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1、PKPM系列软件在结构设计中的应用与探讨(基础部分)刘民易中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所010-84276262E-mail:一、地质资料的输入标高的含义:绝对标高:根据地质勘探报告给出的大地坐标直接输入即可相对标高:相对于结构0处地质资料输入/孔点输入/修改系数/孔点标高,探孔水头标高,土层底标高不一定填黄海高程,可以自己任定标高系统。基础人机交互输入/参数输入/基本参数/基础设计参数/室外自然地坪标高/一层上部结构荷载作用点标高:基础交互输入中所有的标高应与结构标高一致。孔点坐标的单位:单位是“米”,应该按照地质勘探报告提供的坐标值的相对值输入。不同基础类型对土的物理力学指标有不同要
2、求,在JCCAD中可以把地质资料分为两种情况:无桩时:压缩模量、重度有桩时:压缩模量、重度、状态参数、内摩擦角和粘聚力注意:根据所有勘探点的地质资料,将建筑物场地地基土统一分层。分层时,可暂不考虑土层厚度,把其它参数相同的土层视为同层。再按实际场地地基土情况,从地表面起,向下逐一编土层号,作成地基土分层表土层名称可相同参数不同所有土层的压缩模量不能为零(若地勘报告未给土层参数,则使用程序默认)地下水位标高(探孔水头标高)输入后,不必将地质资料中的重度改为浮容重输入,程序会自动考虑。JCCAD软件进行基础设计,是否一定要输入地质资料?不一定无桩基础:沉降计算有桩基础:单桩刚度、沉降计算如果在设计
3、桩基础时没有输入地质资料,则需要在桩承台或桩筏计算中人工补充相应信息,对于桩承台基础应注意修改桩长,对于桩筏基础要补充输入单桩的竖向刚度和弯曲刚度。桩竖向刚度80000kn/m,地质资料是基础设计计算的重要依据,可以用人机交互方式或填写数据文件方式输入地质资料有两类。一种是供有桩基础使用的,另一种是供无桩基础(弹性地基筏板)使用。两者的格式相同,不同仅在于有桩基础对每层土要求压缩模量、重度、状态参数、内摩擦角、内聚力五个参数,而无桩基础只要求压缩模量一个参数。建立*.dz文件主要内容包括以下几点:(1)每个勘探孔柱状图的土层分布及各土层的物理力学参数,物理力学参数包括土的重Gv(用于沉降计算)
4、、相应压力状态下的压缩模量Es(用于沉降计算)、摩擦角(用于沉降及支护结构计算)、内聚力(用于支护结构计算)及计算桩基承载力的状态参数(对于各种土有不同的含义)。(2)所有孔点在任意坐标系下的位置坐标,在桩基设计时可通过平移与旋转将勘探孔平面坐标转成建筑底层平面的坐标。(3)以勘探孔点作为节点顺序编号,将节点连线划分成多个不相重叠的三角形单元,并将三角形单元编号。程序将以这种三角形单元为控制网格,利用形函数插值的方法得到控制网格内部和附近的地质土层分布。土层参数:压缩模量、重度、摩擦角、粘聚力、状态参数、状态参数含义桩基础设计应该使用Ez(自重压力),天然浅基础应使用Es0.1-Es0.2。土
5、层布置:土名称、厚度、极限侧摩、极限桩端、压缩模量、重度、摩擦角、粘聚力、状态参数、状态参数含义,标高及图幅(坐标系:相对坐标系,单位米。标高与结构标高相同)孔点输入:输入孔位:打开坐标,将孔点的大体形状输入即可修改参数:按照勘查报告中的相关数据输入即可网格修改、点柱状图、选中可以进行桩基承载力与沉降验算、土剖面图、画等高线混凝土设计等级等参数选择5、基础设计参数:室外自然地坪标高:按实际基础归并系数:0.2混凝土强度等级:拉梁承担弯距比例:0结构重要性系数:按规范,(特别注意单桩承台)柱插筋连接方式:按默认建筑地基基础设计规范GB5000720028.2.2、扩展基础的构造,应符合下列要求:
6、4、混凝土强度等级不应低于C20;建筑地基基础设计规范GB5000720028.3.1、5、柱下条形基础的混凝土强度等级,不应低于C20。建筑地基基础设计规范GB5000720028.5.14、筏形基础的混凝土强度等级不应低于C30。建筑地基基础设计规范GB5000720028.5.14、4、承台混凝土强度等级不应低于C20建筑桩基技术规范4.2.2、承台混凝土强度等级不宜小于C15,采用二级钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C20。钢筋混凝土承台设计规程3.5.1、当承台纵向受力钢筋采用一级钢筋时,混凝土强度等级不得低于C15;当承台纵向受力钢筋采用二、三级钢筋时,混凝土强度等级不应低于C20。
