结构设计中柱底嵌固刚度的分析与

探讨

   本文是针对《第三届全国建筑结构技术交流会论文集》（《建筑结构》2011

年增刊）其中一篇文章的商榷意见，成文于

2012 年 2 月.希望对感兴趣的朋友有

启发。

1、地基土三个不同的力学模量[2]
在计算地基变形的环节，存在着三个试验方法不同、应用条件各异的力学模

量：

   （1）压缩模量 Es：由压缩固结试验（完全侧限的情况下）测得。规范[3]

推荐简化的分层总和法，计算结果是长时间荷载作用下、土体完全固结后的地基
最终沉降量，计算应采用压缩模量

Es。

   （2）变形模量 E0：根据现场压板荷载试验的 p-s 曲线的初始直线段，按

均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算出来，是在无侧限的情况下求得
的。用规范

[4]、[5]的弹性理论公式估算地基最终沉降量时，应采用变形模量 E0。

   （3）弹性模量 Ed：可由室内三轴压缩试验确定，用来计算短时间内快速

作用荷载时土的瞬时沉降、高耸结构物在风荷载作用下的倾斜等。

   Ed 用来计算瞬时或短时间内即将快速作用着荷载时土体的变形，Es 和 E0

用于只是一次性加载条件下假定是线弹性体的土体最终变形的计算，

Es 和 E0

的区别在于是否存在侧限。

   结构工程师平常接触得最多的，就是用压缩模量 Es 按规范[3]的方法计算

地基最终沉降量，容易在潜移默化中误以为

Es 是地基土唯一的力学模量，忽略

了三个力学模量的适用条件，造成判断失误。下面结合一个案例进一步探讨。

2、案例分析
   文[1]的第 1 部分经过计算分析，认为地基土对独立柱基础的约束刚度不

容忽视，基底抗弯刚度与柱的抗弯刚度相差太大，地基土无法将混凝土柱嵌固
而不发生转动，因此按

“柱底嵌固在基础顶面”进行计算将产生安全问题。上述结

论值得探讨，下面是笔者的商榷意见。

2.1 关于地基土的力学模量
   文[1]选取了图 1 所示的模型，基本条件为：C30 钢筋混凝土方柱，截面

为

500×500，柱高 5m，在柱顶作用水平力 H=20kN，竖向力 V=500kN，C30 混

凝土基础

2.5m×2.5m×1.5m（h），地基土取 10m×10m×5m（h）的范围，地基土

压缩模量

Es=10Mpa。

   分别假定：1）基础底面完全固定；2）按实际地基土的压缩模量计入地

基土的实际变形。采用

ANSYS 进行了有限元计算对比，计算结果见表 1，似乎

“由于基底土被压缩、基础转动而产生的柱顶位移，远大于混凝土柱弯曲产生的
位移

”。

图

1 文[1]的独立基础计算模型