各类基础在YJK基础软件中采用的计算模型及特点
1基础的几种有限元计算模型概述
(1)倒楼盖计算模型
《地基规范》第8.4.14条给出了筏板基础采用倒楼盖计算模型的条件：当地基土比较均匀、地层压缩层范围内无软弱土层或可液化土层、上部结构刚度较好、柱网和荷载较均匀、相邻柱荷载及柱间距的变化不超过20％，且梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小于1/6时，筏形基础可仅考虑局部弯曲作用。筏形基础的内力，可按基底反力直线分布进行计算，计算基底反力时应扣除底板自重及其上填土的自重。
《地基规范》第8.3.2条给出了地基梁基础采用倒楼盖计算模型的条件：在比较均匀的地基上，上部结构刚度较好，荷载分布较均匀，且条形基础梁的高度不小于1/6柱距时，地基反力可按直线分布，条形基础梁的内力可按连续梁计算，此时边跨跨中弯矩及第一内支座的弯矩值宜乘以1.2的系数。
上述规范给出的地基梁基础、筏板基础采用倒楼盖的基本条件可以总结为：上部均衡、基础均匀、地基条件良好，因为只有如此才能满足倒楼盖计算模型的基本假定。
倒楼盖计算模型以下图示意工程为例进行介绍：
2)采用柱墙下竖向不动支座假定的倒楼盖计算模型进行有限元内力分析
倒楼盖计算模型假定柱墙位置为竖向不动支座，柱墙刚度对板转动的约束可以通过考虑上部结构刚度来实现弹性约束。倒楼盖计算模型，不考虑地基土的性质(基床系数)差异对计算结果的影响。作用荷载包括板面荷载及线性分布的地基反力。
计算模型见下图：
(3)倒楼盖计算模型与弹性地基梁板法对比
弹性地基梁板法与倒楼盖法都是有限元计算方法，即基础自身都是划分网格后按板元、梁元计算模拟。两个计算模型主要差别是：
1)支撑条件不同
倒楼盖法以柱墙位置为竖向不动支座，不考虑桩土的支撑作用(以反力荷载考虑)。
弹性地基梁板法以模拟桩土的线性弹簧作为支撑。
2)荷载不同
倒楼盖计算法时，柱墙传递下来的上部结构荷载以线性分布反力形式作用到模型上。
弹性地基梁板法时，模型上的荷载是全部实际荷载。
3)计算过程不同
倒楼盖计算方法先按刚体假定计算得到线性分布反力，然后按有限单元法得到位移、内力。
弹性地基梁板法根据有限单元法先计算得到位移、内力，由弹簧位移和弹簧刚度得到实际反力分布。
4)变形和内力存在明显差异
倒楼盖计算是理想简化模型，模型中柱墙位置为竖向不动支座，所以变形和内力特征容易预见。柱墙位置位移为0，在地基反力作用下房间中部的位移向上，所以柱墙下部位是板底受拉、房间中部是板顶受拉。
实际工程中，若荷载分布不均匀、或桩土支撑刚度差异明显情况下，柱墙位置位移不一定恒小于房间中部位移，实际工程往往会呈现出与倒楼盖变形结果不同的变形和内力。只有弹性地基梁板法能考虑实际荷载分布、结构刚度及桩土支撑刚度，变形和内力结果能反应所有这些因素影响，是可以模拟各种复杂情况的精确计算方法。
对基础有限元计算的位移和内力结果的一个常见疑问就是：为什么柱墙下不是板底受拉、跨中不是板顶受拉源是错误地用倒楼盖计算假定的变形和内力特征去理解弹性地基梁板法的计算结果。
(4)可考虑拉压刚度不同的非线性分析模型
弹性地基梁板法是一种可以模拟复杂基础工程的有限元计算方法。但是该模型中对桩土支撑采用的是刚度不变的线性弹簧，只能适用于整个基础处于受压状态的情况。
考虑到基础工程的边界条件的非线性，即：土只能承担压力，不能承担拉力；普通桩、抗拔锚杆等拉压刚度不同，差异很大。所以如果土或者桩出现了部分受拉的情况，就应该考虑土桩抗拉￥抗压刚度不同的非线性分析模型。
可考虑拉压刚度不同的非线性分析模型，是普通弹性地基梁板法的改进。区别是桩土弹簧由线性弹簧改为拉压刚度不同的非线性弹簧。
从实际工程角度来看，需要进行非线性分析的最常见情况包括：1)进行人防设计的工程；2)抗浮设防水位比较高的工程；3)上部结构荷载特别不均匀的工程；4)较大水平力荷载的工程；
软件默认对含高水的组合、含人防的组合采用非线性分析方法，用户可以自定义工况组合的分析属性。