7、根据上面的相关规定,基础一般采用C30混凝土,一般不宜采用高标号的混凝土,因为高标号混凝土容易开裂。建筑地基基础设计规范GB5000720023.0.4、5、基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用,但结构重要性系数不应小于1.0。表2.0.4安全等级破坏后果结构重要性系数:一级很严重1.1;二级严重1.0;三级不严重0.9建筑桩基技术规范3.3.3、根据桩基损坏造成建筑物的破坏后果(危机人的生命、造成经济损失、产生社会影响)的严重性,桩基础设计时应根据表3.3.3选用适当的安全等级。表3.3.3建筑桩基安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的工业与民
8、用建筑物;对于桩基变形有特殊要求的工业建筑二级严重一般的工业与民用建筑三级不严重次要的建筑物建筑桩基技术规范条文说明3.3.3、对于一级建筑物桩基类型规定为如下两类:建筑桩基技术规范4.1.1、建筑桩基重要性系数,按表3.3.3确定安全等级,对于一、二、三级分别取;对于柱下单桩提高一级考虑;对于柱下单桩的一级建筑桩基取;钢筋混凝土承台设计规程3.2.2、要求同桩基规范。一层上部结构荷载作用点标高:即承台或基础顶标高,先进行估算,计算完成后进行修改。该参数主要是用于求出基底剪力对基础底面产生的附加弯矩作用。在填写该参数时,应输入PMCAD中确定的柱底标高,即柱根部的位置。注意:该参数只对柱下独基
9、和桩承台基础有影响,对其他基础没有影响。二、上部荷载组合的合理选取地基设计等级关于荷载的问题:PM恒+活、砖混荷载、TAT、SATWE,PMSAP荷载砖混墙下条基:PM恒+活、砖混荷载其余类型:TAT,SATWE,PMSAP荷载。初设计:PM恒+活独立式基础:如柱下独基和桩承台,在设计时弯矩对计算结构的影响很大,不应该被忽略,采用PM恒+活计算结果可能偏小。(独立基础一定不要用PM恒+活,可能弯矩起控制作用,尤其是工业厂房)PM荷载和砖混荷载的区别:附加荷载1.PM恒+活有节点荷载,砖混荷载无节点荷载,其节点荷载被均布到墙上.2.当砖墙上有集中力时,砖混荷载无论集中力下有无构造柱,该集中力是均
10、布到墙上的。而PM恒+活则不同:a.墙段中有主梁传来的节点力时,节点力是直接传到基础;b.集中力直接作用在墙上时,集中力均摊成墙段上的均布线荷载。3.在砖混荷载中,同一轴线上的连续墙体荷载是相同的,PM恒+活一般是不同的。存在楼层数不同,同一轴线上荷载相差较大时最好读取PM恒+活。(注:如果柱周围没有墙与之相连,则其所在节点的荷载就会丢失)(砖混结构墙下条基,当同一轴线上的荷载分布均匀时可以选用砖混荷载;当存在楼层高度不同,立面位置有突变,传到基础的荷载分布不均匀时,应该采用PM恒+活)关于上部特殊荷载在SATWE、TAT、PMSAP计算的人防荷载、温度荷载、吊车荷载、特殊风荷载,目前JCCA
11、D软件未读取。PK和STS输入计算的吊车荷载,JCCAD软件可以考虑。关于人防荷载关于传到基础的活荷载折减在SATWE软件中对柱、墙和基础的活荷载折减值只传到该软件中的底层最大组合内力,并没有传给JCCAD基础软件。JCCAD软件在读取SATWE荷载时只读取内力标准值,然后由软件自行进行组合。在JCCAD软件中如何考虑活荷载折减如果设计人员希望按照规范的要求考虑柱、墙和基础的活荷载折减,则需要在JCCAD软件的【荷载参数】中人为输入活荷载折减系数,如图2-1:(PM折减系数:算两次 第一次折减 计算梁 ; 第二次不折减 计算竖向构件)(基础设计应考虑地震效应组合。)当上部结构为MIDAS、ET
