地基和基础分析的重点和难点在于如何确定地基反力的分布。而地基反力的分布与地基、基础和上部结构的相对刚度均有关系,可以简单总结如下:
1.地基越坚硬,地基反力越不均匀;岩石是坚硬地基的特例,反力分布如图1:地基越软弱,地基反力越均匀;水是软弱地基的特例,反力分布如图2:
而常见地基既不像岩石那么硬,也没有水那么软,故其地基反力如图3:
由上面的三个反力图可以看出,在基础和上部结构相同的情况下,地基由软到硬,基础弯矩逐渐减小,对基础越有利;也就是说,基床系数越大,基础配筋应该越小。
2.基础越刚强,地基反力越均匀;最刚强的基础是多层箱形基础,地基反力分布大约同图2;基础越柔弱,地基反力越不均匀;最柔弱的基础是柱下单独基础+防水板,地基反力分布大约同图1。常见的筏板基础刚度介于箱基和单独基础之间,地基反力类似于图3;
3.上部结构刚度越大,地基反力越均匀。刚度最大的上部结构是塔式剪力墙结构,基础主要是局部弯曲,受力较小;刚度最小的是大跨排架结构,满堂式基础不仅有局部弯曲,而且有整体弯曲,对基础受力不利;
4.基础的局部弯曲和整体弯曲可以用下图来理解。图4可以分解为图5和图6。
即图4=图5+图6。图5为局部弯曲,图6为整体弯曲,基础的实际受力是图5与图6的叠加。
关于整体弯曲,可以从两方面理解,一是竖向构件不作为基础的完全支座,基础以远大于柱距的距离为跨度受弯(如图6所示);另一种是,考虑地基、基础与上部结构作为一个整体而共同作用,基础受弯中和轴上移或下移,使得基础全截面作为受拉区或者受压区,如图7。楼层越多整体作用越明显。
综上可见,影响地基反力分布的因素众多,所以地基基础计算模式的选择不能一概而论;应综合分析地基基础和上部结构的实际情况,选用切合实际的计算模式,才能得到贴合实际的计算结果;否则就会相去甚远。
对于一般地基条件,大致可归纳为:
1.多层框架结构可选用“普通弹性地基梁”;
2.高层框剪结构可选用“SETWE或YJK上部刚度或等代上部结构刚度的弹性地基梁”;
3.普通剪力墙结构可选用“上部结构为刚性的弹性地基梁”;
4.“传统倒楼盖” 计算模式仅适用于地基比较软弱、基础和上部结构足够刚强的高层剪力墙结构。