性广义文克尔模型还通过分段线性逼近实际 p-s 曲线 的方法，考虑了地基土的非线性。
二、弹性半空间地基模型的柔度矩阵
• 在任意网格j中点上作用着集中荷载Rj,各个
2.非线性广义文克尔模型探讨来源
背景：文克尔地基模型的最大缺陷是没有考虑地基土的非线 性和连续性。利夫金模型虽然对其连续性进行了改进，但过 分考虑了基础形状对基床系数的影响，还导致了在矩形基础 长短边方向上基床系数的极不对称。算例分析表明，非线性 广义文克尔模型具有一定的合理性和实用性。
为此提出非线性广义文克尔模型，对文克尔模型特征函数 重新进行了定义，修正了利夫金模型的缺点，在合理考虑基 础形状和尺寸对地基刚度影响的同时，还能分别模拟几种典 型情况的反力分布形式。
一、文克勒地基模型的柔度矩阵
• 文克勒地基模型系弹簧模型，其表达式为:
P ks（7 -1）
k：地基基床系数表示产生单
位变形所需的压力（kN / m3）
p：地基上任一点所受压力（kP） s：荷载p作用点位置上的 地基变形（m） Fj：任意网格j的面积 Rj：任意网格j的中点作用的集 中荷载
• 对于如图所示地基上作用矩形载荷面积， 其值为p，把荷载面积划分成m个矩形网格， 若在j网格中点作用集中力R，j 则在j网格，
即i=j时，式（1-1）成立，Sij 0 .而当i j 时，
则Sij=0。
• 式（7-1）可写成：
pii k sii ii
• 柔度系数
sii
1 k ii
pii
1 k ii
. Ri ab
1 sii kiab Ri
• 文克勒地基模型的柔度矩阵仅在主对角线 上有值，在其他位置均为0如下:
1
s1
• 地基模型采用文克勒模型、半无限弹性体 模型和分层地基模型。其统一表达式为：
S f R或R f -1S Ks S
式中 S 为地基变形（沉降）矩阵
f 为地基变形柔度矩阵
Ks 地基刚度矩阵
• 根据地基与基础接触面上的变形协调调件，
S Ub， 则可写成：
（KB Ks ）Ub Sb
• 当考虑相邻建筑影响引起的基础接触面结 点的附加沉降 S’时则上式可写为