12、ABS等软件设计,而基础采用JCCAD设计时柱或剪力墙底内力的合理输入首先需要在PMCAD中输入首层平面轴网和构件。附加荷载附加荷载只能输入恒载和活载(内力标准值)。可作为一组独立的荷载工况进行基础计算或验算。若读取了上部结构荷载,附加荷载先要与上部结构各组荷叠加,再进行基础计算。框架结构的填充墙或设备重应按附加点荷载输入到相应的柱节点上。荷载编辑荷载编辑能编辑输入恒载和活载,风荷载和地震力的内力标准值,编辑后的各标准值,程序会根据计算要求乘以相应的组合系数组合内力:JCCAD中的桩筏及筏板有限元中,读取荷载后计算退出,程序会生成有限元计算的组合内力文件LOAD.ZF。用写字板编辑LOAD.Z
13、F文件,可以按照各种组合值对应的修改输入,再直接进入有限元计算。SATWE和TAT软件中“底层柱墙最大组合内力”里的值是设计值还是标准值?可否作为基础设计依据?SATWE和TAT软件中“底层柱墙最大组合内力”里的值是设计值,不可以作为基础设计依据。这主要是因为虽然某种内力为最大值,但由此而产生的其它内力有可能很小。比如说最大轴力所对应的弯矩和剪力值有可能很小,由这种组合所计算出来的基础并不一定是最不利组合计算出来的。而次大轴力所对应的弯矩和剪力值有可能很大,由这种组合所计算出来的基础有可能是最不利组合计算出来的。三、讲述关于地基承载力的计算地基承载力修正系数关于地基承载力计算的相关规范1、地基
14、规范的要求根据地基规范第5.2.4条的规定:当基础宽度大于3m或埋置深度深度大于0.5m时,从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值,尚应按下式修正:2、抗震规范的要求根据抗震规范第4.2.2条的规定:天然地基基础抗震验算时,应采用地震作用效应标准组合,且地基抗震承载力应取地基承载力特征值乘以地基抗震承载力调整系数计算。地基承载力应按下式计算:独立基础的地基承载力计算以本工程4号节点所对应的独立柱基为例,该柱【地基承载力计算参数】对话框填写如图4-2下:JCCAD软件计算结果如下:将上述该柱所填写的参数代入到建筑地基基础设计规范第5.2.4条的计算公式中:经查得该柱所对应的
15、控制工况号为442,在JC0.OT的荷载组合公式中所对应的荷载组合为:442号工况是包含“地震组合”的工况,因此需按建筑抗震设计规范第4.2.2条进行调整。查建筑抗震设计规范表4.2.3,得筏板基础的地基承载力校核某工程为剪力墙结构,基础采用筏板基础,筏板1.3m,底标高为-6.3m,持力层为碎石土,其基础平面图如图3-3所示。核对该筏基的地基承载力的基本操作如下:1.输入【基本参数】2.承载力计算(1)手工计算结果将上述参数代入到地基规范公式5.2.4,得(2)程序的计算结果按照以下步骤查出程序的结果:在人机交互中点取筏板【重心校核】下的【选荷载组】后,弹出【荷载组合类型】菜单,见图3-6。
16、选取“368:SATWE标准组合:1.0恒+1.0活”,再点取【重心校核】,程序会输出计算结果如下:程序中的计算结果fa=732kPa,与手核的计算结果fa=388.7kPa不符。在此,对产生这种差异的主要原因做如下介绍。(3)程序的处理埋置深度d值地基规范中公式5.2.4中关于基础埋置深度d的解释中提到:当有地下室,如采用箱形基础和筏基时,基础埋置深度自室外地面标高算起。JCCAD软件在计算修正后的地基承载力时未采用【基本参数】中输入的“承载力修正用的基础埋置深度d值”,而是采用“筏板底标高”与“室外自然地坪标高”二者的差值来计算公式中的d值。该工程的在【基本参数】中输入的室外自然地坪标为-
17、0.3m,筏板底标高为-6.3m,d值应是6.00m,代入地基规范公式5.2.4,得:(4)按抗震规范进行地基抗震修正如果要考虑地震组合时的抗震修正,与独立基础一样在按地基规范5.2.3进行深宽修正后,还应该按抗震规范4.2.3进行地基抗震修正。查抗震规范表4.2.3,得:程序考虑地震组合后的结果,与手核结果相同。覆土重的计算单位面积覆土重主要是指基础及基底以上回填土的平均重度,若无地下室,则覆土高度应从室外地坪算起。若有地下室,则单位面积覆土重应由用户人工填写,且计算高度应从地下室室内地坪算起。单位面积覆土重程序的计算关于独基和条基的计算覆土重的两个参数“单位面积覆土重”和“自动计算覆土重”
