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土与结构相互作用在建筑结构的设计计算中，通常是将上部结构、地基和基础三者分开来考虑，作为彼此离散的独立结构单元进行静力平衡分析计算。
在上部结构的设计计算中，不考虑基础刚度的影响；而在设计基础时，也未考虑上部结构的刚度，只计算作用在基础顶面的荷载；在验算地基承载力和进行地基沉降计算时，亦忽略了基础的刚度，而将基底反力简化为直线分布，并视其为柔性荷载，反向施加于地基。
这种设计方法在50年前大型、高层建筑没有出现的情况下，可以说是适用的。
但随着高层、大型、复杂建筑的修建，地基相对上部结构来说相互柔性，因而，地基刚性的假设不再成立，在设计结构时，就必须考虑地基与上部结构的相互作用问题，把二者作为一个整体进行耦合分析。
土与结构相互作用理论研究已经有相当丰富的经验，已取得了一些成果。
土与结构相互作用分为静相互作用和动相互作用。
土与结构静力相互作用理论主要有：Meyerhof G G博士提出估算框架等效刚度的公式以考虑共同作用，在计算箱型基础土与结构共同作用时，按箱基抗弯刚度与上部框架结构考虑柱影响的有效刚度比例来分配总弯矩。
Cheung Y K应用有限元研究地基基础的共同作用，为共同作用的发展提出了另一发展方向。
Haddain M J利用子结构分析方法研究地基基础与上部结构的共同作用，为利用有限元分析高层建筑结构打下基础。
土与结构动力相互作用理论：Lsymer和Richart 提出了解决土与结构动力共同作用的集中参数法，为解决土与结构动力共同作用的计算奠定了基础。
Paramelee 率先对土和结构系统提出了比较合理的力学模型：将地基理想化为半无限空间，上部结构理想化为带刚性底板的单自由度刚架，其刚性底板搁置在地基土表面。
这一力学模型的提出，标志着土与结构动力共同作用的研究进入深化阶段。
Chopra ，Perumalswami 在分析大坝与基础在地震作用下的共同作用时提出了子结构法，使当时的数值计算分析方法能够在复杂体系中得以有效应用。
群桩效应（Group Piles effects ）在高层建筑基础设计时不能不考虑的就是群桩效应，群桩效应就是指群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩承载力之和这一现象。
影响群桩效应的主要因素有两个：一个是群桩自身的几何特征，如承台的设置方式（高、低承台）、桩间距桩长L及桩长与承台宽度比L/Bc、桩的排列形式、桩数；另一个是桩侧及桩端的土性及其分布、成桩工艺。
群桩效应具体反映在以下几个方面：群桩的侧阻力、群桩的端阻力、承台土反力、桩顶荷载分布、群桩的破坏模式、群桩的沉降及其随荷载的变化。
群桩基础——由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。
建筑桩基通常为低承台桩基础单桩基础——采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构（通常为柱）荷载的独立基础。
群桩基础——由2根以上基桩组成的桩基础。
基桩——群桩基础中的单桩。
复合桩基——由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。
复合基桩——包含承台底土阻力的基桩。
单桩竖向极限承载力——单柱在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。
它取决于土对桩的支承阻力和桩身材料强度，一般由土对桩的支承阻力控制，对于端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷的桩，可能由桩身材料强度控制。
群桩效应——群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩承载力之和，称其为群桩效应。
群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化。
群桩效应系数——用以度量构成群桩承载力的各个分量因群桩效应而降低或提高的幅度指标，如侧阻、端阻、承台底土阻力的群桩效应系数。
变刚度调平设计桩基变刚度调平优化设计⼀、概述⾼层建筑有相当⽐例的上部结构为刚度相对较弱、荷载不均的框剪、框筒结构，其基础采⽤桩筏、桩箱基础，建成后其沉降呈蝶形分布，桩顶反⼒呈马鞍形分布。
这些⼯程的基础设计多数沿⽤传统理念，采⽤均匀布桩与厚筏（或箱形承台）。
这种传统理念可以概括为四点：1、基桩的总承载⼒不⼩于总荷载，桩群形⼼与荷载重⼼重合或接近；即满⾜⼒和⼒矩的平衡。
2、桩的布置⼤体均匀，有的还主张在⾓部和边部适当加密；因为实测桩顶反⼒⾓部最⼤，边部次之，中部最⼩；3、沉降量和整体倾斜满⾜规范要求；4、筏板厚度在满⾜抗冲切的前提下随建筑物层数和⾼度成正⽐增⼤，厚度达3-4m者鲜见，或为增加刚度⽽采⽤箱形承台；常规设计计算⽅法只考虑静⼒平衡条件，⽽没有考虑上部结构、筏板、桩⼟的共同作⽤。
⽽实际情况中，群桩效应将导致桩的⽀承刚度由外向内递减；对于框剪、框筒结构，荷载集度是内⼤外⼩，⽽其上部结构的刚度对变形的制约能⼒相对较弱。
若采⽤传统设计⽅法，则碟形差异沉降较明显，易引起开裂，影响正常使⽤的要求。
⽽采⽤变刚度调平设计理论调整桩基布置，使得基底反⼒分布模式与上部结构的荷载分布⼀致，可减⼩筏板内⼒，实现差异沉降、承台(基础)内⼒和资源消耗的最⼩化。
⼆、传统设计理念的盲区传统设计理念的盲区归纳起来有以下四个⽅⾯：1、设计中过分追求⾼层建筑基础利⽤天然地基将箱基或厚筏应⽤于荷载与结构刚度极度不均的超⾼层框筒结构天然地基，由此导致基础的整体弯矩和挠曲变形过⼤，差异变形超标，甚⾄出现基础开裂。
