（1）去掉上部构造刚度的因素，假设上部构造传到基础顶面的负荷在筏板上散布匀称， Z轴的负方向和荷载的影响方向是一致的；
（2）筏板基础是呈线弹性体的； （3）为了对地基土能够较好的分析，不但要分解出地基土的中心位置加固土体，也要 分离出筏板下部的原状土体，同时还要将四周的加固土体以及上部周围的天然土体划分出 来。并用分离出的土体部分构成一个弹塑性的模型（Druker-Prager）。筏板下中心加固区 面积取为筏板面积的1/4； （4）加固土和周边的土体、下部土体和筏板之间都是密切相连的。 （5）利用对称性，取1/4实体进行运算。
7
低的作用。 （3）本文根据“内强外弱”加固方式建立的计算模型，加固深度取为 20m。沉降最大
值达 22.2293cm，但最大差异沉降值是 2.0792cm（M4 的差异沉降值），还不到差异沉降点 距离的 1%（2.0792/2828.43=0.074%）,说明加固筏板下中心区土体可以有效减小差异沉降；
4
工况模型的模拟计算，结果如表 1.2 所示。
最大沉降 值（cm） 差异沉降 值（cm）
Esp1 /MPa 100
M1 Esp2 /MPa 50
22.2293
1.8325
表 1.2 计算结果
Esp1 /MPa 100
M2 Esp2 /MPa 60
M3
Esp1 /MPa
Esp2 /MPa
100
70
21.5922
差异控制与平均沉降的控制都包含在内。而对于建筑结构尤其是高层、超高层建筑桩筏基 础的差异沉降变形控制设计方法也不断的创新和发展，不断有学者提出新的控制设计方法， 并在工程实践中得以应用实现。
宰金珉在文献[1]中提出了对桩距较大的低承台摩擦群桩中的单桩取用其极限承载力 的方法，从而使桩基和土体共同作用并明确分担上部荷载，并对其使用整体承载力和沉降 量控制的双重控制下的非线性设计方法。陈祥福在文献[2]中提到了超高层建筑的空间变刚 度等沉降桩法，它认为在高层和超高层建筑的地基基础中，更应该考虑桩土共同作用的地 基综合刚度影响。此理论从群桩的应力、应变关系出发，考虑桩土的地基综合刚度进而把 群桩视为一个整体共同承担上部传来的荷载，从而达到减少基础沉降或使沉降更加均匀， 尽可能的减少对上部建筑结构的破坏，这就是超高层建筑的空间变刚度等沉降桩设计方法 的原则，而这种方法主要用于摩擦桩和端承摩擦桩为主的复合地基基础类型中。在文献[1] 桩土共同作用理念的基础上，宰金珉又在文献[3]中提出差异沉降变形控制是在控制地基总 体沉降的基础上发展起来的，而不均匀沉降是高层和超高层建筑的地基设计中的主要控制 因素，文献作者提出了符合桩基础设计的主要理念是假定单桩的所承受的荷载达到或者接 近其单桩承载力，对于大桩距的支承，可认为单桩已变成了类似塑性铰的完全塑性支承， 它始终可承担极限承载力的荷载，其余的荷载则由承台下及桩间土去承担，从而形成桩土 相互作用共同承担上部荷载的沉降量控制设计方法，而这种复合桩基被称为塑性支承桩-卸 荷减沉桩。
21.0992
1.9381
2.0212
M4
Esp1 /MPa
Esp2 /MPa
100
80
20.7042
2.0792
最大沉降 值（cm） 差异沉降 值（cm）
Esp1 /MPa 120
M5 Esp2 /MPa 50
21.8992
1.5392
M6
Esp1 /MPa
Esp2 /MPa
120
60
21.2894
2700
0.25
25500
中 心 区 域 加 30
20
40
固区土体
2200
30
0.3
筏 板 边 缘 加 30
20
40
固区土体
2200
30
0.3
周围上部 天然土体
20
20
18
2000
20
0.35
10
下部的 原状土
35
60
35
2200
30
0.28
30
1.3、数值模拟结果分析
采用 ANSYS 有限元程序进行数值模拟。根据地基刚度值的变化情况，本文共完成 8 个
1
减小地基基础的差异沉降和筏板的次内力内力，防止高层及超高层建筑上部结构的开裂和 破坏。
1、地基基础变刚度设计选型方法的数值分析
1结构和下部地基和基础的具体情况进行支承刚度的 具体调节，从而达到减小差异沉降的目的。本文选取变刚度调平设计中的一种，对模型进 行计算机有限元模拟分析，采用 ANSYS 有限元计算程序，对于地基采用“内强外弱”的变 刚度处理方式，建立地基基础的三维模型，探索地基支承刚度空间改变，基本筏板厚度保 持不变时的基本沉降的直线散布规则，从而为工程实践提供更加精确详细的理论参考依据。
M7
Esp1 /MPa
Esp2 /MPa
120
70
20.8188
M8
Esp1 /MPa
Esp2 /MPa
120
80
20.4442
1.6608
1.7518
1.8227
注：Esp1——中心区域加固区土体模量，Esp2——筏板边缘加固区土体模量
其中部分模型的沉降等值线分布云图如图 1.4-图 1.9 所示。
地基支撑刚度变化对基础沉降的影响 Influences of foundation supporting stiffness changes on the
foundation settlement