18、注:无论“输入的单位面积覆土重”还是选择程序“自动计算”,只对独基和墙下条基的计算起作用,对其他类型基础不起作用几个相关标高:【基本参数】中“室外自然地坪标高”;【地梁筏板】参数中的“梁式基础的覆土标高”;【地梁定义】中的“梁基底标高”。关于梁式基础覆土重计算的几个相关标高设计人员只有将这三种标高的关系正确输入,才能保证“梁式”基础的覆土重计算正确。筏板基础的覆土重当采用“板元法”计算的筏板基础时,则需要设计人员在【筏板荷载】中人为填写(如图4-5)。如果用板元法计算带地下室的筏板悬挑部分的覆土重时需要定义和输入里外两块板,再分别人工输入悬挑和室内部分的覆土重。关于修正地基承载力用的基础埋置深
19、度d值问题的深入讨论基床反力系数K值的计算基床反力系数K值的物理意义单位面积地表面上引起单位下沉所需施加的力。基床反力系数K值的影响因素基床反力系数K值的大小与土的类型、基础埋深、基础底面积的形状、基础的刚度及荷载作用的时间等因素有关。试验表明,在相同压力作用下,基础随基础宽度的增加而减小,在基底压力和基底面积相同的情况下,矩形基础下土的K值比方形的大.对于同一基础,土的K值随埋置深度的增加而增大。试验还表明,粘性土的K值随作用时间的增长而减小。因此,K值不是一个常量,它的确定是一个复杂的问题。基床反力系数K值的计算方法(a)静载试验法静载试验法是现场的一种原位试验,通过此种方法可以得到荷载沉
20、降曲线(即P-S曲线),如图11-1:根据图1所得到的P-S曲线,则K值的计算公式如下:静载试验法计算出来的K值是不能直接用于基础设计的,必须经太沙基修正后才能使用,这主要是因为此种方法确定K值时所用的荷载板底面积远小于实际结构的基础底面积,因此需要对K值进行折减的缘故。从公式(1)可以看出,P2-P1和S2-S1实际上就是在试验中所施加的荷载及其引起的稳定沉降量。其计算出来的K值就是地基的弹簧刚度。(b)按基础平均沉降Sm反算用分层总和法按土的压缩性指标计算若干点沉降后取平均值Sm,得K=p/Sm式中p为基底平均附加压力,这个方法对把沉降计算结果控制在合理范围内是非常重要的。用这种方法计算的
21、k值不需要修正,JCCAD在“桩筏筏板有限元计算”中使用的就是这种方法。(c)经验值法JCCAD说明书附录二中建议的K值如何合理确定K值基床反力系数K是基础设计中非常重要的一个参数,因为它的大小直接影响到基础反力的大小。因此,合理地确定此参数的大小就显得至关重要。本文拟结合在设计院应用得非常广泛的JCCAD软件,与广大设计人员共同讨论如何合理地确定基床反力系数K。1.已知沉降算K值JCCAD软件在“桩筏筏板有限元计算”中,K值的计算公式为:“板底土反力基床系数建议(kN/m3)”=“总面荷载值(准永久值)”/“平均沉降S1(m)”(2)不知道沉降算K值(如取20000或15000)如果设计人员
22、无法准确预估沉降量,则或者按经验值法输入K值,或者采用程序提供的建议值。这两种方法产生的K值在很多情况下会有很大的差别,有时甚至相差一个数量级。这主要是因为采用经验值法计算出的K值不仅受人为因素的影响很大,而且其考虑的因素比较粗糙的缘故。而采用程序提供的建议值时,只要输入的地质资料准确无误,则程序计算出的结构平均基床反力系数K是没有问题的。基床反力系数K的调整步骤如下:如图所示:.为了便于对后面的计算结果的人工比较,将“模型参数”中的“有限元网格控制边长(M)”修改为4m。如图所示:经过“单元形成”、“荷载选择”和“沉降试算”后,得到程序提供的基床反力系数K的建议值。本算例程序所计算出的K值为
23、4333.809Kn/m3。得到了结构的平均基床反力系数K值后,剩下的问题就是如何进行调整?由于“桩筏筏板有限元计算”中提供的计算方法没有广义文克尔地基模型,因此需要借助梁元法得到K的修正值。设计人员需要回到“基础人机交互输入”中,在“地梁筏板”参数中输入基床反力系数K值,并勾取“按广义文克尔假定计算”选项。如图所示:进入“基础梁板弹性地基梁法计算”子菜单,将“基础沉降计算”里网格的宽和高定义为“40004000”,如图:在接下来的“沉降计算参数输入”对话框中选择“刚性假定”,如图:经过计算后,在计算结果文本文件中(缺省名CJJS.OT),找到按“广义文克尔假定计算”的基床反力系数K,软件输出
