淺論獨立基礎下方土壤彈簧係數與即時沉陷對結構的影響（上）

一、前言

現今結構分析軟體很容易在支承端加入彈簧，以模擬土壤承受載重時發生的沉陷，對構架應力分布的影響，不過大部分的獨立基礎結構應力分析，皆假設為固定端，主要原因在於支撐基礎的土壤彈簧係數取得困難，但若基礎下方為軟弱土壤，承受載重後沉陷，極可能影響到上部結構的應力變化。本文以平面構架為例，探討獨立基礎支承為固定端與基礎彈簧的差異，及即時沉陷對構架應力的影響。

二、獨立基礎下方土壤彈簧係數

1.矩形基礎土壤彈簧係數

Pais and Kausel[1]根據Harr的解簡化後，提出長寬為2B×2L(圖1)的矩形基礎，位於無限深度土層時，土壤各方向自由度彈簧係數如下，其部分過程在Das[2]所著的書中提到。

圖1 矩形幾何形狀定義(L/B)＞)[1]

圖2 基礎與土層深度[3]

通常基礎下方土層深度有限，經過眾多學者的努力，推出基礎位於地表，下方土層深度為H時(圖2)，前述的彈性解修正後成為：

圖3 基礎下方二層土壤的定義[3]

圖4 基礎埋入深度與土層深度定義[3]

3.條形基礎土壤彈簧係數

雖然考慮基礎承載力時，不會納入地梁的影響，不過實務上，地梁通常會與土壤接觸，下方土壤可提供一定的支承力，此時地梁可視為位於土壤上方的條型基礎。

圖5 條形基礎寬度與深度定義[3]

表1 矩形面積轉換為圓形面積等值半徑

根據公式(1)~(4)，各獨立基礎下方土壤，計算之各方向之彈簧係數如表2：

表2 基礎各方向彈簧係數計算

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載；未經允許請勿任意轉載】