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建筑上部结构，筏性基础与地基土三者组成一个完整的结构体系。设计时，需要建立上部结构、基础与地基相互作用的计算模型。相互作用问题存在两种非线性：一种是由土体非弹性引起的材料非线性，通过适当选取土体的本构模型来实现；一种是由于基础与周围土体之间产生局部脱离、滑移而造成的状态非线性。本文建立的上部结构-筏形基础-地基相互作用体系的全三维非线性有限元模型中考虑了相互作用问题的非线性因素：采用Drucker-Prager弹塑性地基模型：根据Mindlin中厚板理论构造八结点等参单元以模拟筏板；通过三维非线性接触单元模拟土体和基础接触面的状态非线性：上部结构利用子结构法进行刚度及荷载凝聚：在网格划分时，考虑土体的非均匀性和成层性。对基础沉降、地基土的竖向应力和基础内力进行了非线性数值分析。结果表明，考虑地基非线性特性时，地基反力及基础沉降的计算结果更接近实际。由于高层建筑的上部结构比较复杂，使得筏板内部应力的分布也相当复杂。本文在对基于板土相互作用的厚板筏形基础进行有限元分析的基础上，采用变密度法建立筏板的拓扑优化模型，选取序列线性规划法对筏板进行拓扑优化设计。同时也建立了基于遗传算法的拓扑优化模型。拓扑优化的结果表明：基于有限元分析的拓扑优化设计，与传统的拓扑优化相比提高了分析精度及设计质量；拓扑优化设计的结果能够较为清楚地反映筏板内应力分布的规律。