24、的计算结果如下:根据计算出的地基刚度进行修正的各区格基床反力系数(用于广义文克尔假定)VIII.由于按“广义文克尔假定”计算K值时,程序是根据设计人员已经输入的K值,按照区格反力与沉降比值的相对差异,使每一个区格的K值在输入的基床反力系数附近上下变化。从而得到边角部区格的基床反力系数提高,中部系数降低的计算结果。基于以上原因,将各区格的K值除以已经输入的K值,则得到了每一个区格K值的调整系数。如图11-3所示:从上图可以看出,基床反力系数K的调整系数基本上呈现出两边大、中间小的分布情况。IX.进入到“桩筏筏板有限元计算”子菜单中,点取“基床系数”按钮,在弹出的人机交互界面里输入上述的调整系数后
25、,即完成了基床反力系数K值的调整。设计建议对于复杂的基础工程,其基础布置形式和有限元划分的网格远比笔者所举的例子要复杂的多。如果计算并调整每一个区格的基床反力系数则工作量非常大。对于这样的结构,设计人员可以人为将基础底板划分成几大区域,并在“梁元法”中加大网格划分尺寸,对于基本相同的基床反力系数K进行适当归并后,再填入几大区域中即可。对于某些工程,若基础埋深比较大,当基础开挖的土体重量大于结构本身重量时,地基土产生回弹,则程序将无法给出K的建议值。此时设计人员可以考虑回弹再压缩,用结构“总面荷载值(准永久值)”/“回弹再压缩沉降值(mm)”得到基床反力系数K值。关于模拟施工基础设计如何采用“模
26、拟施工3”实是分层刚度分层加载方法“模拟施工1”实是整体刚度分层加载方法“模拟施工3”大大改善了“一次加荷”与“模拟施工1”中的竖向刚度不均匀造成竖向荷载传递不合理现象。“施工模拟2”是专为基础设计生成,是一种人工近似。建议:优先采用“施工模拟3”+上下部结构共同作用采用“施工模拟1”+上下部结构共同作用采用“一次加荷”+上下部结构共同作用“施工模拟2”(不应考虑上下部结构共同作用)竖向刚度不均匀结构:框架剪力墙结构,内砼筒体+外钢框架结构规范的相关规定考虑上部结构刚度的计算方法考虑和不考虑上部结构刚度的计算,对地基基础沉降、内力及配筋的影响关于考虑上部结构刚度对基础沉降和内力的影响最小配筋率
27、在地基规范中并没有要求柱下独基必须满足最小配筋率的要求。但混凝土规范中在10.1.8条规定对单向混凝土板,其单位长度上分布钢筋面积不宜小于该方向板截面面积的0.15%。因此在工程界,对是否应该执行最小配筋率还存在争论。JCCAD软件在“自动生成”所弹出的对话框中给出此项选择,缺省为0,程序将最小配筋率控制在0.15%。如果要验算应该注意柱下独基不是板,不应该按照板来验算,相当于变截面柱。1、柱下独立基础框架结构的填充墙荷载处理的正确方法:框架结构的填充墙其荷载应该按照“附加点荷载”输入到拉梁两端基础所在的节点上。附加点荷载先要与上部结构各组荷载叠加,再进行基础计算。注意:填充墙下设置拉梁,不要
28、将均布荷载输入到网格上,否则会自动生成形成墙下条形基础,另外填充墙荷载不能分配到独基上,造成柱下独基不安全。“一层上部结构荷载作用点标高”该参数主要是用于求出基底剪力对基础底面产生的附加弯矩作用。因为在基础设计前,程序也不知道基础高度是多少,需要设计人员事先给出剪力值所在的位置。在填写该参数时,应输入PMCAD中确定的柱底标高,即柱根部的位置。注意:该参数只对柱下独基和桩承台基础有影响,对其他基础没有影响。附加荷载:(如无拉梁层需加首层填充墙的荷载)该菜单作用是布置、删除用户自己定义的节点荷载与线荷载。附加荷载可作为一组独立的荷载工况进行基础计算或验算。如还输入了上部结构荷载,附加荷载先要与上
29、部结构各组荷载叠加,然后进行基础计算。一般来说框架结构的填充墙或设备重应按附加荷载输入。对于独立基础(独立桩基承台)来说,如果在独基上架设连梁,连梁上有填充墙,则应将填充墙的荷载在此菜单中作为节点荷载输入,而不要作为均布荷载输入。否则将会形成墙下条形基础,或丢失荷载。关于拉梁的设计和附加(方法1:建两个模型:A、将柱嵌固在基础顶;B、多建一层拉梁层,参数设为1层地下室,约束刚度比为1,楼板厚度输0,恒、活载为0,填充墙荷载作为线荷载作用于拉梁上柱子应取两模型计算结果的大值)(第二种方法:取拉梁所拉结的柱子中轴力最大者的1/10为拉梁的轴拉(压)力,按轴心受拉(压)构件设计,柱基础宜按偏心受压考