2、桩筏基础中，忽视桩的选型应与结构形式、荷载⼤⼩相匹配的原则将⼩承载⼒挤⼟桩⽤于⼤荷载⾼层建筑的情况，由此导致超规范密布⼤⾯积挤⼟桩，既不能有效减⼩差异沉降和承台内⼒，⼜极易引发成桩质量事故。
3、桩筏基础中，忽视合理利⽤复合桩基调整刚度分布、减⼩差异沉降的作⽤由于荷载分布不均，布桩必然稀密不⼀，承台分担荷载作⽤在疏桩区不予利⽤，必然导致该部分⽀承刚度偏⾼，既不利于调平，⼜不利于节材。
基础工程学复习题及详解第一章至第二章一、判定下列说法是否正确，将√、×符号填入括号内。
1．当浅层地基土的承载力及变形不能满足上部结构荷载及变形要求时，采用桩基础是有效的方法之一。
（√2．由长径比（l/d）较大的桩组成的桩基础，承载力较易满足荷载要求，但沉降值不易满足建筑地基的变形允许值。
（×）3．采用桩基础的高耸建（构）筑物，其整体倾斜值易满足建筑地基的变形要求。
（√）二、名词解释1．地基——受到建筑物荷载影响的那一部分土层（相当于压缩层范围内的土层）或岩层称为地基。
2．基础——建（构）筑的下部结构称为基础，一般情况下，基础往往位于室外地面标高以下，它承受着上部结构的荷载，且将荷载传递到地基土中。
三、问答1. 天然地基上的浅基础设计内容是什么？在进行天然地基上的基础设计时，需考虑地基及基础两方面的设计内容。
设计内容及步骤：为了适应地基强度，而且要使地基的变形及稳定性符合设计要求，天然地基设计的内容主要包括：确定基础埋深及地基承载力特征值，确定基础底面尺寸，并对地基变形及稳定性进行验算。
为了保证基础自身的强度及稳定性，基础设计包括确定基础类型及材料，对基础内力进行计算，从而确定基础竖直剖面尺寸，并进行配筋计算等。
2.浅基础按受力性能分类，各类基础包括哪几种？——浅基础按受力性能分为刚性基础（无筋扩展基础）及柔性基础。
刚性基础如：砖基础、毛石基础、毛石混凝土基础、灰土基础、三合土基础及素混凝土基础等。
柔性基础指钢筋混凝土基础。
3. 如何根据静载荷试验成果确定地基承载力特征值？采用0.25m2、0.50m2或1.0m2的方形载荷板对地基土进行载荷试验，当荷载压力-沉降(p-s)曲线有明显比例界限（曲线由近直线变为曲线的拐点）时，取该比例界限对应的荷载为地基承载力特征值；当曲线的比例界限不明显，但能判定极限荷载（曲线陡降前的拐点），且该极限荷载小于对应比例界限荷载值的2倍时，取极限荷载的一半为地基承载力特征值；当不能用上述二种方法确定时，当压板面积为0.25～0.5m2，可取承压板沉降值与承压板宽度之比s/b=0.01～0.015所对应的荷载为地基承载力特征值，但其值不应大于最大加载量的一半。
基础工程名词解释考试（3）基础工程名词解释考试必备浅基础：埋置深度不大、施工简单的基础深基础：对于浅层土质不良，需要利用深层良好底层，施工较复杂的基础刚性基础：基础在外力作用下，当基础工具有足够的截面使材料的容许应力大于由低级反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称作刚性基础柔性基础：基础在基底反力作用下，在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础箱形基础：为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础，它的敢赌远大于筏板基础，而且基础顶板和底板间的空间常可利用坐地下室。
打入桩：是通过锤击将各种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土实心桩或者管桩，也有木桩或者钢桩）打入地基内所需要的深度摩擦桩：桩穿过并支承在各种压缩土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩擦阻力为主时，称为摩擦桩。
1.当桩端无坚实持力层且不扩底2.当桩的长径比，即使桩端置于坚实持力层上，由于桩身直接压缩量过大，传递到桩端的负荷较小时3.当预制沉桩过程由于桩距小、桩数多、沉桩速度快、使已沉入桩上涌，桩端阻力明显降低时。
群桩效应：由于承台、桩及土的相互作用使得群桩中基桩的工作性状（承载能力与沉降）与相同地质条件和设计方法的单桩有显著差别的现象组合沉井：当采用低桩承台而围水挖基浇注承台由困难时，当沉井刃脚遇到倾斜较大的岩层或在沉井范围内地基软硬不均而水深较大，采用的上面是沉井而下面是桩基的混合式基础，称为组合式沉井。
真空预压法：实质上是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法什么情况下产生负摩阻力？桩周土体的沉降变形大于桩身的沉降变形时，就会产生抚摩阻力挤土桩和非挤土桩的形式有哪些挤土桩：实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩在锤击或者振入过程中都要将桩位处的土大量排挤开，因而使土的结构严重扰动破坏。
粘性土由于重塑作用使得抗剪强度降低；而原来处于疏松和稍密状态的无粘性土的抗剪强度则可提高。
第一章问题描述土体尺寸为3.6*2.16*1.56，单元尺寸为0.06，上层土体厚度为1.44，下层碎石厚度为0.12，圆桩的水平截面的形心坐标为：1号桩X=1.2，Y=1.08；2号桩X=1.8，Y=1.08；3号桩X=2.4，Y=1.08；4号桩X=1.8，Y=1.68；5号桩X=1.8，Y=0.48。
桩的起始Z坐标为0.06，终止坐标为1.56.直径为0.15。
桩上方有一立方体承台，承台上方有一连接构件，连接一质量块。
各种材料的材料参数如下表所示。
表1-1 各种材料的材料参数输入脉冲的宽度为0.015秒，时间步长为0.00001秒，步数为16384步。
通过自由场程序构造垂直向上入射的SV波。
第二章数值计算结果2.1群桩各个水平截面的剪力时程图2.1.1一号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.2二号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.3三号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.4四号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.5五号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2群桩各个水平截面的弯矩时程图2.2.1一号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.2二号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.3三号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.4四号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.5五号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3群桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图2.3.1一号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.2二号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.3三号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.4四号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.5五号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4群桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图2.4.1一号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.2二号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.3三号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.4四号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.5五号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.5群桩各个水平截面的内力峰值2.5.1一号桩各个水平截面的内力峰值2.5.2二号桩各个水平截面的内力峰值2.5.3三号桩各个水平截面的内力峰值2.5.4四号桩各个水平截面的内力峰值2.5.5五号桩各个水平截面的内力峰值2.6最大弯矩值最大的截面产生最大弯矩所对应时刻桩的挠曲线2.6.1一号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.32处截面，其最大弯矩值为0.464KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01204s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.2二号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=0.06处截面，其最大弯矩值为3.031KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.03288s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.3三号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.32处截面，其最大弯矩值为0.464KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01204s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.4四号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.26处截面，其最大弯矩值为0.519KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01225s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.5五号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.26处截面，其最大弯矩值为0.519KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01225s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））。