2各类基础各项计算内容所采用的计算模型
(1)简单独基、简单承台、砌体条基
简单独立基础，包括不与地梁、筏板以及剪力墙相连的单柱独立基础以及双柱基础梁式独基、四柱双梁独基。简单独立基础参考《建筑地基基础设计规范》8.2节有关规定方法计算内力配筋，其计算模型示意如下图：
简单承台不与地梁、筏板以及剪力墙相连的单柱承台。基于承台为刚性板假定得到线性分布桩反力，然后以柱为支座进行内力计算。其计算模型示意如下图：
两个不同选项情况下，整体有限元基础的计算模型要点见下表：
【倒楼盖法】
【弹性地基梁板法】
准永久组合(沉降计算)
倒楼盖计算模型(不迭代)
弹性地基梁板模型(可迭代)
非高水单工况
及线性分析组合
倒楼盖计算模型
弹性地基梁板模型
高水单工况
内力
倒楼盖计算模型，结果不可用
弹性地基梁板模型
(结果未用)
高水单工况
桩土反力及承载力
倒楼盖计算模型，结果不可用
倒楼盖计算模型
(结果未用)
非线性分析组合
(默认高水、人防组合)
线性组合单工况结果
结果不可用
可考虑拉压刚度不同的非线性分析模型
整体有限元基础选择【倒楼盖法】时，其要点是：
1)沉降计算采用线性分布反力计算，不进行沉降迭代计算；
2)抗浮验算结果包括内力、抗拔承载力结果均不可用，所以如果进行抗浮验算的项目不能选择该选项；
3)其他计算内容(非高水单工况及线性分析组合的内容)选用【倒楼盖法】，也要注意《地基规范》第8.4.14条或《地基规范》第8.3.2条给出的适用范围。
整体有限元基础选择【弹性地基梁板法】时，其要点是：
1)沉降计算采用有限元计算得到的反力分布计算，并允许进行迭代计算(选项见下图)以更准确的反力分布计算沉降；
尽管都是以柱墙为竖向不动支座为计算假定，但是整体有限元基础的【倒楼盖法】与防水板的“倒楼盖计算模型”的计算荷载有所不同：
1)整体有限元基础的【倒楼盖法】作用是提供上部结构恒活风地震荷载等非抗浮组合下的简化计算方法，不能用于抗浮验算；
2)防水板的“倒楼盖计算模型”不考虑上部上部结构恒活风地震荷载，核心是提供抗浮组合的简化计算方法。
3基础工程的变形和受力特点
基础工程是支撑在可变形的桩土之上的，所以其受力情况与桩土特性关系较大，呈现弹性支座变形特点。
前文所述的几种基础形式包括：1)简单独基、简单承台、砌体条基；2)整体式基础采用倒楼盖计算方法；3)拉梁；4)防水板，都是采用了理想简化模型，忽略了桩土本身性质对基础变形和受力的影响
本节重点针对整体有限元基础采用考虑桩土性质的弹性地基梁板法时，基础的变形和受力特点进行分析。
有限元基础采用考虑桩土性质的弹性地基梁板法时，其计算模型可以用下图示意：
弹性支座是基础模型的主要特征：采用线性分析情况下，桩土用线性弹簧来模拟；含高水组合等采用非线性分析时，桩土用拉压刚度不同的非线性弹簧模拟。
变形来自荷载对弹性地基梁板模型的作用，所以基础工程的变形特征与上部结构荷载分布、桩土刚度特性有很大关系。
如果上部荷载比较均匀、桩土性质也比较均匀的工程，变形有如下特点：
1)由于柱墙位置作用较大的上部结构荷载，所以上部结构恒活风地震荷载等非抗浮组合下其柱墙下变形最大、房间中部变形最小，其变形呈现与倒楼盖模型类似的结果，即柱墙下板底受拉、房间中部板顶受拉。见下图：
前述是上部荷载均匀、桩土性质也均匀的情况，也是大部分人印象中的基础变形特征。而实际上，大部分基础工程存在上部结构荷载不均匀、桩土性质不均匀等情况，所以基础工程变形有时候会呈现与倒楼盖明显不同的变形特征，比如典型的两种情况：
1)上部荷载不均匀
上部荷载不均匀导致各柱墙下的位移差别较大，荷载小的柱墙下(图示中部柱墙)位移相对成为向上变形，出现恒活荷载作用下柱墙位置板顶受拉情况，见下图：
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来源：陶晓博
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