30、虑。当以拉梁平衡柱底不平衡弯矩时,框架抗震等级为一、二级时,柱底弯矩组合设计值应乘以1.5,1.25的增大系数,JCCAD没有考虑。多层框架基础设计可以不考虑抗震)(并不是所有的单独基础设计都需要设置拉梁,而应该有一定的灵活性。例如铰接和刚接应该有所区别,建筑物底层层高较高与较低也宜有所区别。 一般当框架层数不超过三层,基础埋深较浅,各基础埋置深度差别不大,地基土主要受力层范围内不存在软弱土层,可以不设置基础拉梁; 对于大型公建如体育馆等宜另考虑; 单层工业厂房一般可以不设置,原因是首先单层厂房一般采用铰接排架,层高又较高,适应不均匀变形的能力要比民用建筑好;其次此类结构柱距较大没有必要设置拉
31、梁。拉梁截面尺寸如果高度取(1/121/20) L,宽度取(1/201/35)L(注:L为柱中心距),则截面过大,与结构实际受力不太相符;如果取得过小起不到增加整体性作用。)拉梁层如果设计的话:拉梁可以作为一层进行整体设计,但是注意抗震规范6.2.3条规定:一、二、三级框架结构的底层,柱下端截面组合的弯矩设计值,应分别乘以增大系数1.5、1.25 和1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。注:底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。如果采用SATWE计算时不定义地下室层数1,则柱底弯矩设计值增大系数只是在拉梁层,会造成安全隐患。 整体设计时拉梁计算已经考虑弯矩平衡问题,因此在JC
32、CAD程序中将【基础参数】菜单中的“拉梁承担弯矩比例”参数输入0,如图7。能否将拉梁及其以下框架部分作为一个结构标准层进行设计从软件的角度上讲,可以这样进行设计。具体操作时在PMCAD“人机交互建模中”多建一个标准层即可。从设计的角度上讲,这种设计方法会使拉梁下的砼柱有可能变成短柱,但由于该砼柱主要位于地下,地震力的影响很小,因此一般情况下不会有什么大问题。讲述柱底标高不等高时,柱下独立基础的合理设计相关参数应区别对待覆土压强:用于地基承载力修正的基础埋置深度:首层基础底标高:一层上部荷载作用点标高:JCCAD的独基条基基础验算菜单中只有验算基础的底面积或配筋不够时才会加大基础的相应数据。如果
33、验算时基础所需尺寸配配筋小于原有基础的数据时,原有的基础尺寸不改变。处理方法:先点取“基础布置”菜单中“柱下独基”或“墙下条基”子菜单下的“独基删除”或“条基删除”菜单清除原有基础,然后再点取“自动生成”菜单,这样重新布置就可以使基础尺寸更加合理。双柱联合基础的设计冲切计算柱间的暗梁多柱基础的形心基础局部承压计算按照地基规范8.2.7-4规定:当扩展基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土强度等级时,尙应验算柱下扩展基础顶面的局部受压承载力。可进行柱对独立基础,桩承台,基础梁以及桩对承台的局部承压计算。按照砼规范GB500102002中7.8.1和7.8.2的方法算出局部承压安全系数,即抗力与基本组
34、合中Nmax的比值。抗局部承压力的公式如下:柱下独立基础加防水板的合理设计1.输入方法2.计算处理根据地基规范第8.2.7条第1款的规定:墙下条形基础相交处,不应重复计入基础面积按照规范要求,程序先根据单位长度线荷载计算出基础宽度,并以此计算出条基的计算面积。再根据相邻基础的情况,计算出每段条基的实际面积。根据计算面积与实际面积的比值调整基础宽度,并得到新的条基实际面积。反复调整直到计算面积与实际面积相一致为止。2、墙下条形基础(根据地基规范第8.2.7条第1款的规定:墙下条形基础相交处,不应重复计入基础面积。条形基础设计主要为确定每段墙下条基宽度,和钢筋砼条基的内力计算。在宽度计算时,程序会