摘 要：运用ANASYS有限元分析软件，构建地基基本的三维模型，地基支承刚度的空间改 变是由地基变形模量的改变来体现的，研究地基支承刚度改变，基本的筏板厚度保 持不变时，基本的沉降值线的散布规则，证明了地基变刚度对改善荷载传递体系、 减少基础沉降差、筏板内力和厚度、上部结构次应力的作用。
numerical Analysis 最近几年，我们国家的高层建筑不断的发展，新建的高层和超高层建筑也越来越多， 而高层建筑的地基基础是保证其正常使用和稳定安全的根本，如果设计处理不当，将产生 比一般建筑破坏更加严重的不良后果，给人民的生命财产安全带来巨大损失，因此高层建 筑地基基础尤其是超高层建筑的地基基础变形控制和预测已成为本行业研究的热点。 地基 变形特征表现为建筑物的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等,它们都不应大于地基的容许 变形值,而这个值是根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求来确定的。新出台 的规范制度主要阐述了变形控制设置是针对长时间产生的通常设计来讲的，变形控制设置 的本意是采用以沉降变量为主要的控制目标，来探求科学、经济的地基基础实施方案,达到 控制工程投入的预期效果，实现节约工程投入的目的，是完善地基基础设置的一种最佳的 途径，对于目前和将来的多种的复合地基、复合桩基设计产生重要的作用。沉降量控制把
1.2、计算模型及参数选取 1.2.1、模型基本假定
由于基础、上部结构以及地基组成成分的结构十分复杂，并且这种复杂不管是在模拟 实验过程还是实际工程操作过程都无法得到改善，因为对这三个因素所组成的系统所造成 影响的因素太多，涉及面也十分广，但是在计算中，人们往往为了简单化的计算，在此系 统中做一些合理的简化，使其能够基本真实有效的反映出具体实际情况，为工程实践问题 的探索提供合理的分析简化模型。
1.2.2、计算模型的建立
计算分析首先要建立模型，对选中的对象进行单元化设置，本文分析的模型中，我们 需要设定的单元不仅包括筏板边缘加固区土体、筏板，还有筏板中心区域加固区土体、下
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部的原状土以及、周围上部天然土体。 本次模型中筏板选择长为40米，宽为40米，高为2.5米的素材。加固区土体的底层和上
关键词：地基基础工程；变刚度调平设计；数值分析 Abstract:In this paper Three - dimensional （3D） FEM was used to discuss the regularity of
settlement equivalence line ． By using the changes of bearing stiffness instead of the change of the foundation modulus, a simple 3-D model of the variable stiffness foundation is established. When the thickness of the raft isn’t changed, the regularity of settlement curve under variable stiffness foundation has been studied. The study indicates that method of Balance Design Method for Variable-Rigidity Can improve the system behavior under load, reduce the cost of pile foundation and raft thickness, and the uneven settlement is almost eliminated. Key Words：subgrade and foundation engineering，balance design method for variable-rigidity，
图 1.4 M1 的沉降等值线分布云图
5
图 1.5 M1 筏板下土体沉降等值线分布云图
图 1.6 M2 的沉降等值线分布云图
图 1.7
M2 筏板下土体沉降等值线分布云图
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图 1.8 M5 的沉降等值线分布云图
2、结论
图 1.9 M5 筏板下土体沉降等值线分布云图
通过对以上模拟计算数据及等值线分布云图结果分析，可以得出以下结论： （1） 由上文中的沉降等值线分布图中可以得出，模拟结果很好的吻合了边缘沉降小、 中间沉降大的变化原则。同时可以得出沉降的最大值不是只产生在筏板中心下，而是在中 间的一定的范围内。 （2）在中心地区加固土体模量保持不变时，在筏板周边加固土体模量上升时，沉降最 大值将随其不断的变小，此时差异沉降值不断的上升。当筏板周围的加固区土体模量在保 持不变的状态下中心区域的加固土体模量表现出上升趋势，基础沉降最大值将随其不断的 减小，此时差异沉降不断的下降，这表明了筏板下部中心地方支承刚度可以对沉降产生降