35、计算相邻基础对每一段条基的影响,并据此放大条基宽度以满足规范不重复计入基础面积的要求。程序先根据单位长度线荷载计算出基础宽度,并以此计算出条基的计算面积。再根据相邻基础的情况,计算出每段条基的实际面积。根据计算面积与实际面积的比值调整基础宽度,并得到新的条基实际面积。反复调整直到计算面积与实际面积一致为止。)砖混结构构造柱基础的计算砖混结构一般都做墙下条形基础,构造柱下一般不单独做独立基础。有的时候设计人员会发现JCCAD软件在构造柱下生成了独立基础。这主要是因为读取了PM恒+活所致。这种荷载组合方式没有将构造柱上的集中荷载平摊到周边的墙上。设计人员可以在荷载编辑中删除构造柱上的集中荷载,并在
36、附加荷载中在周边的墙上相应增加线荷载值。也可以在“荷载输入”中点取“无基础柱”,由程序自动将集中力分配到周边墙上。或者直接读取砖混荷载,因为砖混荷载自动将构造柱上的集中荷载平摊到周边的墙上了。对于砖混结构中的框架柱,一般宜做柱下独基比较合适。双墙基础计算1.能自动计算的2.需要补充的内容素混凝土基础抗剪计算地基基础规范第8.1.2注4规定:当基础底面平均压力值超过300kPa第混凝土基础,应进行抗剪验算。公式如下:4、地基梁(柱下条形基础)考虑基础及上部结构刚度的沉降计算4、地基梁(柱下条形基础)、地基梁(柱下条形基础)原弹性地基梁基础沉降计算有两种方法,一种是假定基础完全柔性,另一种是假定基
37、础为刚性,但实际上基础及上部结构有一定刚度,但不是完全刚性。对于高层与群房共存时,采用刚性假定是不合适的,采用柔性假定时由于高层与群房部位的附加荷载还须用户进行调整,使用不方便。因此弹性地基梁板的沉降计算又增加了一种新的方法,这种方法考虑到基础及上部结构刚度及荷载分布不同的影响和地质条件及地基土体之间的相互作用的影响。该方法的原理是利用刚性假定或柔性假定方法计算出来沉降值与反力值,反算出地基刚度值,将该刚度值替代弹性地基梁计算中的基床反力系数。这样就可以求出上部荷载、筏板基础和地基三者协同工作时的沉降分布情况。(剪力墙的条形基础采用基础梁(柱下条基),输入并按弹性地基梁计算比较好。)弹性地基梁
38、结构计算模式选择模式1是指进行弹性地基梁结构计算时不考虑上部结构刚度影响,该方法是最常用的,一般推荐使用,只有当该方法计算截面不够且不宜扩大时再考虑其他计算模式。模式2是指进行弹性地基结构计算时可考虑一定等代刚度的影响,上部结构刚度的大小可根据具体情况输入一个地基刚度倍数即可。模式3是指进行弹性地基结构计算时将等代上部结构刚度考虑得非常大,以致于各节点的位移差很小(不包括整体倾斜时的位移差),此时几乎不存在整体弯距,只有局部弯距,其结果类似于传统方法,一般来说,如果跨度相差不大,考虑上部结构刚度后,各梁的弯距相差不太大,配筋更加均匀了。模式4是SATWE或TAT计算的上部结构刚度用子结构方法凝
39、聚到基础上,该方法最接近实际情况,用于框架结构非常理想,SATWE刚度同样适用于剪力墙结构,但TAT该模式不太适用于剪力墙结构,因为TAT的墙体简化为薄璧柱,其刚度只能凝聚到距形心最近的一个节点上,当墙休较大,较复杂时就有可能造成刚度分布不正常,影响计算结果。使用模式4的条件是必须在计算SATWE或TAT选择把“刚度传给基础”项,如两种数据都存在时,优先使用SATWE刚度(TAT和SATWE刚度数据文件名为TATFDK.TAT和SATFDK.SAT)。模式5是采用传统的倒楼盖方法,梁单元取用了考虑剪切变形的普通梁单元刚度矩陈,一般不推荐使用该方法,其结果明显不同于弹性地基梁方法。详细介绍采用梁
40、元法计算弹性地基梁板式基础抗剪不够如何调整工程实例某工程为框剪结构,共20层(含1层地下室),基础埋深5.5米,基床反力系数K取20000Kn/m3,采用梁式筏板基础。在初步设计时,筏板厚500mm,并挑出基础外端1000mm;地基梁分别采用600*1000mm和600*800mm两种类型。其中600*1000mm的地基梁主要布置在结构的横向和C轴,其余部分布置600*800mm的地基梁。其基础平面布置图如图7-1所示:经JCCAD软件的“梁元法”计算后,其地基梁箍筋面积计算结果如图7-2所示:从图7-2中可以看出,本工程地基梁在很多部位出现抗剪不够,其超筋部位主要有以下几个地方:(1)外围弹
41、性地基梁纵、横向突出处(2)剪力墙核心筒部位(3)纵、横向地基梁相交形成的短梁通过对上述弹性地基梁箍筋超筋所出现的地方做进一步分析我们得知,对于第(1)和第(2)处,其抗剪超筋的主要原因是由于边角效应产生的应力集中引起的。在JCCAD软件中,当采用梁元法计算梁式筏板基础时,地基梁的计算是按照带翼缘的T形梁计算的,梁翼缘宽度确定的原则是按各房间面积除以周长,将其加到梁一侧,另一侧再由那边相应的房间确定,最后两侧宽度叠加得到梁的总翼缘宽度。而筏板的计算仅仅是按四边嵌固的楼盖方式计算它的内力和配筋,不考虑板与梁整体弯曲的作用。因此实际上梁元法是按照倒T型梁来计算梁板式基础的。弹性地基梁的计算实际上采
42、用的是空间交叉梁系的方法。各水平构件的内力通过交叉点处的变形和各段梁的刚度进行分配。因此对于在弹性地基梁布置时所形成的边角部位,尤其是L型位置,由于上部结构在L型角部产生很大的荷载,该荷载值所产生较大的内力只有两根梁参与分配,而且此内力值又很难扩散出去,就很容易使这两根梁抗剪超筋。为此,可以通过增设地基梁的方法,这样不仅使更多的梁参与内力分配,而且还可以让交叉点处的内力值通过增设的地基梁很好地扩散出去。现对原方案做如下调整:(1)将弹性地基梁向基础外悬挑1米至筏板边缘;(2)将剪力墙核心筒下所围成的口字形地基梁向周边延伸,形成井字形地基梁;(3)将C轴处布置的600*1000mm的地基梁截面改
43、为600*800mm,以达到降低短梁刚度的目的。调整后,本工程调整后的地基方案如图7-4本工程调整后的地基梁箍筋面积计算结果如图7-5如图7-3c所示超短梁和较短梁在方案调整前和调整后,其剪力设计值计算结果如表7-1所示:表7-1超短梁和较短梁在方案调整前后的剪力设计值结论通过对以上计算结果的分析,可以得出以下结论:(1)经过方案调整后,原来由于边角效应引起的弹性地基梁抗剪超筋的现象已经消失;(2)调整C轴处地基梁的截面后,超短梁和较短梁的线刚度虽然都有所下降,但由于超短梁跨度很小(只有300mm),其线刚度下降的幅度相对于其它梁而言比较慢,因此剪力设计值略有上升;而较短梁的跨度为900mm,
44、其线刚度下降的幅度比较快,其所分担的剪力设计值也就减小很多,由抗剪超筋梁变成了非超筋梁。以上说明,上述方案调整的方法是非常有效的,对改善本工程某些地基梁剪力过大导致箍筋超筋的现象起到了很好的效果。(考虑上部结构刚度)地基梁翼沿宽度的合理调整工程实例该工程为一支架,基础布置如图一。初始设计时将梁截面尺寸“梁肋宽*梁高*翼沿宽”根据荷载大小,分别取“700*600*2000,700*800*3400,600*1000*1800”。JC人机交互退出时,提示“是否显示地基承载力验算结果”,选择“显示”(图8-2)。程序在命令提示区输出“是否由程序自动调整梁翼沿宽度”菜单,有“地基梁修正后平均承载力:2
45、80kN/m*m;底板平均反力(含基础自重):160kN/m*m”(图8-3),将“预期承载力与反力比值”输入为1.2,后点“修改”,程序回自动根据比值自动调整梁翼沿宽度(图8-4)。程序会自动根据比值自动调整梁翼沿宽度,输出“地基梁修正后平均承载力:280kN/m*m;底板平均反力(含基础自重):234kN/m*m”,(图8-5)。退出“人机交互”后到“弹性地基梁结构计算”,计算后查看结果文件JCJS.OT,能输出调整后翼缘宽,如图8-6。后面画地基梁施工图也直接读取了修改后的翼缘宽度尺寸,图8-7。关于梁元法中“节点下底面积重复修正”的实际应用按程序计算的修正系数进行了底面积重复利用修正其计算结果偏于安全,在实际应用中如何使用底面积重复利用修正系数关于设缝处双梁联合基础的设计1.设置宽梁2.设置梁式筏板条形地基加水板的设计墙下钢筋砼条形基础加防水板的设计(优点:传力简单、明确,费用低 输入方法:独基/自动生成=筏板/围区生成(注意顶标高、底标高)=桩筏有限元(防水板的基床系数为0)计算处理:作用在防水板上的荷载有地下水浮力、 防水板自重、其上建筑做法。 在防水板下设一定厚度的易压缩材料(软垫层)如聚苯板、松散焦渣等,这时防水板仅考虑地下水浮力的作用,不考虑地基土反力的作用。)5、筏板基础筏板基础重心校核,在JC人机交互输
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